Határok az idegtudományban

Alvás és cirkadián ritmusok

Szerkesztette
Lior Appelbaum

Bar-Ilan Egyetem, Izrael

Felülvizsgálta
Han Wang

Soochow Egyetem, Kína

Jeffrey Donlea

Neurobiológiai Tanszék, David Geffen Orvostudományi Kar, Kaliforniai Egyetem, Los Angeles, Egyesült Államok

A szerkesztő és a lektorok kapcsolatai a legfrissebbek a Loop kutatási profiljukban, és nem feltétlenül tükrözik a felülvizsgálat idején fennálló helyzetüket.

magas

  • Cikk letöltése
    • PDF letöltése
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Kiegészítő
      Anyag
  • Exportálás
    • EndNote
    • Referencia menedzser
    • Egyszerű TEXT fájl
    • BibTex
OSZD MEG

Eredeti kutatás CIKK

  • 1 Élettudományi Intézet, Biológiai Tudományok és Mérnöki Főiskola, Fuzhou Egyetem, Fuzhou, Kína
  • 2 Alkalmazott Ökológiai Intézet, Növényvédelmi Főiskola, Fujian Mezőgazdasági és Erdészeti Egyetem, Fuzhou, Kína

A só (nátrium-klorid) elengedhetetlen étrendi követelmény, de a túlzott fogyasztás hosszú távon káros következményekkel jár. A magas sótartalmú étrend (HSD) növeli a krónikus betegségek, például a szív- és érrendszeri betegségek és a cukorbetegség kockázatát, és rossz alvásminőséggel is jár. Kevéssé ismert azonban a neurális áramkör mechanizmusairól, amelyek közvetítik a HSD által kiváltott alvásváltozásokat. Ebben a tanulmányban arra kerestük a választ, hogy a HSD milyen hatással van az alvásra és a kapcsolódó idegi áramkör mechanizmusaira Drosophila. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy a HSD fiatalokat okoz Drosophila szétaprózott alvási fenotípust mutatnak, hasonlóan a normális idősödő egyénekéhez. Fontos, hogy megmutattuk továbbá, hogy a HSD kissé károsítja a cirkadián ritmust, és hogy a HSD által kiváltott alvási változások a cirkadián ritmus rendszerétől függenek. Emellett bebizonyítottuk, hogy a HSD által kiváltott alvásváltozások dopaminerg-rendszerfüggőek. Ezek az eredmények együttesen betekintést nyújtanak abba, hogy az étrendben lévő megnövekedett só hogyan befolyásolhatja az alvás minőségét.

Bevezetés

Noha bizonyos mennyiségű só szükséges a megfelelő izom-, ideg- és szívműködéshez, a túl sok só komoly negatív hatással lehet az egészségre (He és MacGregor, 2009). A magas sótartalmú étrend (HSD) krónikus betegségekkel jár az embereknél, és az idegrendszert is károsíthatja. Kínában a legtöbb ember halofil, az átlagos napi sótartalom 14,5 gramm, amely messze meghaladja az ajánlott bevitelt (a kínai kormány ajánlása 31, amelyet széles körben használnak a cirkadián viselkedési vizsgálatokhoz, vad típusú vonalként használták (Ryder és munkatársai, 2004) A következő sorokat a Bloomington-tól kaptuk Drosophila Stock Központ: TH-Gal4 (Stk # 8848), UAS-NaChBac (Stk # 9468) és az UAS-shibire ts (Stk # 44222). A TH-A KO Gal4/TM6B vonalat Yi Rao (Pekingi Egyetem, Peking, Kína) biztosította, és korábban leírták (Deng et al., 2019). Az UAS-kir2.1, óra ki, időszak 01 és ry 506 sort biztosított a Yong Zhang laboratóriuma (Nevada Egyetem, Reno, NV, Egyesült Államok).

