Dieta obezogenă pe termen lung și ștergerea țintită a canalului de potasiu Kv1
Brandon M. Chelette
1 Departamentul de Științe Biologice, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
2 programe în neuroștiințe, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
Abigail M. Thomas
1 Departamentul de Științe Biologice, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
Debra Ann Fadool
1 Departamentul de Științe Biologice, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
2 programe în neuroștiințe, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
3 Biofizică moleculară, Universitatea de Stat din Florida, Tallahassee, Florida,
Abstract
Introducere
Prevalența obezității în populația umană crește într-un ritm alarmant. În Statele Unite, procentul adulților obezi a crescut de la 15% în 1990 la peste 35% în 2012, iar obezitatea este acum descrisă în mod obișnuit ca o epidemie (Ogden și colab. 2014). Obezitatea a fost corelată cu incidența crescută a multor boli, precum și cu mortalitatea crescută (Smith și colab. 2016). Estimările impactului financiar variază, dar costul obezității a fost raportat în sute de miliarde de dolari în Statele Unite (Smith și colab. 2016). Aceste tendințe tulburătoare au necesitat un efort sporit de cercetare pentru a descoperi strategiile de prevenire și tratament pentru obezitate.
Exercițiul fizic a fost prescris mult timp pentru a trata obezitatea, dar beneficiile exercitării voluntare se extind dincolo de încercările de a pierde în greutate (Dipietro 1999). Studiile au indicat faptul că participarea la exerciții voluntare suprimă inflamația sistemului nervos central, încetinește declinul cognitiv și reducerea volumului hipocampic asociat cu îmbătrânirea, modulează microbiomul și combate rezistența la insulină (Yuede et al. 2009; Do et al. 2018; Allen și colab. 2018). Invers, inactivitatea a fost identificată ca un factor de risc pentru dezvoltarea bolilor neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer și demența (Norton și colab. 2014). Având în vedere epidemia de obezitate, descoperirea mai recentă a beneficiilor suplimentare pentru sănătate ale exercițiilor fizice și a detrimentelor unui stil de viață sedentar, exercițiile voluntare primesc o atenție reînnoită a cercetării (Patten și colab. 2015; Idorn și colab. 2017).
Investigația noastră este prima care a caracterizat fenotipul în funcțiune al șoarecilor, unde am măsurat interacțiunile de acces de șase luni la exerciții voluntare, modificarea dietei și pierderea genetică a canalului Kv1.3. Am descoperit că atât șoarecii de tip sălbatic, cât și șoarecii Kv1.3 - nulați, cu o dietă moderat bogată în grăsimi, au participat la rularea roților mai des și au fugit mai departe decât șoarecii hrăniți cu control. De asemenea, am demonstrat că participarea la exerciții voluntare, așa cum era de așteptat, a protejat parțial șoareci de tip sălbatic de adipozitate crescută și insensibilitate la glucoză asociată cu dieta MHF în comparație cu șoareci sedentari hrăniți cu MHF. În cele din urmă, Kv1.3 - șoareci nuli au avut aceeași distanță și viteză ca șoarecii de tip sălbatic atunci când au fost menținuți pe aceeași dietă, dar modelele lor de odihnă și alergare au diferit atât în fazele luminoase, cât și în cele întunecate.
Materiale și metode
Îngrijire animale
160 de zile). Toți șoarecii au primit două surse suplimentare de îmbogățire, care au inclus o casă și pătrate de cuibărit.
Linii animale
Greutatea corporală și adipozitatea
Pentru a compara creșterea în greutate normală cu creșterea în greutate crescută și depunerea țesutului adipos cauzată de menținerea dietei MHF, greutatea corporală a fiecărui șoarece a fost înregistrată săptămânal. La terminare, tampoanele de grăsime au fost excizate și cântărite de un investigator care era orb de genotipul și grupul de tratament al șoarecelui. Au fost colectate și combinate țesuturi adipose epididimale, retroperitoneale, subcutanate (un subșantion din partea dreaptă) și mezenterice. Grăsimea brună nu a fost prelevată.
