Сън и циркадни ритми

Редактиран от
Лиор Апелбаум

Университет Бар-Илан, Израел

Прегледан от
Хан Уанг

Soochow University, Китай

Джефри Донли

Катедра по невробиология, Медицински факултет на Дейвид Гефен, Калифорнийски университет, Лос Анджелис, САЩ

Принадлежностите на редактора и рецензенти са най-новите, предоставени в техните профили за проучване на Loop и може да не отразяват тяхното положение по време на прегледа.

диета

  • Изтеглете статия
    • Изтеглете PDF
    • ReadCube
    • EPUB
    • XML (NLM)
    • Допълнителни
      Материал
  • Цитат за износ
    • EndNote
    • Референтен мениджър
    • Прост ТЕКСТ файл
    • BibTex
СПОДЕЛИ НА

Оригинални изследвания СТАТИЯ

  • 1 Институт по науки за живота, Колеж по биологични науки и инженерство, Университет Фуджоу, Фуджоу, Китай
  • 2 Институт по приложна екология, Колеж по растителна защита, Фуджиански университет по земеделие и лесовъдство, Фуджоу, Китай

Солта (натриев хлорид) е основно хранително изискване, но прекомерната консумация има дългосрочни неблагоприятни последици. Диетата с високо съдържание на сол (HSD) увеличава риска от хронични заболявания като сърдечно-съдови заболявания и диабет, а също така е свързана с лошо качество на съня. Малко обаче се знае за механизмите на невронната верига, които медиират HSD-индуцираните промени в съня. В това проучване ние се опитахме да идентифицираме ефектите на HSD върху съня и свързаните с него механизми на невронни вериги Дрозофила. Поразително установихме, че HSD причинява млади Дрозофила да проявява фрагментиран фенотип на съня, подобен на този на нормално застаряващите индивиди. По-важното е, че освен това показахме, че HSD леко уврежда циркадните ритми и че промените в съня, предизвикани от HSD, зависят от циркадната ритъмна система. Освен това демонстрирахме, че предизвиканите от HSD промени в съня зависят от допаминергичната система. Заедно тези резултати дават представа за това как повишената сол в диетата може да повлияе на качеството на съня.

Въведение

Въпреки че определено количество сол е необходимо за правилната работа на мускулите, нервите и сърцето, твърде много сол може да има сериозно отрицателно въздействие върху здравето (He and MacGregor, 2009). Диетата с високо съдържание на сол (HSD) е свързана с хронични заболявания при хората и може също да причини увреждане на нервната система. В Китай повечето хора са халофилни, със среден дневен прием на сол от 14,5 грама, далеч надхвърлящ препоръчания прием (препоръката на китайското правителство е 31, която се използва широко за проучвания на циркадното поведение, е използвана като линия от див тип (Ryder и др., 2004). Следващите редове са получени от Bloomington Дрозофила Стоков център: TH-Gal4 (Stk # 8848), UAS-NaChBac (Stk # 9468) и UAS-шибир ts (Stk # 44222). The TH-Линията KO Gal4/TM6B е любезно предоставена от Yi Rao (Пекински университет, Пекин, Китай) и е описана по-рано (Deng et al., 2019). БЛА-kir2.1, часовник навън, Период 01 и ry 506 линии бяха предоставени от лабораторията на Yong Zhang (Университет на Невада, Рено, НВ, САЩ).

Анализи на съня, оцеляването и циркадния ритъм

Анализ на храненето

Методът, използван за анализа на храненето, е адаптиран от предишно проучване (Xu et al., 2008). Накратко, нови появяващи се мъжки мухи бяха уловени при 25 ° C в 12L: 12D за 3 дни. След това мухите преминаха от нормална храна (царевично брашно/мая/меласа/агар) към синьо оцветена храна (диети със захароза/агар, съдържащи 1% FD&C Blue No. 1) със или без 1% натриев хлорид при ZT0 за още 3 дни. На 4-ия ден мухите се хомогенизират във фосфатно буфериран физиологичен разтвор (PBS) буфер при ZT2 и се центрофугират при 12 000 ж за 25 минути. Супернатантите се прехвърлят в нова епруветка и се центрофугират при 12 000 ж за 25 минути. Абсорбцията, измерена при 625 nm супернатанти от мухи, хранени с нормална храна, се изважда от абсорбцията на супернатанта от сини мухи, хранени с храна. Нетната абсорбция отразява количеството погълната храна.

