このプロトコルはピロキシカムを用いてインターロイキン(IL-10)ノックアウトマウスモデルにおける大腸炎の発症を加速させます。このプロトコルは大腸炎の同期を保証し、性別、背景株、ビバリウムの状態に依存しない厳格で再現性の高い結果をもたらします。これは腸の炎症中の代謝変化を研究する有用なモデルとして機能します。
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このプロトコルはピロキシカムを用いてインターロイキン(IL-10)ノックアウトマウスモデルにおける大腸炎の発症を加速させます。このプロトコルは大腸炎の同期を保証し、性別、背景株、ビバリウムの状態に依存しない厳格で再現性の高い結果をもたらします。これは腸の炎症中の代謝変化を研究する有用なモデルとして機能します。
炎症性腸疾患(IBD)は、世界中で1,000万人以上に影響を及ぼす慢性的な消化管の炎症性疾患です。IBDの免疫学的メカニズムや影響については多くの研究が行われてきましたが、粘膜炎症が代謝調節障害、特に体重減少や食欲減退にどのように寄与するかについては、あまり理解されていません。本件では、著者らはインターロイキン10ノックアウト(IL-10-KO)マウスにおけるピロキシカム加速腸炎のマウスモデルを記述し、炎症誘発性代謝調節障害を研究しています。IL-10-KOマウスは自発性腸炎を発症することが知られており、感染や薬物によって引き起こされる腸炎に対する感受性が高まります。しかし、このモデルではビバリウムの状態やストレインバックグラウンドが大腸炎発症の交絡要因として報告されています。非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)であるピロキシカムは、動物モデルにおいて腸炎を引き起こしたり加速したりすることが示されており、腸道炎の粘膜曝露を増加させることで示されています。このプロトコルでは、オスとメスのIL-10-KOマウスに通常のチャウダイエットの代わりにピロキシカム強化飼料を与えられました。食事量と体重は、全身の代謝変化や下痢や直腸出血などの腸炎の臨床症状を反映するために毎日測定されました。このプロトコルは効率的かつ再現性が高く、複数のマウスで同時に腸炎を誘発し、炎症性腸疾患モデルにおける代謝調節障害の評価を可能にします。このプロトコルを用いたさらなる研究では、腸炎がエネルギー消費や体組成など代謝調節の他の要素に与える影響を調査し、炎症性腸疾患と宿主代謝のより広範な関連を明らかにする可能性があります。
クローン病および潰瘍性大腸炎は、総称して炎症性腸疾患(IBD)として知られ、消化管の慢性自己免疫疾患であり、粘膜の炎症を特徴とし、腹痛、体重減少、血尿、下痢などの臨床症状が現れます。IBDは世界中で何百万人もの人々に影響を与え、西洋化社会で最も有病率が高い1.アメリカでは、300万人以上が影響を受けていると推定されており、特に子どもや若者の間で発症率と有病率が増加しています。
IBDの病因の正確なメカニズムは完全には解明されていませんが、遺伝的に感受性の高い個人における腸内細菌叢に対する過剰な免疫反応が原因と考えられています。炎症反応を調節するサイトカインは、腸内恒常性の維持やIBDの発症において重要な役割を果たします。その中でも、インターロイキン10(IL-10)はよく研究されている抗炎症性サイトカインであり、自然免疫反応群と適応免疫応答の両方を調節することで、人間の免疫学的恒常性を維持するのに役立ちます6,7。特に、IL-10およびその受容体(IL-10RA/B)における多型が、非常に早期に発症するIBD(VEO-IBD)の乳児で確認されており、典型的には生後数か月以内に肛門周疾患を呈します8。この関連は、クローン病の成人患者に対する大規模なエクソームシーケンスによってさらに支持されており、IL-10RAが非単一遺伝子IBD9の感受性遺伝子座として同定されました。さらに、VEO-IBD患者においてはIL-10中和抗体を関与する非遺伝的経路が記載されており、この経路が粘膜免疫恒常性維持に重要であることがさらに強調されています10。