Alvási, túlélési és cirkadián ritmusvizsgálatok

Táplálási vizsgálat

A takarmányozási vizsgálathoz használt módszert egy korábbi tanulmány adaptálta (Xu et al., 2008). Röviden: az új, feltörekvő hím legyeket 25 ° C-on, 12 l: 12D-ben 3 napig vitték magával. A legyeket ezután normál táplálékról (kukoricadara/élesztő/melasz/agar) átállították kék színű táplálékra (1% FD&C Blue No. 1 tartalmú szacharóz/agar diéták) 1% nátrium-kloriddal vagy anélkül ZT0-on további 3 napig. A 4. napon a legyeket foszfáttal pufferolt fiziológiás sóoldat (PBS) pufferben homogenizáltuk ZT2 hőmérsékleten, és 12 000-nél centrifugáltuk. g 25 percig. A felülúszókat új csőbe helyeztük, és 12 000-nél centrifugáltuk g 25 percig. A normál táplálékkal táplált legyek felülúszóinak 625 nm-en mért abszorbanciáját levontuk a kék táplálékkal táplált legyek felülúszójának abszorbanciájából. A nettó abszorbancia a bevitt élelmiszer mennyiségét tükrözi.

Ionkromatográfiai vizsgálat

Három-öt napos felnőtt hím legyeket, amelyeket 3 napig 1% nátrium-kloriddal vagy anélkül etettek szacharóz/agar táplálékban, összegyűjtöttük az ionkromatográfiás vizsgálathoz ZT2-nél. Harminc legyet homogenizáltunk ioncserélt (DI) vízben, és 12 000-nél centrifugáltuk g 25 percig. A felülúszókat új csőbe helyeztük, és 12 000-nél centrifugáltuk g 25 percig, és a térfogatot 10 ml-re emeltük DI vízzel. A kloridot úgy mértük, hogy a mintát és a standard oldatokat salétromsavval és ezüst-nitráttal kezeltük, és összehasonlítottuk azok zavarosságát. A mintákban lévő kloridot Dionex ICS-1500 HPIC rendszeren Dionex IonPac AS18-4 μm oszlopkészleten, nagy közönséges anionok izokratikus elválasztására tervezett nagy hatásfokú anioncserélőn választottuk el. A klorid 4,0 percnél eluálódik. A klorid mennyiségét az azonos oszlopon futtatott, kereskedelemben kapható 100 mg/l-es standard megfelelő hígításával készített standardok összehasonlításával határoztuk meg.

Immunhisztokémia és konfokális képalkotás

Három-öt napos felnőtt hím legyeket, amelyeket 3 napig 1% -os nátrium-kloriddal vagy anélkül etettek szacharóz/agar táplálékban, összegyűjtöttük az agy boncolására a ZT2-nél. Az agyakat 4% pufferolt formaldehidben rögzítettük 25 ° C-on 2 órán át, PBS-ben (pH 7,4) mostuk 0,2% Triton X-100-mal (PBT), blokkoltuk 5% kecskeszérumban PBT-ben (PBST) 30 percig szobahőmérsékleten. hőmérsékleten, és nyúl anti-TH-ban (Millipore, AB152) inkubáljuk egy éjszakán át 4 ° C-on. Három 15 perces PBT-vel végzett mosás után az agyakat egy éjszakán át 4 ° C-on Alexa Fluor® 488-jelölt kecske nyúlellenes szekunder antitesttel (Life Technologies) inkubáltuk, alaposan leöblítettük és felhelyeztük. A képeket konfokális mikroszkóppal (Leica TCS SP5) készítettük 1–2 μm optikai metszet vastagsággal, és a J képpel (NIH) elemeztük.

Mennyiségi PCR

Három-öt napos felnőtt hím legyeket, amelyeket 1% nátrium-kloriddal vagy anélkül etettek szacharóz/agar táplálékban 3 napig, ZT15-n gyűjtöttünk. Valós idejű kvantitatív reverz transzkripciós polimeráz láncreakciót (qPCR) 30 hím legyek fejéből kivont összes RNS-n végeztünk az RNAiso Plus (TaKaRa, katalógusszám: 9108) alkalmazásával, a gyártó protokolljának megfelelően. Kiindulási anyagként reverz transzkripciós reakcióból származó cDNS-t használtunk HiScript III RT SuperMix (Vazyme, katalógusszám: R323) alkalmazásával. A qPCR-t RealStar Green Fast Mixture (GenStar, katalógusszám: A301) segítségével, LightCycler® 96-on (Roche) végeztük. A következő mRNS-eket kvantifikáltuk a felsorolt, a FlyPrimerBank 1 felhasználásával tervezett primerek segítségével:

