肥満マウスのエネルギーを消費する熱原性アディポサイトの基礎エネルギー支出と能力の決定
Summary
本稿は、肥満マウスにおける熱原性アディポサイトの基礎代謝率および酸化容量を測定するためのプロトコルを記述する。
Abstract
エネルギー支出の測定は、代謝の変化が肥満につながる方法を理解するために必要です。マウスの基礎エネルギー消費量は、代謝ケージを使用して全身酸素消費量、CO2 産生、身体活動を測定することによって決定することができます。熱原性ブラウン/ベージュのアディポサイト(BA)は、特に低い周囲温度で、げっ歯類のエネルギー支出に大きく貢献しています。ここでは、肥満マウスのエネルギーを消費する基礎エネルギー支出と総BA容量の測定は、2つの詳細なプロトコルに記載されています:エネルギー支出が体重によって共変することを考えると、必要な分析である共分散(ANCOVA)の分析を用いて基礎エネルギー支出を測定するためのアッセイを設定する方法を最初に説明する。第2のプロトコルは、マウス における生体内における BAエネルギー支出能力を測定する方法を説明する。この手順は、身体活動によって引き起こされる支出を制限するために必要な麻酔を含み、続いてBAのエネルギー支出を活性化するβ3-アドレナリン作動薬CL-316,243の注入を伴う。これら 2 つのプロトコルとその制限事項は、最初の実験を成功させるために十分に詳細に説明されています。
Introduction
代謝は、細胞が成長し、その機能を実行するために使用する栄養素の取り込み、貯蔵、変換、および分解を担当する生化学的反応の統合として定義することができます。代謝反応は、栄養素に含まれるエネルギーを、細胞が新しい分子を合成して作業を実行するために使用できる形に変換します。これらの生化学的反応は、このエネルギーを生命を維持するために使用できる形に変換する上で本質的に非効率的です1。このような非効率は熱の形でエネルギー消費をもたらし、この熱産生は生物の標準代謝率(SMR)を定量化するために使用される。標準条件は、目を覚ますが、大人を休ませ、食品を摂取または消化せず、熱中性でストレスなしで、ストレスなしで起こる熱産生として古典的に定義された1。マウスにおける基底代謝率(BMR)または基礎エネルギー支出はSMRと呼ばれるが、軽度の熱ストレス(周囲温度21〜22°C)1の下で食物を摂取および消化する個体では。直接熱を測定する課題と困難は、間接的な熱量測定、すなわち酸素消費測定からの熱生産を計算し、BMRを決定するための最も一般的なアプローチとなる。酸素消費からBMRを計算することは、ATPを合成するためのミトコンドリアによる栄養素の酸化が生物で消費される全酸素の72%を占め、総酸素消費量の8%がミトコンドリアでも起こるがATP(結合されていない呼吸)1を発生しないために可能である。消費される酸素の残りの20%の大部分は、他の細胞内の場所での栄養酸化(ペルキシソマル脂肪酸酸化)、同化プロセス、および活性酸素種形成1に起因する可能性がある。そこで、1907年にLuskは、酸素消費量とCO2 産生を熱としてエネルギー消費に変換するために広く使用される経験的測定に基づいて、方程式を確立しました。ヒトでは、脳がBMRの約25%を占め、筋骨格系は〜18.4%、肝臓は〜20%、心臓は約10%、脂肪組織は約3〜7%2を占める。マウスでは、BMRに対する組織の寄与が若干異なり、脳が〜6.5%、骨格筋が13%、肝臓が52%、心臓が〜3.7%、脂肪組織が5%3を表す。
驚くべきことに、BMRを定義する生化学反応は、外的な仕事(身体活動)、発達(組織成長)、内部ストレス(感染に対抗する、傷害、組織ターンオーバー)、および周囲温度の変化(コールドディフェンス)1のような異なるニーズに応じて固定および変化しない。一部の生物は、冷たい暴露で熱を発生させるプロセスを積極的に募集し、代謝によって生成される熱は単なる偶発的な副産物ではないことを意味します。代わりに、進化は代謝反応の速度を変えることによって熱産生を特異的に高めることができる調節メカニズムを選択した1。したがって、これらの同じ酸素消費量測定は、寒さに応答して熱を発生させる生物の容量を決定するために使用することができる。
