Summary
Mevcut protokol, orta hızlarda çalışan koşu bandı sırasında üretilen kemirgenlerin kafalarında mekanik ivmelenmeleri yeniden üreten özel olarak tasarlanmış bir "pasif kafa hareketi" sistemini tanımlamaktadır. Mekanik faktörlerin / elementlerin fiziksel egzersizin faydalı etkilerinden diseksiyonuna izin verir.
Abstract
Egzersiz, beyin fonksiyon bozukluğu ile ilgili olanlar da dahil olmak üzere çeşitli hastalıklar ve fiziksel bozukluklar için etkili olarak kabul edilmektedir. Bununla birlikte, egzersizin yararlı etkilerinin arkasındaki moleküler mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Birçok fiziksel egzersiz, özellikle koşu ve yürüyüş gibi aerobik egzersizler olarak sınıflandırılanlar, ayakla yere temas ettiğinde dürtüsel kuvvetler üretir. Bu nedenle, mekanik etkinin egzersizin organizmasal homeostaza nasıl katkıda bulunduğuna bağlı olabileceği düşünülmektedir. Bu hipotezi beyinde test etmek için, kontrollü ve tanımlanmış büyüklükler ve modlarla dikey ivmelenmeler üretebilen ve orta hızlarda çalışan koşu bandı sırasında kemirgenlerin kafalarına uygulanabilecek mekanik stimülasyonu yeniden üretebilen, hayvanlarda egzersizin etkilerini test etmek için tipik bir müdahale olan özel olarak tasarlanmış bir "pasif kafa hareketi" (bundan böyle PHM olarak anılacaktır) sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem kullanılarak, PHM'nin farelerin prefrontal korteks (PFC) nöronlarındaki serotonin (5-hidroksitriptamin, bundan böyle 5-HT olarak anılacaktır) reseptör alt tipi 2A (5-HT2A) sinyalini özetlediği gösterilmiştir. Bu çalışma, PHM'yi uygulamak ve kemirgenlerin kafalarında ortaya çıkan mekanik ivmelenmeleri ölçmek için ayrıntılı protokoller sunmaktadır.
Introduction
Egzersiz, diabetes mellitus ve esansiyel hipertansiyon gibi yaşam tarzı hastalıkları da dahil olmak üzere çeşitli fiziksel bozuklukları tedavi etmek veya önlemek için faydalıdır1. Bununla ilgili olarak, egzersizin beyin fonksiyonları üzerindeki olumlu etkilerine ilişkin kanıtlar da toplanmıştır2. Bununla birlikte, egzersizin beyin için faydalarının altında yatan moleküler mekanizmalar öncelikle aydınlatılmamıştır. Çoğu fiziksel aktivite ve egzersiz, en azından bir dereceye kadar kafada mekanik hızlanmalar üretir. Çeşitli fizyolojik fenomenler mekanik olarak düzenlenirken, mekanik yüklemenin önemi, çoğu durumda, kas-iskelet sistemi 3,4,5'te belgelenmiştir. Beyin, fiziksel aktiviteler sırasında, özellikle de darbeci egzersizler olarak adlandırılan mekanik kuvvetlere maruz kalmasına rağmen, fizyolojik beyin fonksiyonunun mekanik düzenlemesi nadiren çalışılmıştır. Kafadaki mekanik ivmelenmelerin oluşumu fiziksel egzersizlerde nispeten yaygın olduğu için, mekanik düzenlemenin egzersizin beyin fonksiyonlarına faydalarında rol oynayabileceği düşünülmektedir.
