Evaluación de murino ejercicio de resistencia sin el uso de una rejilla de choque: Una Alternativa para el ejercicio forzado
Summary
A method to assess exercise endurance in laboratory mice without the use of a shock grid is demonstrated. This method is a humane refinement that can decrease the confounding effects of stress on experimental parameters.
Abstract
El uso de modelos de ratones de laboratorio, las vías moleculares responsables de los beneficios metabólicos del ejercicio de resistencia están empezando a definir. El método más común para evaluar la resistencia al ejercicio en ratones utiliza obligó correr en una caminadora motorizada equipada con una rejilla de shock. Animales que dejan de correr son empujadas por la cinta sin fin en movimiento sobre una rejilla que proporciona una descarga eléctrica pie; para escapar del estímulo negativo, los ratones vuelven a correr sobre la cinta. Sin embargo, la conducta de evitación y el estrés psicológico debido a la utilización de un aparato de choque pueden interferir con la cuantificación de la carrera de resistencia, así como mediciones de confundir a los niveles de hormonas y citoquinas en suero post-ejercicio. En este sentido, demostrar y validar un método perfeccionado para medir la resistencia corriendo en naïve C57BL / 6 ratones de laboratorio sobre una caminadora motorizada sin utilizar una cuadrícula de shock. Cuando los ratones se preacclimated a la cinta de correr, corren voluntariamente con la marcha velocidades específicas para cada mouse. El uso de la rejilla de choque se sustituye por el estímulo suave por un operador humano utilizando un depresor de lengua, junto con la sensibilidad a la disposición voluntaria para ejecutarse en la parte del ratón. Criterios de valoración claros para cuantificar el tiempo hasta el agotamiento para cada ratón corriendo se definen y se reflejan en signos conductuales de agotamiento como la postura abocinada y dificultad para respirar. Este método es un refinamiento humano que también disminuye los efectos de confusión de la tensión en los parámetros experimentales.
Introduction
La obesidad, la resistencia a la insulina y la diabetes tipo 2 son los trastornos metabólicos relacionados entre sí que ejercen profundos efectos en la salud tanto de los EE.UU. y en todo el mundo las poblaciones 1-4. Los ejercicios de resistencia puede prevenir, así como de tratar, estas condiciones 5,6. Por otra parte, la evaluación de la velocidad de la marcha y la resistencia se utilizan pruebas de diagnóstico para el clínico como la fragilidad, sarcopenia, y las consecuencias de otros trastornos, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, en sujetos humanos 7.
Las vías bioquímicas que subyacen a los efectos beneficiosos del ejercicio de resistencia sobre la composición corporal y la sensibilidad a la insulina están comenzando a ser dilucidado, utilizando ratones genéticamente modificados o farmacológicamente que deben mostrarse mejoradas o reducidas capacidad de ejercicio 8-11. Sin embargo, muchos de estos estudios han utilizado cintas de correr motorizados equipados con rejillas de choque para obligar a los ratones para funcionar 8-11. Animales que dejan de correr son empujadas porla cinta sin fin en movimiento sobre una rejilla que proporciona una descarga eléctrica pie; para escapar del estímulo negativo, los ratones vuelven a correr sobre la cinta. Tales procedimientos pueden introducir estrés psicológico y la conducta de evitación como factores de confusión que afectan los parámetros experimentales 12. Otros métodos de medición de la resistencia, como la cuantificación de la actividad ambulatoria utilizando un aparato de rayo-break o cuantificación de en-jaula rueda para correr, pueden ser confundidos por la modulación de los ciclos circadianos, la ansiedad, la formación inadvertida, o alimentos comportamiento de búsqueda de 12-16. Además, estos procedimientos requieren la vivienda única, otra fuente de estrés psicológico para los ratones. Por lo tanto, se necesita una medición directa de ejercicio de resistencia no confundido por el estrés.