Comportamentul de exerciții voluntare
Șoarecii aparținând grupurilor de tratament voluntar de exerciții au primit acces ad libitum la o roată de rulare din cușca lor. După înțărcare și după o perioadă de aclimatizare de 2 zile la cușca lor individuală mai mare, o roată verticală fără fir (Med Associates, Inc., St Albans, VT, https://www.med-associates.com/product/vertical- wireless-running-wheel-for-mouse /) a fost fixat în cușcă. Senzorul roții a fost așezat deasupra capacului de sârmă și colectoarele din plastic s-au extins în cușca care a ținut roata rulantă deasupra așternutului și a permis rotirea. O roată curată a fost furnizată săptămânal, iar roțile au fost lubrifiate cu ulei de silicon non-caloric, fără gust și fără miros, după cum este necesar pentru a minimiza scârțâitul potențial stresant al roții rotative. Senzorul roții a înregistrat numărul de rotații și a transmis datele la un butuc central la fiecare 30 de secunde. Hubul a fost la rândul său conectat la un computer echipat cu programul software Wheel Manager (Med Associates, Inc., https://www.med-associates.com/product/wheel-manager/), care a arhivat datele și a permis exportul de date la încheierea perioadei curente. Datele rulate au fost exportate în Microsoft Excel (Microsoft Office 365, https://www.microsoft.com/en-us/education/products/office) prin intermediul programului software Wheel Analysis (Med Associates, Inc.). Un coș de 1 minut a fost cea mai mică dimensiune a coșului pe care software-ul a permis să fie exportat.
O majoritate a datelor de comportament de rulare raportate în acest manuscris sunt un submostru de 28 de zile pentru fiecare șoarece în loc de întreaga perioadă experimentală de 6 luni. Am concluzionat că limitarea analizei la o perioadă de 28 de zile este justificabilă deoarece (1) a permis excluderea perioadei de aclimatizare de 3 zile în care șoarecii au rulat foarte puțin și/sau inconsecvent și (2) a permis excluderea valori aberante ale comportamentului de funcționare care s-au datorat în mod evident unei erori tehnice (blocarea așternutului sau a bateriei slabe) spre deosebire de schimbările de comportament efective ale unui mouse. Datorită reproducerii eșalonate, nu toți șoarecii au inițiat tratamentul de exerciții fizice la aceeași dată calendaristică și, prin urmare, au fost afectați diferențial de disfuncționalități ale software-ului, baterii moarte sau condiții meteorologice extreme care necesită evacuarea de către cercetători. Ori de câte ori este posibil, submostrul de 28 de zile a constat din 28 de zile consecutive în mijlocul perioadei de tratament cu efort. În caz de lipsă a datelor din cauza motivelor enumerate anterior, lacunele au fost umplute cu datele de rulare înregistrate, imediat adiacente.
Distanța medie de rulare a fost calculată ca kilometri medii parcurși pe zi pe eșantionul de 28 de zile pentru fiecare șoarece. Timpul activ a fost calculat ca numărul de coșuri de 1 minut în care mouse-ul a participat la rularea roților. Viteza de rulare a fost raportată ca rotația medie a roților pe minut pentru fiecare coș de 1 minut în care șoarecii au fost activi. Rafalele de rulare au fost definite ca pubele consecutive de 1 minut în timpul cărora mouse-ul a fost activ, în timp ce repausurile au fost definite ca pubele consecutive de 1 minut în timpul cărora mouse-ul a fost inactiv. Latența de funcționare este definită ca timpul mediu de la debutul întunericului până când un mouse se angajează în roată. Latența de oprire este definită ca perioada medie de timp după apariția luminii până când un mouse a încetat să se angajeze în roată.