Actin5C-f: 5′-CAGAGCAAGCGTGGTATCCT-3 ′

Actin5C-r: 5′-CTCATTGTAGAAGGTGTGGTGC-3 ′

TH-f: 5′-GACCACGATGTCCTCATCAAG-3 ′

TH-r: 5′-CCATCAGATTCATGCTGCTGAAG-3 ′

Ddc-f: 5′-GGGTTTGATTCCCTTCTACGC-3 ′

Ddc-r: 5′-CAAATTGTGCTTGTTTCCCACC-3 ′

Dop1R2-f: 5′-GCACCGCCTCCATACTGAATC-3 ′

Dop1R2-r: 5′-CTCATGGGATAGCTGAAGGGA-3 ′

Dop1R1-f: 5′-GTTAGCGATTGCGGATCTCTT-3 ′

Dop1R1-r: 5′-AGGCCACCCAAGTATCACAAA-3 ′

Dop2R-f: 5′-TAGTTGCCATCTCCATAGACAGA-3 ′

Dop2R-r: 5′-CGGCGGCTATTTTTGTGCTTG-3 ′

DopEcR-f: 5′-TCCAACCTCCTCATTATCGCC-3 ′

DopEcR-r: 5′-GCGGGATACACGGAGAAGG-3 ′

Tdc1-f: 5′-GAGTTTCGCAAATACGGCAAG-3 ′

Tdc1-r: 5′-CGTCGGCTGGTAGCAGTTTT-3 ′

Tdc2-f: 5′-CTCGTTCCCCTCTATCCTGGG-3 ′

Tdc2-r: 5′-CCAGTCGAGCACTATGGTCTC-3 ′

Tbh-f: 5′-GAGTGCAGCAAGGACGTTC-3 ′

Tbh-r: 5′-TTGTGTCGGATAAGCGGTTGG-3 ′

Oamb-f: 5′-TTGGCCGTCCTACCCTTCT-3 ′

Oamb-r: 5′-CGGTCCAGTGATATGGCACAC-3 ′

Októberα 2R-f: 5′-AATGCCACCCTCAATCCGC-3 ′

Októberα 2R-r: 5′-GAAGCTGCCATTCAGGAAGAA-3 ′

Októberβ 1R-f: 5′-TGGAGGAGTCAGCCTCACAT-3 ′

Októberβ 1R-r: 5′-TTCAACGGATACGGCGATGC-3 ′

Októberβ 2R-f: 5′-ACATCGTTTGGGTGTTCAAGG-3 ′

Októberβ 2R-r: 5′-GCCCAGTTACTTGCACACTAAA-3 ′

Októberβ 3R-f: 5′-AACGTGGCTGACCTTCTGG-3 ′

Októberβ 3R-r: 5′-CTGTTAATGTTGCAGGTTGCAG-3 ′

Okt-TyR-f: 5′-CGGCATTGAGTACGGCTCAG-3 ′

Okt-TyR-r: 5′-CGATAATGACCGAGAGAACCAGG-3 ′

Statisztikai analízis

1.ábra. A HSD töredezett alvást okoz a fiatal hím legyeknél. (A) A HSD által kiváltott alvási változásokat a Drosophila. (LENNI) Két-három napos hím legyek (n = 48–64 csoportonként) nem adtunk hozzá hozzáadott NaCl-t (kék), 0,05% NaCl-t (sárga), 0,25% NaCl-t (zöld) és 1% NaCl-t (piros), és az alábbiakat 24 órán át, nappali időben határoztuk meg és éjszaka: (B) perc alvás 30 perces periódusonként, (C) átlagos alvási időtartam, (D) alvási epizódok száma, és (E) az egyes alvási epizódok átlagos időtartama. Az ábrázolt értékek átlag ± S.D .; ∗ P ∗∗ P ∗∗∗ P A 2+ csatorna negatívan modulálja az alvást (Jeong et al., 2015). Így ezek a megállapítások azt sugallják, hogy a nátriumion, de a kloridion nem, hatással van az alvásra.