Para evitar estos problemas, nuestro laboratorio ha desarrollado y validado un método para evaluar la capacidad de funcionamiento máxima y sostenida velocidad de carrera en los ratones no tratados previamente, sin entrenamiento utilizando una caminadora motorizada no equiPPED con una rejilla de choque. El espacio al final de la cinta en funcionamiento, donde la red de choque normalmente reside, entonces se convierte en una plataforma para los ratones para descansar, y proporciona un lugar para los ratones que se niegan a ejecutar para sentarse hasta retirado del aparato. Se anima a los ratones a correr por un observador humano mediante suaves golpecitos o tocar con un depresor de lengua, junto con la sensibilidad a la disposición voluntaria para correr en la parte del ratón. Este método se ha utilizado para cuantificar las diferencias en el ejercicio de resistencia entre modificada genéticamente y controlar ratones C57BL / 6 que difieren en la expresión de la citoquina derivada de músculo interleucina-15 (IL-15) 16,17. Este método es un refinamiento humano que disminuye los efectos de confusión de refuerzo negativo causado por el uso de una rejilla de choque.
Protocol
Representative Results
Discussion
Se describe aquí es un método para evaluar la resistencia voluntaria funcionamiento en ratones de laboratorio usando una cinta de correr motorizada sin el uso de una rejilla de choque. Este método puede revelar diferencias entre los sub-líneas de ratones C57BL / 6 que difieren en la expresión de la citoquina IL-15, que a su vez provoca diferencias en la expresión de factores que subyacen 16,17 ejercicio de resistencia. En consonancia con los principios de las "Tres R" en animales de laboratori…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Con el apoyo de la opinión Mérito # BX001026 del Departamento de Asuntos de Veteranos (LSQ), y el uso de los recursos e instalaciones al Sistema de Salud VA Puget Sound, el Núcleo de Recursos transgénico en la Universidad de Washington Nathan Centro Choque de Excelencia en la Biología Básica de Adultos Mayores (NIA # 5P30AG-013280), y la Universidad de Washington Diabetes Centro de Investigación de Endocrinología (NIH # P30 DK-17047). Agradecemos a Cynthia Pekow DVM y Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, siempre útiles comentarios sobre el manuscrito.
Materials
| Open Rodent Treadmill Exer-3/6 | Columbus Instruments, Columbus OH | 1050RM | This catalog number is for models without shock grid. Shock grids can be removed manually from older models (Eco 3/6) |
| Sani Cloth Germicidal Towlettes | PDI- Professional Disposables, Inc., Orangeburg, NY | n/a; usually ordered through local facility | Contains 10% isopropyl alcohol; any equivalent product can be used. |
| Tongue depressors | any local supplier | n/a | |
| Laboratory timer | any supplier | n/a | |
| IL-15 TG mice* | JAX, Bar Harbor, ME | o11002 | Murine IL-15 transgene expressed from modified human alpha-skeletal actin promotor with altered signal sequence to facilitate secretion. |
| C57BL/6J mice (wild-type)* | JAX, Bar Harbor, ME | ooo664 | Control mice for IL-15 TG |
| IL-15 KO mice* | Taconic Farms, Germantown, NY | 4269-M | Homozygous IL-15 "knockout" mice on C57BL/6 background |
| C57BL/6NTac (wild-type)* | Taconic Farms, Germantown, NY | B6-M | Control mice for IL-15 KO |
| *Optional; mouse lines and treatments can be specific to the experimental protocol. |
References
- Hill, J. A., Wyatt, H. R., Reed, G. W., Peters, J. C. Obesity and the environment: where do we go from here?. Science. 299 (5608), 853-855 (2003).
- Kahn, S. E., Hull, R. L., Utzschneider, K. M. Mechanisms linking obesity to insulin resistance and type 2 diabetes. Nature. 444 (7121), 840-846 (2006).
- Van Gaal, L. F., Mertens, I. L., De Block, C. E. Mechanisms linking obesity with cardiovascular disease. Nature. 444 (7121), 875-880 (2006).
- Pischon, T., Nothlings, U., Boeing, H. Obesity and cancer. Proc Natl Acad Sci USA. 67 (2), 128-145 (2008).
- Benton, C. R., Wright, D. C., Bonen, A. PGC-1α-mediated regulation of gene expression and metabolism: Implications for nutrition and exercise prescriptions. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 33 (5), 843-862 (2008).
- Handschin, C., Spiegelman, B. M. The role of exercise and PGC1alpha in inflammation and chronic disease. Nature. 454 (7203), 463-469 (2008).