5-HT2A reseptör sinyali, sinir sisteminde işlev gören çeşitli biyokimyasal sinyaller arasındaki duygu ve davranışların düzenlenmesinde esastır. Egzersizin terapötik olarak etkili olduğu kanıtlanmış çoklu psikiyatrik hastalıklarda 6,7,8'de rol oynar. 5-HT2A reseptörü, serotonin ailesine ait 5-HT2 reseptörünün bir alt tipidir ve aynı zamanda sinyalizasyonu ligand-bağımlı veya -bağımsız9 içselleştirilmesi ile modüle edilen G-proteinine bağlı reseptör (GPCR) ailesinin bir üyesidir. Kafa seğirmesi, miktarı (frekansı) prefrontal korteks (PFC) nöronlarında10,11 sinyal veren 5-HT2A reseptör sinyalinin yoğunluğunu açıkça temsil eden kemirgenlerin karakteristik bir davranışıdır. Uygulanan 5-HT'ye (kafa seğirmesi yanıtı, bundan böyle HTR olarak anılacaktır; Ek Film 1'e bakınız) verilen bu halüsinojenik yanıtın katı özgüllüğünden yararlanarak, egzersizin beyin fonksiyonları üzerindeki etkilerindeki mekanik etkiler üzerine yukarıda belirtilen hipotez test edilmiştir. Bu nedenle, zorla egzersiz (koşu bandı koşusu) veya egzersizi taklit eden mekanik müdahaleye (PHM) maruz kalan farelerin HTR'sini analiz ettik ve karşılaştırdık.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tüm hayvan deneyleri, Ulusal Engelliler Rehabilitasyon Merkezi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanmıştır. 8-9 haftalık erkek Sprague-Dawley sıçanları, koşu bandı koşusu ve PHM sırasında kafadaki hızlanmaları ölçmek için kullanıldı. Davranış testleri ve PFC'nin histolojik analizleri için 9-10 haftalık erkek C57BL/6 fareler kullanıldı.
1. Koşu bandı çalışması sırasında x-, y- ve z eksenleri boyunca ivmelenmelerin büyüklüklerinin ölçülmesi
- Sıçanı% 1.5 izofluran inhalasyonu ile anestezi yapın.
NOT: Sıçanlar laboratuvar ortamına en az 1 hafta alıştıktan sonra kullanılmıştır. Sıçanın bir arka bacak ayak parmağı sıkışmasına duyarlı olmadığından emin olun. - İvmeölçeri (bakınız Malzeme Tablosu) cerrahi bant kullanarak sıçanın başının üstüne sabitleyin.
- Anesteziden tamamen kurtulduktan sonra, sıçanı koşu bandı makinesine yerleştirin ( bkz. Malzeme Tablosu) ve koşu bandını orta bir hıza (20 m / dak) ayarlayın12 (Şekil 1A).
NOT: İzofluran inhalasyonunun sona ermesinden sonra sıçanın anesteziden tamamen iyileştiğini doğrulamak ve koşu bandı deneyine başlamak en az 20 dakika sürdü. Sıçanın bir arka bacak ayak parmağı sıkışmasına duyarlı olduğundan, belirgin bir şaşkınlık olmadan yürüyebildiğinden veya koşabildiğinden emin olun. - Üreticinin talimatlarını izleyerek uygulama yazılımını kullanarak sıçan koşu bandı çalışması sırasında dikey ivmelenmelerin büyüklüğünü ölçün (bkz.
NOT: 10 seri dalgayı ayıklayın ve 3 boyutlu eksenler boyunca ortalama ivmeleri ayrı ayrı hesaplayın (x-, y- ve z-eksenleri, Şekil 1B). Tepe büyüklükleri, basamaklı senkronize dalgalar (~ 2 Hz frekans) koşu bandı koşu bandı kaynaklı ivmelenmeler olarak tanımlanarak ölçülmüştür (Şekil 1C). Bu çalışma için sıçanlar kullanıldı, çünkü daha büyük vücut boyutları, farelerde mümkün olmayan kafadaki dikey ivmeyi güvenilir bir şekilde ölçmek için uygundu. Bununla birlikte, fareler, kafa seğirme yanıtının nicel analizi ile ilgili kolaylık ve güvenilirlik nedeniyle daha ileri çalışmalar için kullanılmıştır.
2. PHM sisteminin ayarlanması ve PHM'nin farelere uygulanması
- Platformun salınımının genliğini ve pervane şeklindeki kamın dönme hızını PHM sisteminde önceden ayarlayın (Şekil 1D), böylece dikey ivmenin büyüklüğü ve frekansı adım 1.4'te elde edilen değerlerle eşleşir.
