SIRT1 Регулювання неспання та фенотипу, подібного до старіння, у журналі "Нейронні хвилі"

Анотація

Вступ

Неспання має важливе значення для настороженості та оптимальної когнітивної функції, однак порушується в багатьох обмінних умовах. Надмірна денна сонливість та/або порушення пильності спостерігаються із збільшенням поширеності ожиріння, діабету, депресії, нейродегенеративних розладів та старіння (Chasens et al., 2009; Gozal and Kheirandish-Gozal, 2009; Hawley et al., 2010). Механізми, за допомогою яких метаболічні порушення можуть погіршити неспання, недостатньо вивчені.

регулювання

Неспання модулюється кількома групами активних нейронів (WAN), включаючи холінергічні нейрони в базальному передньому мозку, середньому мозку та понах, орексинергічні та гістамінергічні нейрони в гіпоталамусі та серотонінергічні, дофамінергічні та норадренергічні нейрони в середньому мозку та понах ( Фуллер та ін., 2006). Глобальні мережі чутливі до різних метаболічних збурень, реагуючи або зміною активності, або заходами травми. Виклики обміну речовин, наприклад, дисгомеостаз глюкози або кисню, впливають на активність WAN (Figlewicz et al., 1996; Petrisić et al., 1997). Видатні вікові зміни в WAN включають втрату дендритів, аксонопатію, зменшення ферментів синтезу нейромедіаторів, а в окремих популяціях накопичення ліпофусцину та втрату клітин (Mann, 1983; Ishida et al., 2001; Zecca et al., 2004) . WAN можуть бути травмовані на початку декількох нейродегенеративних розладів, включаючи хвороби Альцгеймера, Паркінсона, Хантінгтона та аміотрофічний бічний склероз (Chan-Palay and Asan, 1989; Zarow et al., 2003; Benarroch et al., 2009). Таким чином, виявляється, що, як і неспання, WAN чутливі до різноманітних метаболічних збурень.

Сиртуїни визнані невід'ємною частиною численних метаболічних адаптацій у різних типах клітин. Безшумний інформаційний регулятор 2 (SIR2) був описаний у дріжджах як подовження тривалості життя (Gotta et al., 1997). SIRT1, найближчий до дріжджів SIR2 ортолог ссавців, функціонує як нікотинамід-аденин-динуклеотид-залежна деацетилаза для мішень гістонів та негістонів (Imai et al., 2000). Як метаболічно чутливий регулятор транскрипції, SIRT1 служить для захисту клітин від метаболічного дисгомеостазу, ініціюючи широкий спектр адаптивних реакцій на поживні та окисно-відновлювальні збурення (Boily et al., 2008). Активація SIRT1 активованого рецептором-γ-коактиватором-1 проліфератором пероксизоми підсилює біогенез мітохондрій, оптимізує співвідношення поверхні/об'єму мітохондрій для зменшення вироблення активних форм кисню та забезпечує антиоксидантний захист (Nemoto et al., 2005; Aquilano et al., 2010). SIRT1 сприяє енергетичному гомеостазу завдяки модифікаціям деацетилювання факторів транскрипції FOXO (Nie et al., 2009). Автофагія, важливе джерело енергії в нейронах, також регулюється SIRT1 (Salminen and Kaarniranta, 2009; Kume et al., 2010). Сильний метаболічний або окисно-відновний дисгомеостаз може пригнічувати активність SIRT1 (Zee et al., 2010).

У цій серії досліджень ми вивчали популяції WAN на наявність SIRT1, виявляючи SIRT1, присутній в ядрах WAN. Далі ми дослідили роль SIRT1 у неспанні та цілісності глобальних мереж. Умовна втрата SIRT1 у молодої дорослої миші призводить до старіння фенотипу в WAN, включаючи втрату ключових нейромедіаторних ферментів або нейропептиду, втрату дендритів та аксонів та прискорене накопичення ліпофусцину (агрегатів незворотно окислених білків та ліпідів). Прогресивна втрата ядерного SIRT1 та накопичення ліпофусцину відбувається при нормальному старінні в глобальних мережах. Ми прийшли до висновку, що SIRT1 захищає глобальну мережу і є важливим фактором для нормального неспання. Вікова втрата SIRT1, ймовірно, сприяє підвищеній сприйнятливості до нейродегенеративних процесів.

Матеріали і методи

Дослідження проводились в Університеті Пенсільванії за схваленням Інституційного комітету з догляду та використання тварин та відповідали переглянутому Національному інституту охорони здоров’я Лабораторної політики захисту тварин. Мишей утримували в клітинах від чотирьох до п’яти осіб з продовольством та водою, доступними за бажанням. Було використано три групи мишей: миші-самці дикого типу C57BL/6J (у віці 2, 12 та 24 місяців), трансгенні миші SIRT1 [дикий тип (WT), +/− та -/- односмітники] на безпородному фоні (Віком 6–8 місяців), які були генеровані, як описано раніше (Boily et al., 2008), та B6; 129 – миші Sirt1 tm1Ygu/J з умовною делецією екзону 4 у гені SIRT1 (SIRT1 flx/flx) з мишами WT того ж фонового штаму, B6; 129F1/J (віком 6–8 місяців) (Cheng et al., 2003).

Умовний нокдаун SIRT1 із цілим мозком.

Аденоасоційовані вірусні вектори (AAV) були розроблені для широкого розповсюдження кререкомбінази в мозку дорослої миші, як було описано раніше та підтверджено (Cearley and Wolfe, 2007). В основному, промотор цитомегаловірусу (CMV) та транс-ререкомбіназний трансген були включені в рекомбінантний геном AAV2, перехресно упаковані у вектор AAV1 або AAV9. Університет штату Пенсільванія Vector Core здійснив проектування, упаковку, очищення та вимірювання титрів вектора. Для вивчення наслідків втрати SIRT1 у дорослої миші, SIRT1 flx/flx та контрольних мишей знеболювали кетаміном/ксилазином (80 та 20 мг/кг, в/в відповідно) та вводили AAV2/1 (10 нл,> 2 13 ГК/мл) внутрішньоцеребровентрикулярно (n = 4 SIRT1 flx/flx та 4 контролі) або AAV2/9 (3–5 нл,> 2 13 ГК/мл), націлений на ростральний середній мозок (брегма, -4,3 мм; дорсовентральний, 2,7 мм; медіотеральний, 0 мм) і спинний мост двосторонньо (брегма, -5,4; дорсовентральний, 3,5 мм; медіолатеральний, 1 мм), посилання дорсовентрального 0 мм на тверду мозкову оболонку в місці ін’єкції (n = 8 SIRT1 flx/flx і 6 контрольних).

Гібридизація in situ.
Імплантація електродів для реєстрації поведінкового стану.

Мишам імплантували срібні електроди для черепа та шиї для запису сну двосторонніми лобовими та потиличними електроенцефалографічними та нухальними електроміографічними електродами, як детально описано раніше (Veasey et al., 2000). Через два тижні після операції кожна миша була підключена до противагових записуючих кабелів за допомогою комутатора для запису оцифрованих електроенцефалографічних та випрямлених електроміографічних сигналів із ковзним середнім (Veasey et al., 2000). Мишам давали 1 тиждень на пристосування до з'єднувальних кабелів, завдяки підтримці можливості стояти повністю вертикально на задніх кінцівках і швидко маневрувати всіма кутами клітини. Записи збирали протягом наступних 2 тижнів.