Анализ на йонна хроматография

Три до пет дни възрастни мъжки мухи, които са били хранени със или без 1% натриев хлорид в захароза/агар храна в продължение на 3 дни, са били събрани за анализ на йонна хроматография при ZT2. Тридесет мухи се хомогенизират в дейонизирана (DI) вода и се центрофугират при 12 000 ж за 25 минути. Супернатантите се прехвърлят в нова епруветка и се центрофугират при 12 000 ж за 25 минути и обемът се повишава до 10 mL с DI вода. Хлоридът се измерва чрез обработка на пробата и стандартните разтвори с азотна киселина и сребърен нитрат и сравняване на техните мътности. Хлоридът в пробите се отделя на набор от колони Dionex IonPac AS18-4 μm, високоефективен анионообменник, предназначен за изократично разделяне на обикновени аниони, върху система Dionex ICS-1500 HPIC. Хлоридът се елуира на 4.0 минути. Хлоридът е количествено определен в сравнение със стандартите, приготвени чрез подходящо разреждане на наличен в търговската мрежа 100 mg/L стандартен цикъл на същата колона.

Имунохистохимия и конфокално изображение

Три до пет дни възрастни мъжки мухи, които са били хранени със или без 1% натриев хлорид в захароза/агар храна в продължение на 3 дни, са били събрани за мозъчна дисекция при ZT2. Мозъците бяха фиксирани в 4% буфериран формалдехид при 25 ° C за 2 часа, измити в PBS (рН 7.4) с 0.2% Triton X-100 (PBT), блокирани в 5% кози серум в PBT (PBST) за 30 минути в стаята температура и се инкубира в заешки анти-TH (Millipore, # AB152) в продължение на една нощ при 4 ° C. След три 15-минутни измивания с PBT, мозъците бяха инкубирани с маркирано с Alexa Fluor® 488 козе анти-заешко вторично антитяло (Life Technologies) в продължение на една нощ при 4 ° C, изплакнати бяха старателно и монтирани. Изображенията са направени под конфокална микроскопия (Leica TCS SP5) при дебелина на оптичното сечение 1–2 μm и са анализирани с Image J (NIH).

Количествена PCR

Три до пет дни възрастни мъжки мухи, които са били хранени със или без 1% натриев хлорид в захароза/агар храна в продължение на 3 дни, са били събрани при ZT15. Количествената верижна реакция на полимеразна обратна транскрипция в реално време (qPCR) беше проведена върху общите РНК, извлечени от 30 мъжки глави на мухи, използвайки RNAiso Plus (TaKaRa, каталожен номер 9108) съгласно протокола на производителя. кДНК от реакция на обратна транскрипция, използвайки HiScript III RT SuperMix (Vazyme, каталожен номер R323) беше използвана като изходен материал. qPCR беше извършен с помощта на RealStar Green Fast Mixture (GenStar, каталожен номер A301) на LightCycler ® 96 (Roche). Следните иРНК са количествено определени, като се използват изброените праймери, проектирани с FlyPrimerBank 1:

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 ′

Оамб-f: 5′-TTGGCCGTCCTACCCTTCT-3 ′

Оамб-r: 5′-CGGTCCAGTGATATGGCACAC-3 ′

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Статистически анализ

Фигура 1. HSD причинява фрагментиран сън при млади мъжки мухи. (А) Индуцирани от HSD промени в съня са изследвани през Дрозофила. (БЪДА) Дву до тридневни мъжки мухи (н = 48–64 на група) са хранени без добавен NaCl (синьо), 0,05% NaCl (жълто), 0,25% NaCl (зелено) и 1% NaCl (червено) и след това са определени за 24 часа, през деня и през нощта: (Б) минути сън за период от 30 минути, (° С) средна продължителност на съня, (Д) брой епизоди на сън и (E) средна продължителност на всеки епизод на съня. Нанесените стойности са средни стойности ± S.D .; ∗ P ∗∗ P ∗∗∗ P 2+ канала отрицателно модулира съня (Jeong et al., 2015). По този начин тези открития предполагат, че натриевият йон, но не и хлоридният йон, има ефект върху съня.