NOT: PHM sistemi metal bir çerçeve ve ahşap platformdan oluşur. Motor hızı, dahili sürücüye bağlı kadran ayarlanarak değiştirilebilir ve kontrol edilebilir (bkz. 600 kadran ölçeği 2 Hz'e karşılık geliyor, Şekil 1E. Pervane şeklindeki kam, 5 mm adım yüksekliğinde dört bileğe sahiptir (Şekil 1F). - Fareyi% 1.2 izofluran soluyarak anestezi altına alın.
NOT: Fareler laboratuvar ortamlarına en az 1 hafta alıştıktan sonra kullanılmıştır. Farenin arka bacak ayak parmağı sıkışmasına yanıt vermediğinden emin olun. - Fareyi, sırasıyla kafa ve vücudun geri kalanı salınımlı ve statik platformlarda olacak şekilde eğilimli bir konuma getirin.
NOT: Fareyi anestezi altında tutun (%1,2 izofluran). - Platformu dikey olarak salınıma sokmak için motoru açın ve fareye PHM uygulayın.
NOT: Motor hızı, platformu 2 Hz'de salınım yapacak şekilde ayarlanmıştır (bkz. adım 2.1). Kontrol faresini de aynı şekilde anestezi altına alın ve PHM platformuna yerleştirin, ancak motoru kapalı bırakın.
3. Farenin koşu bandında çalıştırılması
- Fareyi koşu bandı makinesinin üzerine getirin ve koşu bandını orta bir hıza (10 m/dak)13 ayarlayın.
4. Fare kafası-seğirme tepkisinin (HTR) ölçülmesi
- Video kamerayı (kare hızı: 24 fps) şeffaf plastik kutudaki tüm alanı kaydedecek şekilde ayarlayın.
NOT: Plastik kafes, fareyi video kaydı alanında tutmak için kullanılmıştır. - İntraperitoneal olarak 5-hidroksitriptofan (5-HTP) (100 mg / kg) (bakınız Malzeme Tablosu), 5-HT'nin öncüsü, bir fareye uygulayın.
- Fareyi şeffaf kafese yerleştirin ve 30 dakika boyunca kayda başlayın.
- Kaydedilen videoyu (1/2x veya 1/3x hız) gözden geçirin ve kafa seğirmesini manuel olarak sayın.
NOT: Analistler deneysel prosedüre kör olmadılar. Farenin karakteristik "tik benzeri" hızlı hareketi ( Ek Film 1'e bakınız), normal üreme ortamında nadiren meydana gelen kafa seğirmesi olarak sayılmıştır.
5. Fare PFC'sinin immünohistokimyasal analizi
- HTR testleri tamamlandıktan sonra, midazolam (4.0 mg / kg), butorphanol (4.0 mg / kg) ve medetomidin (0.3 mg / kg) karışımını uygulayarak fareyi anestezi altına alın, PBS'de% 4 paraformaldehit (PFA) ile perfüze edin ve daha önce yayınlanan raporlar 14,15'i takiben beyni tüketin.
- Beyinleri PBS'de% 4 PFA'da 4 ° C'de 24 saat daha sabitleyin ve% 30 sakkaroz / PBS'de batana kadar saklayın. Sabit optimum kesme sıcaklığı bileşiğini dondurun (OCT bileşiği, bkz.
- Fare beyninin kriyo bölümlerini slayt kutusundan alın (bkz. Numuneler tamamen kuruyana kadar slaytları oda sıcaklığında temiz mendiller üzerinde bırakın.
NOT: Yirmi mikrometre kalınlığında sagital kesitler (Yanal +0,5–1,5 mm), bir kriyostat kullanılarak OCT bileşiğine gömülmüş dondurulmuş numunelerden hazırlanmıştır (bakınız Malzeme Tablosu). - Çözeltinin yayılma alanını sınırlamak üzere slayttaki kriyokesitli dokunun etrafına bir daire çizmek için sıvı bloker kalem kullanın (Tris tamponlu salinde (TBS-T) % 0.1 Ara-20).
