이 프로토콜은 인터루킨(IL-10) 녹아웃 마우스 모델에서 피록시캄을 사용하여 대장염 발달을 가속화합니다. 프로토콜은 대장염의 동기화를 보장하여 성별, 배경 변종, 비바리움 상태와 무관하게 엄격하고 재현 가능한 결과를 제공합니다. 이는 장 염증 중 대사 변화를 연구하는 데 유용한 모델로 작용합니다.
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이 프로토콜은 인터루킨(IL-10) 녹아웃 마우스 모델에서 피록시캄을 사용하여 대장염 발달을 가속화합니다. 프로토콜은 대장염의 동기화를 보장하여 성별, 배경 변종, 비바리움 상태와 무관하게 엄격하고 재현 가능한 결과를 제공합니다. 이는 장 염증 중 대사 변화를 연구하는 데 유용한 모델로 작용합니다.
염증성 장 질환(IBD)은 전 세계적으로 1,000만 명 이상의 사람들에게 영향을 미치는 소화관의 만성 염증성 질환입니다. IBD의 면역학적 기전과 결과에 대한 상당한 연구가 집중되어 있지만, 점막 염증이 체중 감소와 식욕 감소 등 대사 조절 장애에 어떻게 기여하는지에 대해서는 아직 덜 알려져 있습니다. 여기서 저자들은 인터루킨-10-녹아웃(IL-10-KO) 마우스에서 피록시캄 가속 장염의 마우스 모델을 설명하여 염증에 의한 대사 조절 이상을 연구합니다. IL-10-KO 마우스는 자발성 장염을 앓는 것으로 알려져 있으며, 감염이나 약물에 의해 유발되는 장염에 더 취약합니다. 그러나 이 모델에서 비바리움 환경과 긴장 배경이 대장염 발병의 교란 요인으로 보고된 바 있습니다. 비스테로이드성 소염제(NSAID)인 피록시캄은 동물 모델에서 점막에 하강균 노출을 증가시켜 장염을 유발하거나 가속화하는 것으로 입증되었습니다. 이 프로토콜에서는 수컷과 암컷 IL-10-KO 쥐에게 일반 차우 식이 대신 피록시캄 강화 식이를 제공했습니다. 음식 섭취량과 체중은 전신의 대사 변화와 설사, 직장 출혈 같은 장대장염의 임상 증상을 반영하기 위해 매일 측정되었습니다. 이 프로토콜은 효율적이고 재현성이 뛰어나며, 여러 마우스에서 동시에 장염을 유도하고, 염증성 장질환 모델에서 대사 조절 이상을 평가할 수 있게 합니다. 이 프로토콜을 사용한 추가 연구는 장대장염이 에너지 소비와 체성분 등 대사 조절의 다른 요소에 미치는 영향을 조사하여 염증성 장 질환과 숙주 대사 간의 더 넓은 연관성을 밝힐 수 있습니다.
크론병과 궤양성 대장염은 통칭하여 염증성 장질환(IBD)으로, 점막 염증을 특징으로 하며, 복통, 체중 감소, 혈체화, 설사 등의 임상 증상을 동반하는 만성 자가면역 질환입니다. IBD는 전 세계 수백만 명에게 영향을 미치며, 서구화된 사회에서 가장 높은 유병률을 기록하고 있습니다1. 미국에서는 300만 명 이상이 영향을 받는 것으로 추정되며, 특히 어린이와청소년에서 발생률과 유병률이 증가하고 있습니다.
IBD 발병의 정확한 기전은 아직 완전히 밝혀지지 않았으나, 이 질병은 유전적으로 감수성이 있는 개인에서 장내 미생물군에 대한 과도한 면역 반응에서 비롯된 것으로 널리 알려져 있습니다. 염증 반응을 조절하는 사이토카인은 장내 항상성 유지와 IBD 발생에 중요한 역할을 합니다. 이 중 인터루킨-10(IL-10)은 선천적 및 적응적 면역 반응 팔을 조절하여 인간의 면역학적 항상성을 유지하는 데 도움을 주는 잘 연구된 항염증 사이토카인입니다 6,7. 특히, IL-10과 그 수용체(IL-10RA/B)에서 다형성이 매우 조기 발병된 IBD(VEO-IBD)에서 확인되었으며, 고전적으로생후 몇 달 이내에 항문주질환을 발병하는 8. 이 연관성은 크론병 성인 환자의 대규모 엑솜 시퀀싱으로도 뒷받침되는데, IL-10RA가 비단일유성 IBD9에서 질병 감수성 유전자임을 확인했습니다. 더욱이, VEO-IBD 환자에서 IL-10 중화 항체를 포함하는 비유전적 경로가 보고되어 점막 면역 항상성 유지에 이 경로가 중요함을 더욱 강조합니다.