- Vasunilashorn, S., et al. Use of the Short Physical Performance Battery score to predict loss of ability to walk 400 meters: analysis from the InCHIANTI study. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (2), 223-229 (2009).
- Wang, Y. X., et al. Regulation of muscle fiber type and running endurance by PPARδ. PLoS Bio. 2 (10), e294 (2004).
- LeBrasseur, N. K., et al. Myostatin inhibition enhances the effects of exercise on performance and metabolic outcomes in aged mice. J. Gerontol. A Biol. Med. Sci. 64 (9), 940-948 (2009).
- Burch, N., et al. Electric pulse stimulation of cultured murine muscle cells reproduces gene expression changes of trained mouse muscle. PLoS ONE. 5 (6), e10970 (2010).
- Li, L., et al. Mitochondrial biogenesis and peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α (PGC-1α) deacetylation by physical activity. Diabetes. 60 (1), 157-167 (2011).
- Knab, A. M., et al. Repeatability of exercise behaviors in mice. Physiol. & Behavior. 98 (4), 433-440 (2009).
- He, Y., et al. IL-15 Receptor deletion results in circadian changes of locomotor and metabolic behavior. J. Mol. Neurosci. 41 (2), 315-321 (2010).
- Wu, X., Hsuchou, H., Kastin, A. J., Rood, J. C., Pan, W. Essential role of interleukin-15 receptor in normal anxiety behavior. Brain Behav. Immun. 24 (8), 1340-1346 (2010).
- Pistilli, E. E., et al. Loss of IL-15 receptor α alters the endurance, fatigability, and metabolic characteristics of mouse fast skeletal muscles. J. Clin. Invest. 121 (8), 3120-3132 (2011).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T. W. IL-15 overexpression promotes endurance, oxidative energy metabolism, and muscle PPARδ, SIRT1, PGC-1α, and PGC-1β expression in male mice. Endocrinology. 154 (1), 232-245 (2013).
- Quinn, L. S., Anderson, B. G., Conner, J. D., Wolden-Hanson, T., Marcell, T. J. IL-15 is required for post-exercise induction of the pro-oxidative mediators PPARdelta and SIRT1. Endocrinology. , (2013).
- Ward, J. M., Anver, M. R., Mahler, J. F., Devor-Henneman, D. E., Ward, J. M., Mahler, J. F., Maronpot, R. R., Sundberg, J. P. Chapter 13, Pathology of mice commonly used in genetic engineering (C57BL/6; 129; B6,129; and FVB/N). The Pathology of Genetically Engineered Mice. , 161-179 (2000).
- Lightfoot, J. T., Turner, M. J., Debate, K. A., Kleeberger, S. R. Interstrain variation in murine aerobic capacity. Med. Sci. Sports Exerc. 33 (12), 2053-2057 (2001).
- Turner, M. J., Kleeberger, S. R., Lightfoot, J. T. Influence of genetic background on daily running-wheel activity differs with aging. Physiol. Genomics. 22 (1), 76-85 (2005).
- Haight, T. J., van der Laan, M. J., Manini, T., Tager, I. B. Direct effects of leisure-time physical activity on walking speed. J. Nutr. Health Aging. 17 (8), 666-673 (2013).
- Studenski, S. Gait speed and survival in older adults. JAMA. 305 (1), 50-58 (2011).
- Jacobsen, K. R., Kalliokoski, O., Teilmann, A. C., Hau, J., Abelson, K. S. The effect of isoflurane anaesthesia and vasectomy on circulating corticosterone and ACTH in BALB/c mice. Gen. Comp. Endocrinol. 179 (3), 406-413 (2012).
- Sellers, T. L., Jaussi, A. W., Yang, H. T., Heninger, R. W., Winder, W. W. Effect of the exercise-induced increase in glucocorticoids on endurance in the rat. J. Appl. Physiol. 65 (1), 173-178 (1988).
- Cook, M. D., et al. Forced treadmill exercise training exacerbates inflammation and causes mortality while voluntary wheel training is protective in a mouse model of colitis. Brain Behav. Immun. 33, 46-56 (2013).