- Nemli bir ortam yaratmak için sönümlenmiş mendilleri slaytları tutan bir tepsinin altına yerleştirin.
- TBS-T ile geçirgenlikten sonra, oda sıcaklığında 1 saat boyunca% 4 eşek serumu (Malzeme Tablosuna bakınız) ile bloke edin.
- Slaytları TBS-T'ye 5 dakika daldırarak bir kez durulayın.
- Her slayta 100 μL uygun şekilde seyreltilmiş birincil antikor ve DAPI ( bakınız Malzeme Tablosu) karışımı uygulayın, numunenin kurumasını önlemek için tepsiyi örtün ve gece boyunca oda sıcaklığında inkübe edin.
- TBS-T ile üç kez durulayın (her biri 5 dakikalık inkübasyon).
- Her slayta 100 μL uygun şekilde seyreltilmiş türlerle eşleşen floresan sekonder antikoru (Alexa Fluor 488, 568 veya 645 ile konjuge edilmiş) uygulayın (bkz. Malzeme Tablosu) ve oda sıcaklığında 1 saat boyunca inkübe edin.
- TBS-T ile üç kez durulayın (her biri 5 dakikalık inkübasyon).
- Kızakları montaj ortamıyla monte edin (bkz. Slaytları kapak fişleriyle örtün.
- Örneği bir floresan mikroskobu altında görüntüleyin.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Koşu bandı sırasında sıçanların kafalarındaki dikey ivmelenmelerin orta hızda (20 m / dak) çalışması sırasında tepe büyüklüğü yaklaşık 1.0 × g idi (Şekil 1C). PHM sistemi (Şekil 1D), kemirgenlerin kafalarında 1.0 × g'lık dikey ivme zirveleri üretmek için kurulmuştur.
Farelere PHM uygulaması (2 Hz, 7 gün boyunca 30 dakika / gün), kontrol farelerine kıyasla HTR'lerini önemli ölçüde zayıflattı (7 gün boyunca 30 dakika / gün boyunca PHM olmadan günlük anestezi uygulandı) (Şekil 2). Bu, PFC nöronlarında 5-HT2A reseptör sinyallemesi üzerinde PHM'nin baskılayıcı bir etkisini temsil eder.
Koşu bandı koşusu ve PHM, fare PFC nöronlarında 5-HT2A reseptör içselleştirmesini önemli ölçüde arttırdı (Şekil 3). Sürekli olarak, hem koşu bandı koşu bandı hem de PHM aşağı regüle edilmiş 5-HTP kaynaklı c-Fos ekspresyonu, fare PFC nöronlarında 5-HT2A reseptör aktivasyonu14'ün aşağı akış hücresel olayı (Şekil 4). Bu sonuçlar, koşu bandı koşusunun ve PHM'nin PFC nöronlarındaki 5-HT2A reseptörlerini içselleştirdiğini ve ilgili sinyalleri zayıflattığını göstermektedir.
