Calorimetry in mouse models to determine gene-environment interactionsin the balance between energy intake, storage and expenditure.
Onderzoek van de stofwisseling, zoals de vetverbranding of de glucosehuishouding, is belangrijk voor het begrijpen van ziektebeelden als obesitas. Voor zulk onderzoek bij proefdieren als muizen zijn speciale kooien nodig, waarmee onderzoekers nauwkeurig de stofwisseling kunnen bijhouden. Dit doordat ze het exacte gebruik van voedsel, water, zuurstof, de productie van CO2 en de lichamelijke activiteit van de dieren kunnen meten gedurende enkele dagen achtereen. Door het gebruik van deze ‘metabole kooien’ werd ontdekt dat niet te energierijk voedsel of het gebrek aan bewegen leidt tot vetzucht bij muizen, maar dat dit komt door een verandering van de energiestofwisseling als gevolg van het vet in het dieet. De metabole kooien zijn ook gebruikt door andere onderzoeksgroepen voor studies naar onder meer muizenmodellen voor migraine, veroudering en energiehuishouding en voor onderzoek naar de glucose- en vetstofwisseling in verschillende weefsels.
Producten
Auteur: Verschuren L, Kooistra T, Bernhagen J, Voshol PJ, Ouwens DM, van Erk M, de Vries-van der Weij J, Leng L, van Bockel JH, Willems van Dijk K, Fingerle-Rowson G, Bucala R, Kleemann R.
Magazine: Circulation Research
Auteur: den Boer MA, Voshol PJ, Schröder-van der Elst JP, Korsheninnikova E, Ouwens DM, Kuipers F, Havekes LM, Romijn JA
Magazine: Endocrinology
Auteur: van den Hoek AM, Heijboer AC, Voshol PJ, Havekes LM, Romijn JA, Corssmit EP, Pijl H
Magazine: American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism
Auteur: Madsen L, Pedersen LM, Liaset B, Ma T, Petersen RK, van den Berg S, Pan J, Müller-Decker K, Dülsner ED, Kleemann R, Kooistra T, Døskeland SO, Kristiansen K.
Magazine: Journal of Biological Chemistry
Auteur: Voshol PJ, Rensen PC, Willems van Dijk K, Romijn JA, Havekes LM
Magazine: Biochimica et Biophysica Acta
Verslagen
Eindverslag
Deze investeringssubsidie heeft ons in staat gesteld om een metabole kooien systeem te kopen waarin we het energiemetabolisme van 16 individuele muizen simultaan en continu kunnen meten over een periode van meerdere dagen. De parameters die gemeten worden zijn: voedselinname, watergebruik, activiteit (continue meting) en O2 gebruik en CO2 productie (een meting per 7 minuten per muis). Uit de O2 en CO2 meting wordt de “respiratory exchange rate” berekend wat een maat is voor het type substraat dat verbrandt wordt (voornamelijk koolhydraten versus vet). Ook is er een systeem geïnstalleerd waarmee voedselinname gereguleerd kan worden.
Na installatie van het systeem zijn experimenten uitgevoerd om de gevoeligheid en reproduceerbaarheid van het systeem te bepalen. Ook zijn nieuwe statistische technieken ontwikkeld om de grote en complexe (met veel pieken) datasets te kunnen analyseren. Onze aanbevelingen zijn om minimaal 8 muizen per groep in te zetten en meerdere vergelijkingen iedere keer paarsgewijs uit te voeren (dus met een “common reference”). Een typisch experiment bestaat dus uit 8 testdieren tegen 8 controledieren.
Onze experimenten met het veelgebruikte model voor dieet-geinduceerde obesitas (DIO), C57Bl/6 mannetjes op een hoog-vet dieet, lieten zien dat de obesitas niet het gevolg is van een hogere calorie-inname. Ook activiteit was niet verschillend, maar de obesitas wordt veroorzaakt door een intrinsieke verandering in het energiemetabolisme als gevolg van het vet in het dieet. Het energiemetabolisme van de muis reageert zeer snel op een dieetverandering. Binnen 4-6 uur na wisseling van laag naar hoog vet dieet verbranden de muizen significant meer vet dan voor de dieetwissel. Muizen vertonen een behoorlijke variatie in de mate van obesitasontwikkeling op een hoog vet dieet. In samenwerking met de groep van Patrick Schrauwen in Maastricht onderzoeken we de rol van mitochondriele functie in deze variabele respons. We hebben het verschil in DIO ontwikkeling tussen C57Bl/6 mannen en vrouwen onderzocht (vrouwtjes zijn DIO resistent). Vrouwtjes blijken op een hoog vet dieet meer koolhydraten te oxideren en ook een hoger energieverbruik te hebben. We hebben ook gevonden dat de (acute) verandering in RER na overnacht vasten en dan opnieuw voeren een maat is voor insuline gevoeligheid.
Een groot aantal groepen in het LUMC en TNO, maar ook vanuit andere academische en commerciële instellingen hebben gebruik gemaakt van de metabole kooien om te onderzoeken of het biologische proces waarin zij geïnteresseerd zijn een effect heeft op het energiemetabolisme. Deze projecten betreffen de relatie tussen glucose en triglyceride (TG)/vetzuur metabolisme, de verdeling van TG/vetzuren naar specifieke weefsels (lever, vet, hart en skelet speir) en de rol van het brein in glucose en TG/vetzuur metabolisme (Romijn, Havekes, Pijl, Rensen, Voshol, Willems van Dijk). In deze projecten zijn de metabole kooien een belangrijke experiment om inzicht te krijgen in de rol van et energiemetabolisme in de verklaring van het fenotype. Voor eenzelfde doel zijn congene en knock-out muizenmodellen geëvalueerd in de metabole kooien (Willems van Dijk, Voshol, Frants). In onze samenwerkinf met TNO zijn specifieke geneesmiddelen getest op hun effecten op het energiemetabolisme (Havekes, van den Hoek). In samenwerking met de migraine onderzoeksgroep van het LUMC (Ferrari, van den Maagdenberg) hebben we het energiemetabolisme in een muismodel voor migraine onderzocht. In samenwerking met de ouderdomsonderzoekers van het LUMC (Westendorp, Slagboom) is een muizen model voor veroudering onderzocht in de metabole kooien. Recent is een project gestart om het effect van verstoring van het circadiaanse ritme op het energiemetabolisme te onderzoeken (Meijer).
Concluderend, met deze investeringssubsidie hebben we een vernieuwende en leidende rol binnen het metabole onderzoek van de muis kunnen verwerven in Nederland en in iets mindere mate Euro