Bedömning av murina Exercise Endurance utan användning av en chock Grid: Ett alternativ till Forcerad Motion
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
Använda modeller laboratorie mus är de molekylära vägar som ansvarar för de metabola fördelarna med uthållighetsträning börjar definieras. Den vanligaste metoden för bedömning av övningen uthållighet i möss utnyttjar tvingas köra på en motoriserad löpband utrustad med en stöt rutnät. Djur som slutar springa skjuts av den rörliga löpbandet på ett rutnät som ger en elektrisk fotchock; att undkomma negativ stimulans, mössen återvänder till att köra på bältet. Däremot kan undvikande beteende och psykisk stress på grund av användning av en chock apparat störa kvantifiering av rinnande uthållighet, samt förbrylla mätningar av exercise serumhormon och cytokinnivåer. Här visar vi och validera en förfinad metod för att mäta köra uthållighet i naiva C57BL / 6 laboratoriemöss på en motoriserad löpband utan att använda en chock rutnät. När möss preacclimated till löpbandet, de kör frivilligt med gånghastigheter specifika för varje mouse. Användning av chocken nätet ersätts av försiktig uppmuntran av en mänsklig operatör med hjälp av en tungspatel, tillsammans med känslighet för den frivilliga vilja att köra på den del av musen. Tydliga endpoints för att kvantifiera gångtid till utmattning för varje mus definieras och återspeglas i beteendemässiga tecken på utmattning, såsom utspärrade hållning och ansträngd andning. Denna metod är ett humant förfining som också minskar störande effekterna av stress på experimentella parametrar.
Introduction
Fetma, insulinresistens och typ 2-diabetes är inbördes metabola sjukdomar som utövar djupgående effekter på hälsan hos både USA och i hela världen populationer 1-4. Endurance motion kan förebygga samt behandla dessa förhållanden 5,6. Vidare är bedömningen av gånghastighet och uthållighet utnyttjas kliniskt som diagnostiska test för svaghet, sarkopeni, och konsekvenserna av andra sjukdomar såsom kronisk obstruktiv lungsjukdom, i mänskliga ämnen 7.
De biokemiska vägar som ligger bakom de positiva effekterna av uthållighetsträning på kroppssammansättning och insulinkänsligheten börjar belysas med hjälp av genetiskt eller farmakologiskt modifierade möss som visar förbättrade eller minskade fysisk kapacitet 8-11. Dock har många sådana studier utnyttjade motoriserade löpband utrustade med chock galler för att tvinga möss att köra 8-11. Djur som slutar springa skjuts avden rörliga löpbandet på ett rutnät som ger en elektrisk fotchock; att undkomma negativ stimulans, mössen återvänder till att köra på bältet. Sådana förfaranden får införa psykisk stress och undvikande beteende som påverkande faktorer som påverkar experimentella parametrar 12. Andra metoder för att mäta uthållighet, såsom kvantifiering av ambulatorisk aktivitet med hjälp av en balk-break apparat eller kvantifiering av in-buren hjul igång, kan komma på skam genom module dygnsrytm, ångest, oavsiktlig träning eller mat söker beteende 12-16. Dessutom är dessa förfaranden kräver samma hölje, en annan källa till psykisk stress för möss. Därför behövs en direkt mätning av motion uthållighet inte förvirrad av stress.
För att undanröja dessa farhågor har vårt laboratorium utvecklat och validerat en metod för att bedöma maximal framkomlighet och ihållande rinnande hastighet i otränade, naiva möss med hjälp av en motoriserad löpband inte equipped med en chock rutnät. Utrymmet i slutet av bandet, där chock rutnätet bosatt oftast, blir då en plattform för möss till vila, och ger en plats för möss som vägrar att köra för att sitta fram ur apparaten. Möss uppmuntras att köra genom en mänsklig observatör som använder försiktigt packas eller röra med en tungspatel, tillsammans med känslighet för den frivilliga vilja att köra på den del av musen. Denna metod har använts för att kvantifiera skillnader i utövandet uthållighet mellan genetiskt modifierade och styra C57BL / 6 möss som skiljer sig i uttryck av muskeln härledd cytokin interleukin-15 (IL-15) 16,17. Denna metod är ett humant förfining som minskar störande effekter av negativ förstärkning som orsakats av användning av en chock rutnät.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beskrivs här är en metod för att bedöma frivilliga kör uthållighet i laboratoriemöss med hjälp av en motordriven löpband utan användning av en chock rutnät. Denna metod kan avslöja skillnader bland sub-linjer av C57BL / 6 möss som skiljer sig i uttryck av cytokinet IL-15, vilket i sin tur medför skillnader i uttrycket av faktorer som ligger bakom motion uthållighet 16,17. I enlighet med principerna i "Tre R: s" djur i laboratorium, kan denna metod användas som ett mer humant alternat…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Stöds av Merit Review # BX001026 från Department of Veterans Affairs (LSQ), och användning av resurser och anläggningar på VA Puget Sound Health Care System, de transgena Resource Kärna vid University of Washington Nathan Shock Center of Excellence i Basic Biology of Aging (NIA # 5P30AG-013.280), och University of Washington Diabetes Endocrinology Research Center (NIH # P30 DK-17047). Vi tackar Cynthia Pekow DVM och Kari L. Koszdin DVM, VA Puget Sound, förutsatt hjälp kommentarer på manuskriptet.
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).