IL-10がIBDに関与していることを示すヒト研究を基に、IL-10ノックアウト(IL-10-KO)マウスをモデルとして開発し、IL-10の役割を研究しています。IL-10-KOマウスは、通常11歳の8〜12週頃に刺激に対してCD4+ Th1反応が過剰に現れる自発性腸炎を発症することが知られています。しかし、IL-10-KOマウスにおける自発性腸炎の発症は、遺伝子株、微生物叢の構成、飼育条件により12,13,14の加速因子がない場合に予測不能である可能性があります。信頼性の高いプロトコルを用いて大腸炎を誘発することは、IL-10-KOモデルが実用的に機能するために極めて重要です。これまでの研究では、ピロキシカムなどの非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)を用いてIL-10-KOマウスに腸炎を誘発してきました(17,18)。しかし、これらの研究は主に免疫学的変化に焦点を当てており、腸炎が代謝に与える影響や大腸炎重症度における性別の役割にはあまり重点が置かれていません。著者らは、IL-10-KOマウスにおける腸炎誘発におけるピロキシカム強化飼料の使用を記述し、オスとメスのマウスを用いて代謝調節障害および粘膜炎症反応を特徴づけています。このプロトコルは、全身の代謝変化や大腸炎の臨床症状、粘膜炎症を反映する組織学的およびトランスクリプトムの変化を反映するために体重と食事摂取量を測定します。この効率的かつ再現性の高いモデルは、IBDと宿主代謝の関連を調査するための貴重なツールを提供します。
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すべての動物実験は、テキサス大学サウスウェスタン医療センターの施設動物ケア・利用委員会(IACUC)が承認したプロトコルに従い、「実験動物のケアと使用に関するガイド」[承認番号:2017-102011]に従って実施されました。安楽死は機関のガイドラインに従って行われました。施術には麻酔は必要ありませんでした。材料に関する具体的な詳細は 材料表に記載されています。
1. IL-10-KOマウスにおけるピロキシカム加速大腸炎モデルの確立
2. 体重と摂食行動のモニタリング
3. 病害活動の監視
4. 大腸組織の採取
5. 組織学分析
6. ホルマリン固定パラフィン埋め込み組織の免疫蛍光染色
7. RNA抽出
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雄と雌のIL-10-KOマウスは、ピロキシカム強化飼料への短期間の曝露後に腸炎を発症します(図1A–E)。2日目までに、ピロキシカム曝露マウスは同性の通常の食事給餌対照群よりも統計的に有意に大きな体重減少を示し、性別間で同等の体重減少が観察されました(図1B)。ピロキシカム曝露および腸炎の発症を通じて、見かけの1日の食事摂取量は変化せず、標準的な食事の摂取量に似ていることから、このモデルにおける体重減少は主に摂取量の減少によるものではなく、代謝支出を促進する他の要因によって引き起こされていることを示しています(図1C)。
腸内炎症の進行をさらに調査するため、疾患活動性は体重減少、便中の血、便の濃度、直腸脱の程度の総合スコアで評価されました。修正疾患活動指数(DAI)はベースラインおよび7日目に評価されまし...
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炎症性腸疾患は複雑な多遺伝子疾患であり、前臨床モデルはIBDの発症に寄与する経路を解明し、新しい診断および治療戦略を開発するための貴重なツールとして機能します。現在、多くのIBD前臨床モデルは、使いやすさからデキストラン硫酸ナトリウム(DSS)、オキサゾロン、トリニトロベンゼンスルホン酸(TNBS)などの化学物質曝露に依存しています。自発性大腸炎を発症する遺伝モデルも存在します。その中でもIL-10-KOモデルは特に価値があります。なぜなら、IL-10経路の遺伝的変異がヒトの腸炎を引き起こすことが知られており、IL-10-KOマウスは人間の病気に似た自然性慢性腸炎を発症するからです。しかし、このモデルの大きな制約は表現型の変動を考慮できないことです。腸炎は自然発生しますが、発症は系統背景やビバリウムの条件によって変動します。
化学的曝露と遺伝モデルを組み合わせることで、ここで述べるプロトコルは、実験的な大腸炎の信頼性が高く再現可能なマウスモデルを提供します。IL-10...
