Довготривала обезогенна дієта та цілеспрямоване видалення калієвого каналу Kv1
Брендон М. Челетт
1 Департамент біологічних наук Університету штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
2 програми з неврології, Університет штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
Ебігейл М. Томас
1 Департамент біологічних наук Університету штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
Дебра Ен Фадул
1 Департамент біологічних наук Університету штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
2 програми з неврології, Університет штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
3 Молекулярна біофізика, Університет штату Флорида, Таллахассі, Флорида,
Анотація
Вступ
Поширеність ожиріння в людській популяції зростає з тривожними темпами. У США відсоток дорослих із ожирінням збільшився з 15% у 1990 р. До понад 35% у 2012 р., І ожиріння зараз зазвичай називають епідемією (Ogden et al. 2014). Ожиріння корелювало із збільшенням частоти захворювань, а також зі збільшенням смертності (Smith et al. 2016). Оцінки фінансових наслідків різняться, але вартість ожиріння в США становить сотні мільярдів доларів (Smith et al. 2016). Ці тривожні тенденції вимагали посилення наукових досліджень для розкриття стратегій профілактики та лікування ожиріння.
Вправи давно призначаються для лікування ожиріння, але користь від добровільних вправ не лише спроби схуднути (Dipietro 1999). Дослідження показали, що участь у добровільних фізичних вправах пригнічує запалення в центральній нервовій системі, уповільнює когнітивний спад і зменшує об’єм гіпокампа, пов’язаний із старінням, модулює мікробіом та бореться з резистентністю до інсуліну (Yuede et al. 2009; Do et al. 2018; Аллен та ін., 2018). І навпаки, бездіяльність визначена фактором ризику розвитку нейродегенеративних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера та деменція (Norton et al., 2014). У світлі епідемії ожиріння, недавнього відкриття додаткових переваг для здоров'я від фізичних вправ та шкоди сидячого способу життя, добровільним вправам приділяється поновлювана увага в дослідженнях (Patten et al. 2015; Idorn et al. 2017).
Наше дослідження першим характеризує запущений фенотип мишей, де ми вимірювали взаємодію шестимісячного доступу до добровільних фізичних вправ, модифікації дієти та генетичної втрати каналу Kv1.3. Ми виявили, що як миші дикого типу, так і Kv1,3-нульові, які отримували ін’єкцію за допомогою дієти з помірним вмістом жиру, частіше брали участь у бігу на колесах і бігли далі, ніж миші, які годувались контролем. Ми також продемонстрували, що участь у добровільних вправах, як і очікувалося, частково захистила мишей дикого типу від підвищеного ожиріння та нечутливості до глюкози, пов'язаних з дієтою MHF, порівняно з сидячими мишами, що харчуються MHF. Нарешті, Kv1.3-нульові миші бігали на тій же відстані та швидкості, що і миші дикого типу, коли їх підтримували на тій же дієті, але їхні схеми відпочинку та бігу різнилися як у світлій, так і в темній фазах.
Матеріали і методи
Догляд за тваринами
160 днів). Всім мишам було надано два додаткових джерела збагачення, які включали будинок та гніздові квадрати.
Лінії тварин
Вага тіла та ожиріння
Щоб порівняти нормальний приріст ваги зі збільшенням набору ваги та відкладенням жирової тканини, спричиненими підтримкою дієти з MHF, щотижня реєстрували масу тіла кожної миші. Після закінчення жирові прокладки вирізали та зважили слідчим, який був сліпим щодо генотипу та групи лікування миші. Епідидимальну, заочеревинну, підшкірну (пробу правої сторони) та брижові жирові тканини збирали та поєднували. Коричневий жир не відбирався.
Добровільна поведінка вправ
Мишам, які належали до груп добровільних фізичних вправ, був наданий вільний доступ до бігового колеса в їх клітці. Після відлучення та після дводенного періоду адаптації до їхньої більшої, окремої клітки, вертикального бездротового ходового колеса (Med Associates, Inc., St Albans, VT, https://www.med-associates.com/product/vertical- бездротовий бігове колесо для миші /) було прикріплене в клітці. Датчик коліс був розміщений поверх дротяної кришки та пластикових колекторів, висунутих у клітку, яка утримувала ходове колесо над підстилкою та дозволяла обертатись. Щотижня забезпечувалось чисте колесо, і колеса змащувались некалорійним силіконовим маслом без смаку та запаху, щоб зменшити потенційно стресовий скрип обертового колеса. Датчик коліс реєстрував кількість обертань і передавав дані в центральний вузол кожні 30 секунд. У свою чергу, хаб був підключений до комп’ютера, обладнаного програмною програмою Wheel Manager (Med Associates, Inc., https://www.med-associates.com/product/wheel-manager/), який архівував дані та дозволяв експортування даних після закінчення періоду роботи. Дані, що працюють, експортувались у Microsoft Excel (Microsoft Office 365, https://www.microsoft.com/en-us/education/products/office) за допомогою програми Wheel Analysis (Med Associates, Inc.). 1-хвилинний бункер був найменшим розміром бункера, який програмне забезпечення дозволяло експортувати.
Більшість даних про поведінку бігу, що повідомляються в цьому рукописі, складають 28-денну пробу для кожної миші, а не весь експериментальний період 6 місяців. Ми дійшли висновку, що обмеження аналізу до 28-денного періоду є виправданим, оскільки (1) це дозволило виключити 3-денний період аклімації, протягом якого миші бігали дуже мало та/або непослідовно, і (2) це дозволяло виключити викиди в поведінці під час бігу, які, очевидно, були спричинені технічною помилкою (захоплення постільної білизни або низький рівень заряду батареї), на відміну від фактичних змін поведінки миші. Через поступове розмноження не всі миші розпочали тренувальну процедуру в одну і ту ж календарну дату, і тому на них по-різному впливали несправності програмного забезпечення, розряд акумуляторів або екстремальні погодні умови, що вимагали евакуації дослідників. Як тільки було можливо, 28-денна підбірка складалася з 28 днів поспіль в середині періоду лікування фізичними вправами. У випадках, коли відсутні дані через причини, перераховані раніше, прогалини заповнювались записаними безпосередньо прилеглими даними.
Середня бігова відстань розраховувалася як середня пробіг на добу за 28-денну вибірку для кожної миші. Час активності обчислювали як кількість 1-х хвилинних бункерів, протягом яких миша брала участь у бігу на колесі. Швидкість бігу повідомлялася як середнє число обертань колеса в хвилину для кожної 1-хв бункера, протягом якого миші були активними. Запущені сплески визначались як послідовні 1-хвилинні біни, протягом яких миша була активною, в той час як відпочинок визначалися як послідовні 1-хвилинні біни, протягом яких миша була неактивною. Затримка запуску визначається як середній проміжок часу після настання темряви до моменту, коли миша зайнята бігом колеса. Час затримки зупинки визначається як середній проміжок часу після настання світла до тих пір, поки миша не перестане вступати в рух.