Şekil 1: Koşu bandı koşusu sırasında ivmelenmelerin büyüklüklerinin ölçülmesi. (A) Koşu bandı koşusu sırasında sıçanların kafalarında oluşan ivmelenmelerin ölçümü için çizim. (B) Bu çalışmada kullanılan x-(sol-sağ), y-(rostral-kaudal) ve z-(dorsal-ventral) eksenlerinin tanımı. (C) 20 m/dak ve PHM (frekans: 2 Hz) (n = her grup için 3 sıçan) hızında çalışan koşu bandı sırasında sıçanların kafalarında ivmelenmeler üretildi. PHM sistemi, 20 m / dak koşu bandı çalışması sırasındakine eşdeğer dikey ivme zirveleri üretecek şekilde ayarlandı (1.0 × g). Dik açılı ölçek çubuğu, 0,5 × g / 0,5 s. Görüntüler, benzer sonuçlara sahip üç bağımsız deneyi temsil eder. (D) Tüm PHM sisteminin fotoğrafı. € Sürücü donanımlı bir motora bağlı pervane şeklindeki kamın fotoğrafı. (F) 5 mm adım yüksekliğine sahip dört bıçaktan oluşan pervane şeklindeki kamın fotoğrafı (bkz. çift başlı kırmızı ok). Şekil Ryu ve ark.15'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Farelere PHM uygulaması . (A) PHM'nin HTR üzerindeki etkilerinin analizi için çizim. (B,C) PHM, 5-HTP kaynaklı HTR'yi hafifletti. Kafa seğirmesi, 5-HTP uygulamasından sonra 5 dakikalık bloklarda (B) ve 30 dakikalık bloklarda (C) sayıldı. Kontrol 2, anestezi uygulanan ve salınımsız bırakılan PHM platformuna yerleştirilen fareleri temsil eder. Veriler SEM ± ortalamalar olarak sunulmaktadır. *, P < 0.05, eşlenmemiş t-testi (her grup için n = 10 fare). Şekil Ryu ve ark.15'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Koşu bandı çalışması ve PHM uygulaması, fare PFC nöronlarında 5-HT 2A reseptör içselleştirmesini geliştirdi. (A) Anti-5-HT 2A reseptörünün mikrografları (5-HT 2A R; kırmızı)ve günlük PHM'den bir hafta sonra 5-HTP (veya araç) enjekte edilen farelerin PFC'sinin anti-NeuN (yeşil) immünoboyaması. Ok sivri uçlu hücrelerin anti-5-HT2A reseptör immün boyamasının daha yüksek büyütmeli görüntüleri gri tonlamalı olarak gösterilmiştir. Sarı çizgiler, NeuN-pozitif sinyallerle özetlenen soma kenar boşluklarını gösterir ve camgöbeği ok uçları, içselleştirilmiş anti-5-HT2A reseptör immün sinyallerine işaret eder. Ölçek çubukları, 20 μm. Görüntüler beş fareyi temsil ediyor. (B) Fare PFC nöronlarında 5-HT2A reseptör içselleştirmesinin miktarı. İçselleştirilmiş ve membranla ilişkili 5-HT2A reseptör pozitif alanları, fare PFC'sindeki NeuN-pozitif alana göre değerler olarak ölçülmüştür. Kontrol 1, koşu bandı makinesine kapalı bırakılan fareleri temsil eder ve kontrol 2, anestezi uygulanan ve salınımsız bırakılan PHM platformuna yerleştirilen fareleri temsil eder. Her fare için otuz beş ila kırk NeuN-pozitif nöronal soma analiz edildi (İçselleştirilmiş: sol grafik, p < 0.001, post hoc Bonferroni testi ile tek yönlü ANOVA; sağ grafik, P = 0.0027, eşlenmemiş t-testi; Membranla ilişkili: sol grafik, P < 0.001, post hoc Bonferroni testi ile tek yönlü ANOVA; sağ grafik, P = 0.0025, eşlenmemiş t-testi; n = her grup için 5 fare). Veriler SEM ± araçlar olarak gösterilir. **P < 0,01, ***P < 0,001; ns, önemli değil. Şekil Ryu ve ark.15'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Koşu bandı çalıştırma ve PHM uygulaması, fare PFC nöronlarında 5-HTP ile indüklenen c-Fos ekspresyonunu aşağı regüle etti. (A) Anti-c-Fos (yeşil), anti-5-HT 2A reseptörü (kırmızı) mikrografları ve günlük PHM'den bir hafta sonra intraperitoneal olarak 5-HTP (veya araç) ile uygulanan farelerin PFC'sinin