2つの主要なプロセスは、低温暴露時の発熱に寄与する。最初のものは震え、これはミトコンドリア酸化リン酸化を増加させ、筋肉の解糖を増加させ、不随意の筋肉収縮によって行われた物理的な仕事をカバーすることによって熱を発生させる。したがって、冷たい暴露は筋肉の酸素消費量を増加させます1。第二は、茶色とベージュの葉状の葉欠得細胞(BA)の酸素消費量の増加を通じて起こる非シブリング熱産生です。BAにおける熱へのエネルギーの放散は、ミトコンドリア非結合タンパク質1(UCP1)によって媒介され、ミトコンドリアマトリックスへのプロトン再突入を可能にし、ミトコンドリア陽子勾配を減少させる。UCP1によるミトコンドリア陽子勾配の放散は、電子移動と酸素消費量の上昇とATP(アンカチド)を発生させることなく陽子散逸 によって 放出されるエネルギーによって熱産生を増加させる。さらに、熱性BAは、無駄な酸化ATP合成および消費サイクルを活性化することによって、プロトン勾配で大きな散逸を引き起こすことなく酸素消費を高める追加のメカニズムを募集することができる。ここに記載されている代謝ケージ、すなわちコロンバス機器のCLAMS-Oxymaxシステムは、異なる周囲温度でエネルギー支出を測定する可能性を提供します。しかし、全身酸素消費測定を用いてBA熱原性能力を決定するには、(1)震えの寄与を排除し、他の非BA代謝プロセスをエネルギー支出に排除し、(2) 生体内でのBA熱新活性を特異的に活性化する必要がある。したがって、第2のプロトコルは、他の非BA熱原性プロセス(すなわち、身体活動)を制限する麻酔および熱中性を有する麻酔および熱中性を有する麻酔薬理学を使用して 、生体内で BAを選択的に活性化する方法を記述する。BAを活性化するための薬理学的戦略は、β3-アドレナリン受容体アゴニストCL-316,246でマウスを治療する。その理由は、冷たい暴露が、UCP1および脂肪酸化を活性化するBAでβアドレナリン受容体を活性化するノルエピネフリンを放出する交感神経応答を促進するからである。さらに、β3-アドレナリン受容体発現は、マウスの脂肪組織において高く富化される。
Protocol
Representative Results
Discussion
間接カロリー測定は、全身エネルギー支出を評価するために何年も使用されてきました 4.本明細書に記載されるこのプロトコルは、代謝ケージを使用して、基礎代謝率を測定し、 生体内の BA熱新生能力を決定する簡単な方法を提供する。
ここで説明する間接熱量測定法は、エネルギー支出値を体重値で割ることに誤解を与える可能性があること?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MLはUCLAの医学部、P30 DK 41301(UCLA:DDRC NIH)およびP30 DK063491(UCSD-UCLA DERC)からのパイロット助成金によって資金提供されています。
Materials
| CLAMS-Oxymax System | Columbus Instruments | CLAMS-center feeder-ENC | Including enviromental enclosure and Zirconia oxygen sensor |
| Desktop PC with Oxymax Software | HP/Columbus | N/A | PC needed to be purchased separately |
| Drierite jug (Calcium Sulfate with Cobalt Chloride Indicator) | Fisher Scientific | 23-116681 | Needed to dry the gas entering the oxygen sensor, humidity can damage the sensor |
| NMR for body composition | Echo-MRI | Echo-MRI 100 | Measure lean and fat mass in alive mice. It is necessary for ANCOVA analyses. |
| CL-316-243 | Sigma | C5976 | Injected to the mice subcutaneously to activate thermogenesis |
| High fat diet | Research Diets | D12266B | Provided to the mice prior and during measurements |
| Pentobarbital/Nembutal | Pharmacy at DLAM | N/A | Anesthesia for the mice |
| Primary standard grade gas (tank and regulator) | Praxair | NI CD5000O6P-K/PRS 2012-2331-590 | 20.50% Oxygen, 0.50% CO2 balanced with nitrogen used for calibration |
References
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