Kroppssammansättning och metabola Caging analys i hög fett Fed möss
Summary
Det här protokollet beskriver användningen av en kropp sammansättning analyzer och metabola djur övervakningssystem att karaktärisera kroppssammansättning och metabola parametrar hos möss. En fetma modell induceras av fettrik utfodring används som exempel för tillämpningen av dessa tekniker.
Abstract
Förändringar i kroppssammansättning (fett eller magert massa), metaboliska parametrar såsom hela kroppen syreförbrukning, energiförbrukning, och substratutnyttjande och beteenden såsom matintag och fysisk aktivitet kan ge viktig information angående de bakomliggande mekanismerna av sjukdom. Med tanke på vikten av kroppssammansättning och metabolism till utvecklingen av fetma och dess efterföljande följdtillstånd, är det nödvändigt att göra korrekta åtgärder av dessa parametrar i inställningen för preklinisk forskning. Tekniska framsteg under de senaste decennierna har gjort det möjligt att härleda dessa åtgärder i gnagare modeller i en icke-invasiv och längsgående mode. Därför dessa metabola åtgärder har visat sig användbara vid bedömningen av genetiska manipulationer (till exempel knockout eller transgena möss, viral knock-down eller överuttryck av gener), experimentell drog/förening screening och kosttillskott, svar beteendemässiga eller fysisk aktivitet interventioner. Häri, beskriver vi de protokoll som används för att mäta kroppssammansättning och metabola parametrar med hjälp av ett djur som övervakningssystem i chow matad och hög fett diet-matade möss.
Introduction
Metabolism utgör grunden för många aspekter av normal cellulär, orgel och hela kroppen fysiologi. Följaktligen i inställningen av olika patologier, förändringar i ämnesomsättningen kan bidra direkt till det bakomliggande tillståndet eller kan påverkas negativt som en bieffekt av patologin. Traditionellt, har metabolisk forskning och studier i energibalansen koncentrerats på fältet av fetma och relaterade tillstånd såsom insulinresistens, pre-diabetes, glukosintolerans, hjärt-kärlsjukdom och diabetes. Denna forskning är befogad ges eskalerande förekomsten av sådana villkor världen över och individen, samhället, och ekonomiska kostnader dessa villkor tillfoga. Som sådan, utveckling av strategier för förebyggande och nya therapeutics till målet fetma är fortsatta mål i forskningslaboratorier runt om i världen och prekliniska musmodeller är kraftigt åberopas för dessa studier.
Samtidigt väger möss ger en tillförlitlig bedömning av viktökning eller viktminskning, ger den inte en uppdelning av de olika komponenterna som utgör hela kroppen sammansättning (fettmassa, muskelmassa, gratis vatten samt andra komponenter såsom päls och klor). Vägning av fett kuddar vid slutförandet av studier när musen är död ger ett riktigt mått på olika fett depåer men kan endast ge data för en enda tidpunkt. Följaktligen är det ofta nödvändigt att registrera flera kohorter för att undersöka utvecklingen av fetma över tid, betydligt ökande antalet djur, tid och kostnader. Användning av dual-energy X-ray röntgenabsorptiometri (DEXA) innehåller en metod för att bedöma kroppen fett och magert vävnad innehållet och gör att forskaren att erhålla uppgifterna i ett längsgående mode. Men förfarandet kräver möss vara sövda1och upprepade anfall av anestesi kan påverka ansamling av fettvävnad eller påverka andra aspekter av metabola reglering. EchoMRI använder tredjeparts kärnmagnetisk resonans relaxometry för att mäta fett och lean mass, gratis vatten och total vattenhalt. Detta är möjligt tack vare skapandet av kontrasten mellan de olika vävnad komponenterna, med skillnader i varaktighet, amplitud och rumslig distribution av genererade radiofrekvenser som tillåter avgränsning och kvantifiering av varje vävnadstyp. Denna teknik är fördelaktigt eftersom den är icke-invasiv, snabb, enkel, kräver ingen anestesi eller strålning och, ännu viktigare, har verifierats positivt mot kemisk analys2.
En nyckelfråga för fetma och relaterade forskning är ekvationen energi balans. Ansamling av fett är mer komplicerat än rent energi i (födointag) kontra energi ut (energiförbrukning), är de viktiga faktorer för att kunna mäta. Dagliga energiförbrukning är summan av fyra olika komponenter: (1) basal energiförbrukning (vilande ämnesomsättning); (2) energi utgifter på grund av den termiska effekten av livsmedelskonsumtion; (3) den energi som krävs för värmereglering; och (4) energi spenderas på fysisk aktivitet. Som energiförbrukning genererar värme, kan mäta värmeproduktion av ett djur (känd som direkt calorimetry) användas för att bedöma energiförbrukning. Alternativt, mätning av inspirerad och gått ut koncentrationer av O2 och CO2, vilket möjliggör bestämning av hela kroppen O2 konsumtion och CO2 produktion, kan utnyttjas som ett sätt att indirekt mäta (indirekt calorimetry) Värm produktion och följaktligen beräkna energiförbrukning. En ökning av födointag eller en minskning av energiförbrukning kommer predisponera möss till viktökning och observationer av ändringar i dessa parametrar kan ge användbar information av sannolikt verkningsmekanismer i särskilda modeller av fetma. En relaterade metabola parameter av intresse är den respiratoriska utbytesrelation (RER), en indikator på andelen av substrat/bränsle (dvs kolhydrater eller fett) som genomgår metabolism och utnyttjas för att producera energi. Mätning av födointag (energi som förbrukas) i kombination med fysisk aktivitetsnivå, O2 konsumtion, RER och energiförbrukning kan följaktligen ge en bred förståelse för en organisms metabola profilen. En metod att samla in sådana data är att använda ett omfattande laboratorium djur övervakningssystem (musslor), som är baserad på den indirekta kalorimetri metoden att mäta energiförbrukning och har de extra kapacitet för att fastställa nivåer för fysisk aktivitet (balk raster) och matintag via skalor införlivas med mätning kammaren.