anti-NeuN (mavi) immün boyaması. Ölçek çubuğu, 100 μm. Görüntüler dört ila beş fareyi temsil eder. (B) Fare PFC'sinde 5-HT2A reseptör-pozitif nöronlarında c-Fos ekspresyonunun nicelleştirilmesi. Kontrol 1, koşu bandı makinesine kapalı bırakılan fareleri temsil eder ve kontrol 2, anestezi uygulanan ve salınımsız bırakılan PHM platformuna yerleştirilen fareleri temsil eder. 300 NeuN- ve 5-HT 2A reseptör pozitif hücreninc-Fos pozitif hücrelerinin nispi popülasyonu (%) gösterilmiştir (sol grafik: P < 0.001, post hoc Bonferroni testi ile tek yönlü ANOVA; sağ grafik: P < 0.001, eşlenmemiş t-testi; sütun 1 için n = 4 fare, sütun 2 ila 5 için n = 5 fare). Veriler SEM ± olarak temsil edilir. ***P < 0,001. Şekil Ryu ve ark.15'ten değiştirilmiştir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Film 1: Farenin kafa seğirmesi tepkisi. 2 dakikalık 46 saniyelik film, HTP enjeksiyonundan 6 dakika sonra başlar. Kafa seğirmesi 0:03, 0:39, 1:39 ve 2:42 zaman noktalarında gözlenir. Bu Filmi indirmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Geliştirilen PHM uygulama sistemini kullanarak, PFC nöronlarındaki 5-HT sinyallemesinin mekanik olarak düzenlendiğini gösterdik. Egzersiz etkilerinin karmaşıklığı nedeniyle, egzersizin sonucunu sağlığın teşviki bağlamında tam olarak incelemek zor olmuştur. Odak noktası, enerji tüketimi gibi egzersiz aktiviteleriyle veya daha sonra egzersiz aktiviteleriyle ortaya çıkabilecek metabolik olayların katılımını veya katkısını önlemek için mekanik yönlerdir. Burada açıklanan yöntemin, egzersizin beyin fonksiyonları üzerindeki etkilerinin altında yatan mekanizmaları araştıran biyomedikal araştırmalarda daha geniş çapta yararlı olması beklenmektedir.
Mevcut sistem, deney hayvanlarını beyindeki sinir hücresi davranışını ve süreçlerini (zararlı olsun ya da olmasın) etkileyebilecek PHM'ye maruz bırakmak için anestezi gerektirir. PHM'nin ürettiği mekanik ivmelenmelerin büyüklükleri, modları ve dalga şekilleri de dahil olmak üzere sistemi değiştirerek anestezi olmadan PHM'yi uygulamak mümkün olabilir. Örneğin, mevcut PHM'nin 1 × g dürtüsel zirveleri yerine sinüzoidal dalgalarla daha küçük ivme zirveleri, hayvanlar tarafından daha rahat stimülasyon olarak "hissedilebilir". Alternatif olarak, deney hayvanlarını salınımlı platformda minimum stresle tutmak için yeni yöntem (ler) uygulanabilir. Bu modifikasyonlar ve iyileştirmeler mümkündür, çünkü PHM tarafından üretilen hızlanmalar prensipte ılımlı egzersizle ilgilidir ve deney hayvanları için "acı verici" stres olma olasılığı düşüktür.
Daha önceki birçok çalışma, orta derecede egzersizin çok sayıda hastalık ve bozukluğu tedavi etmek veya önlemek için etkili bir prosedür olduğunu bildirmiştir16,17. Bir stres göstergesi18 olan adrenokortikotrofik hormon (ACTH) sekresyonu ile plazma laktat konsantrasyonunun katlanarak arttığı laktat eşiği, egzersizleri hafif veya orta19 olarak belirlemek için kullanılır. Bununla birlikte, "optimal" egzersiz moleküler düzeyde tanımlanmaya devam etmektedir. Sadece beyin değil, nihayetinde diğer tüm vücut organları egzersiz sırasında mekanik kuvvetlere maruz kaldığından, mekanik pertürbasyonları kullanan mevcut yaklaşım, egzersiz etkilerinin arkasındaki moleküler mekanizmaları daha geniş bağlamlarda ortaya çıkarmak ve bilimsel önlemlerle "optimal egzersizin ne olduğunu" tanımlamaya yardımcı olmak için yararlı olabilir.