A magas sótartalmú étrend nem változtatja meg az étel bevitelét

Az emlősökhöz hasonlóan a legyek előnyben részesíthetik az alacsony sótartalmú ételeket, és elutasíthatják a magas sótartalmú ételeket (Zhang et al., 2013). Annak tesztelésére, hogy a sókoncentrációk befolyásolják-e a legyek élelmiszer-fogyasztását, először ionkromatográfiás vizsgálatot végeztünk a kloridionok koncentrációjának kimutatására a légy testekben. A hím legyek csoportjait 1% nátrium-kloridot tartalmazó szacharóz/agar táplálékkal vagy normál táplálékkal etették 12 óra fény alatt: 12 órás sötét (LD) ciklusok 3 napig. Táplálás után a legyeket ZT2 hőmérsékleten homogenizáltuk, és a felülúszóban lévő kloridion-koncentrációkat nagynyomású ion-kromatográfiás vizsgálattal határoztuk meg. Az 1% nátrium-kloriddal kiegészített étrenddel táplált legyek közel négyszer több kloridiont tartalmaztak, mint a kontroll csoport szacharóz/agar étrenddel etetett (2A. Ábra). Ezután ételfestéket használtunk az élelmiszer-fogyasztás spektrofotometriás értékelésére (Xu és mtsai, 2008). A legyeket 3 napig festékkel jelölt táplálékkal etették (2B, C ábra). A ZT2-n végzett homogenizálás után a festéket spektrofotometriásán kvantifikáltuk. Az 1% -os nátrium-kloriddal táplált legyeknél az ételfogyasztás nem különbözött attól, amelyik a szacharóz/agar étrendet etette (2D. Ábra). Ezek az adatok azt mutatják, hogy a nátrium-klorid adagolásából származó alvási fenotípusokat nem éhezés okozta.

Annak meghatározása, hogy az alvás időtartamának csökkentése és az alvás konszolidációjának csökkentése a cirkadián ritmusfüggő-e, két különböző cirkadián ritmussal összefüggő mutáns, óra ki és időszak 01-et elemeztük (Konopka és Benzer, 1971; Liu és mtsai, 2017). Amint azt a korábbi tanulmányok (Konopka és Benzer, 1971; Liu és mtsai, 2017) bemutatták, a óra ki és időszak 01 mutáns megzavarta az aktivitás/pihenés ritmusát a vad típusú legyekhez képest, és DD alatt aritmiás aktivitást is mutatnak (5A, B ábra). HSD táplálásakor az alvási szokások óra ki és időszak 01 mutáns legy normális volt (5C – J. Ábra). Tekintettel arra, hogy a időszak 01 általunk használt mutáns légy hordozza a ry 506 allél a harmadik kromoszómán, mi is értékeltük az alvási szokásokat ry 506 legyet tápláltak különböző koncentrációjú nátrium-kloriddal. A ry 506 legy válaszolt a HSD-re töredezett alvással (S6 kiegészítő ábra). Ezek a megállapítások alátámasztják azt az elképzelést, hogy a HSD befolyásolja az alvás architektúráját, amely megköveteli a cirkadián ritmus rendszer normális működését.

A HSD emeli a tirozin-hidroxiláz szintjét a dopaminerg neuronokban

Idézet: Xie J, Wang D, Ling S, Yang G, Yang Y és Chen W (2019) A magas sótartalmú étrend fiatalok alvási töredezettségét okozza Drosophila A cirkadián ritmus és a dopaminerg rendszerek révén. Elülső. Neurosci. 13: 1271. doi: 10.3389/fnins.2019.01271

Beérkezett: 2019. augusztus 21.; Elfogadva: 2019. november 08 .;
Publikálva: 2019. november 29.

Lior Appelbaum, Bar-Ilan Egyetem, Izrael

Han Wang, Soochow Egyetem, Kína
Jeffrey Donlea, Kaliforniai Egyetem, Los Angeles, Egyesült Államok

† Ezek a szerzők egyformán járultak hozzá ehhez a munkához