I detta protokoll ger vi en rättfram Beskrivning av användningen av en kropp sammansättning analyzer att bedöma kroppssammansättning hos möss och en metabolisk djur övervakningssystem att mäta aspekter av metabolism. Överväganden och begränsningar för dessa tekniker kommer att diskuteras liksom föreslagna metoder för analys, tolkning och datarepresentation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg
De protokoll som beskrivs häri ger ett exempel på sätt att mäta kroppens sammansättning och olika metabola parametrar hos möss med en kropp sammansättning analyzer och en metabolisk djur övervakningssystem. För båda teknikerna är det kritiskt viktigt att säkerställa att maskinerna arbetar optimalt och för att göra detta, är det nödvändigt att forskaren utför ett systemtest för kroppen sammansättning analysatorn och kalibrerar till en känd ga…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar personalen från Alfred medicinsk forskning och utbildning Precinct Animal Services (AMREP AS) team för deras hjälp och vård av de möss som används i denna studie och för att stödja det operativa infrastrukturen stöder systemet Victorian statens Regeringen.
Materials
| 4 in 1 system | EchoMRI | 4 in 1 system | Whole body composition analyser |
| Canola oil test sample (COSTS) | EchoMRI | Mouse-specific (contact company for cat number) | |
| Animal specimen holder | EchoMRI | 103-E56100R | |
| Delimiter | EchoMRI | 600-E56100D | |
| 12 chamber system | Columbus Instruments | Custom built | Metabolic Caging System; includes control program |
| Drierite | Fisher Scientific | 238988 | CLAMS consumable |
| Calibration gas tank | Air Liquide | Mixed to order | Gas calibration (0.5% CO2, 20.5% O2, balance nitrogen). |
| Normal chow diet | Specialty Feeds | Irradiated mouse and rat diet | |
| High fat diet | Specialty Feeds | SF04-001 | |
| Balance | Mettler Toledo | PL202-S | Balance for weighing mice |
| TexQ Disinfectant spray | TexWipe | ||
| Hydrogen Peroxide cleaning solution | TexWipe | TX684 |
References
- Chen, W., Wilson, J. L., Khaksari, M., Cowley, M. A., Enriori, P. J. Abdominal fat analyzed by DEXA scan reflects visceral body fat and improves the phenotype description and the assessment of metabolic risk in mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 303 (5), E635-E643 (2012).
- Kovner, I., Taicher, G. Z., Mitchell, A. D. Calibration and validation of EchoMRI whole body composition analysis based on chemical analysis of piglets, in comparison with the same for DXA. Int J Body Compos Res. 8 (1), 17-29 (2010).
- EchoMRI. . Software User Manual: Whole body composition analyzer. , (2016).
- Columbus Instruments. . Oxymax for Windows User Manual. , (2014).
- Tschop, M. H., et al. A guide to analysis of mouse energy metabolism. Nat Methods. 9 (1), 57-63 (2011).
- Speakman, J. R. Measuring energy metabolism in the mouse – theoretical, practical, and analytical considerations. Front Physiol. 4, (2013).
- Swoap, S. J., et al. Vagal tone dominates autonomic control of mouse heart rate at thermoneutrality. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 294 (4), H1581-H1588 (2008).
- Tian, X. Y., et al. Thermoneutral housing accelerates metabolic inflammation to potentiate atherosclerosis but not insulin resistance. Cell Metab. 23 (1), 165-178 (2016).
- Giles, D. A., et al. Thermoneutral housing exacerbates nonalcoholic fatty liver disease in mice and allows for sex-independent disease modeling. Nat Med. 23 (7), 829-838 (2017).
- Lee, M. W., et al. Activated type 2 innate lymphoid cells regulate beige fat biogenesis. Cell. 160 (1-2), 74-87 (2015).
- Kusminski, C. M., et al. MitoNEET-driven alterations in adipocyte mitochondrial activity reveal a crucial adaptive process that preserves insulin sensitivity in obesity. Nat Med. 18 (10), 1539-1549 (2012).
- Judex, S., et al. Quantification of adiposity in small rodents using micro-CT. Methods. 50 (1), 14-19 (2010).
- Chaurasia, B., et al. Adipocyte ceramides regulate subcutaneous adipose browning, inflammation, and metabolism. Cell Metab. 24 (6), 820-834 (2016).
- Matthews, V. B., et al. Interleukin-6-deficient mice develop hepatic inflammation and systemic insulin resistance. Diabetologia. 53 (11), 2431-2441 (2010).
- Tschop, M., Smiley, D. L., Heiman, M. L. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature. 407 (6806), 908-913 (2000).
- Garcia, M. C., et al. Mature-onset obesity in interleukin-1 receptor I knockout mice. Diabetes. 55 (5), 1205-1213 (2006).
- Kowalski, G. M., Bruce, C. R. The regulation of glucose metabolism: Implications and considerations for the assessment of glucose homeostasis in rodents. Am J Physiol Endocrinol Metab. 307 (10), E859-E871 (2014).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. Am J Physiol Endocrinol Metab. 297 (4), E849-E855 (2009).