Bununla birlikte, mevcut yöntem belirli sınırlamalara maruz kalmaktadır. Boyut uyumluluğu olmadığı için fare kafasındaki ivmeölçeri istikrarlı bir şekilde sabitleyemedik. Ön ölçüm, fare kafasındaki koşu bandı koşu bandı tarafından üretilen mekanik ivmelenmelerin tepe büyüklüğünün de yaklaşık 1.0 × g olduğunu gösterse de, daha doğru bir şekilde ölçmek için daha ileri çalışmalara ihtiyaç vardır.
Mevcut protokol, mekanik elemanların / faktörlerin fiziksel egzersizden diseksiyonuna izin veren özel olarak tasarlanmış PHM sisteminin prosedürlerini ayrıntılı olarak açıklamıştır. Bu yaklaşım, egzersizin beyin fonksiyonlarına faydaları hakkında önemli bilgiler sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar, bu makalede açıklanan çalışma ile ilgili rakip bir çıkar olmadığını beyan ederler.
Acknowledgments
Bu çalışma kısmen Japon Sağlık, Çalışma ve Refah Bakanlığı'ndan Intramural Araştırma Fonu tarafından desteklenmiştir; Japonya Bilimi Geliştirme Derneği'nden Bilimsel Araştırma için Hibeler (KAKENHI 15H01820, 15H04966, 18H04088, 20K21778, 21H04866, 21K11330, 20K19367); Özel Üniversitelerde Stratejik Araştırmalar Vakfı için MEXT-Destekli Program, Japonya Eğitim, Kültür, Spor, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'ndan 2015-2019 (S1511017); Naito Bilim ve Mühendislik Vakfı. Bu araştırma aynı zamanda Eunice Kennedy Shriver Ulusal Çocuk Sağlığı ve İnsani Gelişme Enstitüsü (NICHD), Ulusal Nörolojik Bozukluklar ve İnme Enstitüsü (NINDS) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü (NIBIB) tarafından P2CHD086843 Ödül Numarası altında desteklenen Rejeneratif Rehabilitasyon Araştırma ve Eğitim İttifakı'ndan (AR3T) fon aldı.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 5-hydroxytryptophan (5-HTP) | Sigma-Aldrich | H9772 | Serotonin (5-HT) precursor |
| Brushless motor driver | Oriental motor | BMUD30-A2 | Speed changer build-in motor driver |
| C57BL/6 mice | Oriental yeast company | C57BL/6J | Mice used in this study |
| Cryostat | Leica | CM33050S | Microtome to cut frozen samples |
| DC Motor | Oriental motor | BLM230-GFV2 | Motor |
| Donkey anti-goat Alexa Fluor 568 | Invitrogen | A-11057 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-mouse Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-31571 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey anti-rabbit Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | Secondary antibody used for immunohistochemical staining |
| Donkey serum | Sigma-Aldrich | S30-100ML | Blocker of non-specific binding of antibodies in immunohistochemical staining |
| Fluorescence microscope | Keyence | BZ-9000 | Fluorescence microscope |
| Goat polyclonal anti-5-HT2A receptor | Santa Cruz Biotechnology | sc-15073 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Isoflurane | Pfizer | v002139 | Inhalation anesthetic |
| KimWipe | NIPPON PAPER CRECIA | S-200 | Paper cloth for cleaning surfaces, parts, instruments in labratory |
| Liquid Blocker | Daido Sangyo | PAP-S | Marker used to make the slide surface water-repellent |
| Mouse monoclonal anti-NeuN (clone A60) | EMD Millipore (Merck) | MAB377 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| NinjaScan-Light | Switchscience | SSCI-023641 | Accelerometer to measure accelerations |
| OCT compound | Sakura Finetek | 45833 | Embedding agent for preparing frozen tissue sections |
| ProLong Gold Antifade Mountant | Invitrogen | P36934 | Mounting medium to prevent flourscence fading |
| Rabbit polyclonal anti-c-Fos | Santa Cruz Biotechnology | sc-52 | Primary antibody used for immunohistochemical staining |
| Slide box | AS ONE | 03-448-1 | Opaque box to store slides |
| Spike2 | Cambridge electronic design limited (CED) | N/A | Application software used to analyze acceleration |
| Sprague-Dawley rats | Japan SLC | Slc:SD | Rats used in this study |
| Treadmill machine | Muromachi | MK-680 | System used in experiments of forced running of rats and mice |
References
- Lackland, D. T., Voeks, J. H. Metabolic syndrome and hypertension: regular exercise as part of lifestyle management. Current Hypertension Reports. 16 (11), 1-7 (2014).