Високосолената добавка не променя приема на храна

Подобно на бозайниците, мухите могат да предпочитат храна с ниско съдържание на сол и да отхвърлят храна с високо съдържание на сол (Zhang et al., 2013). За да проверим дали концентрацията на солта влияе върху консумацията на храна от мухите, първо извършихме анализ с йонна хроматография, за да открием концентрацията на хлоридни йони в телата на мухите. Групи мъжки мухи са хранени със захароза/агар с храна, съдържаща 1% натриев хлорид или нормална храна под 12 h светлина: 12 h тъмни (LD) цикли в продължение на 3 дни. След хранене мухите се хомогенизират при ZT2 и концентрациите на хлоридните йони в супернатантата се определят с помощта на анализ на йонна хроматография с високо налягане. Мухите, хранени с диета, допълнена с 1% натриев хлорид, са имали почти четири пъти повече хлоридни йони, отколкото контролната група, хранена със захарна/агарова диета (Фигура 2А). След това използвахме хранителна боя за оценка на консумацията на храна спектрофотометрично (Xu et al., 2008). Мухите са хранени с маркирана с багрила храна в продължение на 3 дни (Фигури 2В, С). След хомогенизиране при ZT2, багрилото беше количествено определено спектрофотометрично. Консумацията на храна не се различава при мухите, хранени с 1% натриев хлорид, отколкото при мухите, хранени със захарна/агар диета (Фигура 2D). Тези данни показват, че фенотипите на съня в резултат на прилагането на натриев хлорид не са причинени от глад.

За да се установи дали намаляването на продължителността на съня и консолидирането на съня при HSD зависи от циркадния ритъм, два различни мутанти, свързани с циркадния ритъм, часовник навън и Период 01, бяха анализирани (Konopka and Benzer, 1971; Liu et al., 2017). Както е показано в предишни проучвания (Konopka и Benzer, 1971; Liu et al., 2017), часовник навън и Период 01 мутанти са нарушили ритъма на активност/почивка в сравнение с дивите мухи и също показват аритмична активност под DD (Фигури 5А, В). Когато се хранят с HSD, моделите на сън от часовник навън и Период 01 мутантни мухи бяха нормални (Фигури 5C – J). Като се има предвид, че Период 01 мутантна муха, която използвахме, носи ry 506 алел на третата хромозома, ние също оценихме моделите на сън на ry 506 мухи, хранени с различни концентрации на натриев хлорид. The ry 506 мухи отговориха на HSD с фрагментиран сън (допълнителна фигура S6). Тези открития подкрепят идеята, че HSD влияе върху архитектурата на съня, което изисква нормално функциониране на циркадната ритъмна система.

HSD повишава нивата на тирозин хидроксилаза в допаминергичните неврони

Цитиране: Xie J, Wang D, Ling S, Yang G, Yang Y и Chen W (2019) Диета с високо съдържание на сол причинява фрагментация на съня при младите Дрозофила Чрез циркаден ритъм и допаминергични системи. Отпред. Невроски. 13: 1271. doi: 10.3389/fnins.2019.01271

Получено: 21 август 2019 г .; Приет: 08 ноември 2019 г .;
Публикувано: 29 ноември 2019 г.

Лиор Апелбаум, Университет Бар-Илан, Израел

Хан Уанг, университет Сучжоу, Китай
Джефри Донли, Калифорнийски университет, Лос Анджелис, САЩ

† Тези автори са допринесли еднакво за тази работа