IL-10이 IBD에 연관이 있음을 밝힌 인간 연구를 바탕으로, 인터루킨-10-녹아웃(IL-10-KO) 마우스를 IL-10이 IBD에서 어떤 역할을 하는지 연구하는 모델로 개발되었습니다. IL-10-KO 마우스는 보통11세 8주에서 12주경에 자극에 과장된 CD4+ Th1 반응을 보이는 자발성 장염을 발병하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 IL-10-KO 마우스에서 가속 요인이 없을 때 자연성 장염의 발병은 유전적 균주, 미생물 구성, 서식 조건에 따라 예측할 수 없을 수 있습니다. 12,13,14. 신뢰할 수 있는 프로토콜을 사용하여 대장염을 유도하는 것은 IL-10-KO 모델이 실용적으로 활용되기 위해 매우 중요합니다. 이전 연구들은 피록시캄과 같은 비스테로이드성 소염제(NSAIDs)를 사용하여 IL-10-KO 마우스에서 장염을 유도한 바 있습니다17,18. 그러나 이 연구들은 주로 면역학적 변화에 초점을 맞추고 있으며, 장대사에 미치는 영향이나 성별이 대장염 중증도에 미치는 역할에 대해서는 상대적으로 덜 강조하고 있습니다. 저자들은 IL-10-KO 마우스에서 장염을 유도하기 위해 피록시캄 강화 식이를 사용하고, 수컷과 암컷 마우스를 모두 이용한 모델에서 대사 조절 이상과 점막 염증 반응을 특성화하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜은 전신의 대사 변화뿐만 아니라 대장염의 임상 증상과 점막 염증을 반영하는 조직학적 및 전사체 변화를 반영하기 위해 체중과 음식 섭취를 측정합니다. 이 효율적이고 재현 가능한 모델은 IBD와 숙주 대사 간의 연관성을 조사하는 데 귀중한 도구를 제공합니다.
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모든 동물 실험은 텍사스 대학교 사우스웨스턴 메디컬 센터의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)가 승인한 프로토콜에 따라 수행되었으며, "실험동물 관리 및 사용 가이드"[승인 번호: 2017-102011]에 따라 진행되었습니다. 안락사는 기관 지침에 따라 이루어졌습니다. 시술에 마취는 필요하지 않았습니다. 재료에 대한 구체적인 세부 사항은 재료표에 설명되어 있습니다.
1. IL-10-KO 마우스에서 피록시캄 가속 장염 모델 확립
2. 체중 및 섭식 행동 모니터링
3. 질병 활동 모니터링
4. 대장 조직 채취
5. 조직학 분석
6. 포르말린 고정 파라핀 조직의 면역형광 염색
7. RNA 추출
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수컷과 암컷 IL-10-KO 마우스는 피록시캄 강화 식이에 짧은 노출 후 장대장염이 발생한다(그림 1A–E). 2일째 되자, 피록시캄 노출 쥐는 동성 일반 급여 대조군보다 통계적으로 유의하게 더 큰 체중 감소를 보였으며, 성별에 따라 유사한 체중 감소가 관찰되었습니다(그림 1B). 피록시캄 노출과 장대장염 발병 기간 동안 겉보기 일일 음식 섭취량은 변하지 않았으며, 표준 음식 섭취와 유사하여, 이 모델에서 체중 감소가 주로 섭취 감소에 의해 촉진되는 것이 아니라 대사 소비를 촉진하는 다른 요인에 의해 촉진됨을 시사한다(그림 1C).
장 염증의 진행 과정을 추가로 조사하기 위해, 질병 활동성은 체중 감소, 대변 혈혈, 대변 농도, 직...
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염증성 장 질환은 복잡한 다유전자 질환으로, 전임상 모델이 IBD 발병 기전을 해부하고 새로운 진단 및 치료 전략을 개발하는 데 귀중한 도구가 됩니다. 현재 많은 IBD 전임상 모델은 덱스트란 황산염나트륨(DSS), 옥사졸론, 트리니트로벤젠 설폰산(TNBS)과 같은 화학물질 노출에 의존하고 있습니다. 자발성 대장염을 발병시키는 유전적 모델도 존재합니다. 이 중 IL-10-KO 모델은 특히 가치가 있는데, IL-10 경로의 유전적 변이가 인간에서 장 염증을 유발하는 것으로 알려져 있으며, IL-10-KO 마우스는 인간 질환과 유사한 자발성 만성 장염을 발병하기 때문입니다. 하지만 이 모델의 주요 한계는 표현형 변이를 설명하지 못한다는 점입니다. 장대장염은 자연적으로 발생하지만, 발병 배경과 비바리움 환경에 따라 다양할 수 있습니다.
화학 노출과 유전적 모델을 결합함으로써, 여기서...
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저자들은 관련 공개를 하지 않는다고 선언한다.
이 작업에 기여한 UTSW의 핵심 시설들에 감사드립니다. 이 연구는 NIH K08DK127197(LS-D), T32DK007745(JW), 그리고 Docstars 상을 통한 Southwestern Foundation(LS-D)의 자금 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 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 |
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| 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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