- Heyn, P., Abreu, B. C., Ottenbacher, K. J. The effects of exercise training on elderly persons with cognitive impairment and dementia: a meta-analysis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 85 (10), 1694-1704 (2004).
- Saitou, K., et al. Local cyclical compression modulates macrophage function in situ and alleviates immobilization-induced muscle atrophy. Clinical Science. 132 (19), 2147-2161 (2018).
- Sakitani, N., et al. Application of consistent massage-like perturbations on mouse calves and monitoring the resulting intramuscular pressure changes. Journal of Visualized Experiments. (151), e59475 (2019).
- Miyazaki, T., et al. Mechanical regulation of bone homeostasis through p130Cas-mediated alleviation of NF-κB activity. Scientific Advances. 5 (9), (2019).
- Berger, M., Gray, J. A., Roth, B. L.
- Canli, T., Lesch, K. -P. Long story short: the serotonin transporter in emotion regulation and social cognition. Nature Neuroscience. 10 (9), 1103-1109 (2007).
- Roth, B., Hanizavareh, S. M., Blum, A. Serotonin receptors represent highly favorable molecular targets for cognitive enhancement in schizophrenia and other disorders. Psychopharmacology. 174 (1), 17-24 (2003).
- Bhattacharyya, S., Puri, S., Miledi, R., Panicker, M. M. Internalization and recycling of 5-HT2A receptors activated by serotonin and protein kinase C-mediated mechanisms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (22), 14470-14475 (2002).
- Canal, C. E., Morgan, D. Head-twitch response in rodents induced by the hallucinogen 2,5-dimethoxy-4-iodoamphetamine: a comprehensive history, a re-evaluation of mechanisms, and its utility as a model. Drug Testing and Analysis. 4 (7-8), 556-576 (2012).
- Halberstadt, A. L., Geyer, M. A. Characterization of the head-twitch response induced by hallucinogens in mice: detection of the behavior based on the dynamics of head movement. Psychopharmacology (Berl). 227 (4), 727-739 (2013).
- Kim, S. -E., et al. Treadmill exercise prevents aging-induced failure of memory through an increase in neurogenesis and suppression of apoptosis in rat hippocampus. Experimental Gerontology. 45 (5), 357-365 (2010).
- Li, H., et al. Regular treadmill running improves spatial learning and memory performance in young mice through increased hippocampal neurogenesis and decreased stress. Brain Research. 1531, 1-8 (2013).
- González-Maeso, J., et al. Hallucinogens recruit specific cortical 5-HT2A receptor-mediated signaling pathways to affect behavior. Neuron. 53 (3), 439-452 (2007).
- Ryu, Y., et al. Mechanical regulation underlies effects of exercise on serotonin-induced signaling in the prefrontal cortex neurons. iScience. 23 (2), 100874 (2020).
- Shefer, G., Rauner, G., Stuelsatz, P., Benayahu, D., Yablonka-Reuveni, Z. Moderate-intensity treadmill running promotes expansion of the satellite cell pool in young and old mice. FEBS Journal. 280 (17), 4063-4073 (2013).
- Wang, J., et al. Moderate exercise has beneficial effects on mouse ischemic stroke by enhancing the functions of circulating endothelial progenitor cell-derived exosomes. Experimental Neurology. 330, 113325 (2020).
- Pacák, K.
- Okamoto, M., Soya, H. Mild exercise model for enhancement of hippocampal neurogenesis: A possible candidate for promotion of neurogenesis. The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine. 1 (4), 585-594 (2012).