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著者らは関連する開示を一切行っていません。
ここで紹介された活動に貢献してくださったUTSWの中核施設の皆様に感謝申し上げます。この研究は以下の資金源によって支援されました:NIHスルー K08DK127197(LS-D)、T32DK007745(JW)、およびDocstars賞(LS-D)によるサウスウェスタン財団。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 10% buffered formalin | StatLab | 28600-1 | 1 Galllon |
| 27 G needles | BD | 305109 | |
| Anti-S100A8 + S100A9 antibody | Abcam | AB288715 | |
| Balance | Fisher scientific | S94792D | Fisher Science Education Portable Balances, 300 g |
| Citrate buffer | Sigma Aldrich | C9999-1000mL | |
| DI water | Fisher scientific | STLSL301 | |
| Dissecting forceps | Fisher scientific | 22-327379 | |
| Ethanol, 100% 200 proof | Fisher scientific | NC1675398 | Pharmco Products ETHYL ALCOHOL 200 PROOF |
| Ethanol, 190 proof, 95% | Fisher scientific | AC615110010 | |
| Ethanol, 80% | Fisher scientific | T08204K7 | |
| EZ-Quick Slide Staining Dish | IHC world | IW-2511 | Staining jar |
| EZ-Quick Slide Staining Rack | IHC world | IW-2512 | Slide rack |
| Feeding needle | Fisher scientific | NC9924986 | 22 gauge, 25 mm |
| Fine scissors | Fisher scientific | 14060-11 | |
| Flat forceps | Fisher scientific | 21-125-109 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor™ 555 | Thermo Fisher | AB_2535849 | |
| Handheld homogenizer | Fisher scientific | 15-340-167 | |
| HemoCue | Danlee Medical Products, Inc. | BCK 64151A | Hemoccult Dev/ Single Slide Test Cards - CLIA Waived |
| Hoechst 33342 | Invitrogen | 62249 | |
| IL-10 KO Mice | The Jason Laboratory | Strain #: 002251 | IL10-KO mice, genotype: B6.129P2-IL-10tm1Cgn/J |
| IVC mouse caging | Allentown | Mouse 500 | |
| Liquid nitrogen | Airgas | NI UHP300 | |
| Microscope cover glass | Fisher scientific | 12541033 | |
| Nanodrop | Thermo Fisher | ND-ONE-W | |
| Normal Goat serum | Vector labs | S-1000-20 | |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich | D8537 | |
| Petri dishes | Fisher scientific | FB0875713 | |
| Piroxicam | Sigma Aldrich | P0847 | supply to inotiv for preparation of custom animal diet |
| Piroxicam-fortified chow | Inotiv | Custom | 200 ppm |
| Primer: Mouse GAPDH forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' AGGTCGGTGTGAACGGATTTG 3' forward |
| Primer: Mouse GAPDH reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' TGTAGACCATGTAGTTGAGGTCA 3' reverse |
| Primer: Mouse IFN-G forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' ACTGGCAAAAGGATGGTGAC 3' forward |
| Primer: Mouse IFN-G reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' TGAGCTCATTGAATGCTTGG 3' reverse |
| Primer: Mouse IL-10 forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' CTTGCACTACCAAAGCCACA 3' (common) |
| Primer: Mouse IL-10 reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' GTTATTGTCTTCCCGGCTGT 3' (Wild type reverse) |
| Primer: Mouse IL-10 reverse (2) | Sigma Aldrich | N/A | 5' CCACACGCGTCACCTTAATA 3' (Mutant reverse) |
| Primer: Mouse IL-1B forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' GCTGAAAGCTCTCCACCTCA 3' forward |
| Primer: Mouse IL-1B reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' AGGCCACAGGTATTTTGTCG 3' reverse |
| Primer: Mouse IL-6 forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' GTTCTCTGGGAAATCGTGGA 3' forward |
| Primer: Mouse IL-6 reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' TTTCTGCAAGTGCATCATCG 3' reverse |
| Primer: Mouse TNF forward | Sigma Aldrich | N/A | 5' GCAGGTTCTGTCCCTTTCAC 3' forward |
| Primer: Mouse TNF reverse | Sigma Aldrich | N/A | 5' AGTGCCTCTTCTGCCAGTTC 3' reverse |
| QuantStudio 7 Pro | Thermo Fisher | A43183 | |
| RNAlater solution | Invitrogen | AM7020 | RNA Stabilization Solution, 100 mL |
| Rneasy mini kit | Qiagen | 74104 | |
| SHURDry SD-II Slide Dryer | General data | SD-ll-120 | |
| Simport Scientific EasyDip Slide Staining Rack | Fisher scientific | 22-038-494 | Staining rack |
| SlowFade Gold antifade reagent | Invitrogen | S36936 | |
| Staining dish support | BioSB | BSB7086 | |
| Staintray IHC slide staining system | IHC world | M918-1 | Humidified chamber for IHC |
| SuperScript VILO | Invitrogen | 11755050 | |
| SYBR Green Master mix | Applied Biosystems | A46109 | |
| Tintoretriever pressure cooker | BioSB | BSB7008 | |
| Tissue cassettes | Fisher scientific | 50-197-8152 | Research Products International Corp Tissue Processing Cassette, Pink, 500 per Case |
| Xylene | Pharmco | 399000000 | 1 Gallon |
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