Summary
Att begränsa tidpunkten för matintag har framkommit som ett lovande ingrepp för att dämpa dietinducerade metaboliska sjukdomar. Detta manuskript beskriver konstruktionen och användningen av ett effektivt system byggt internt för att mäta och manipulera rytmiskt matintag hos möss.
Abstract
Rytmiskt genuttryck är ett kännetecken för dygnsrytmen och är avgörande för att driva rytmiciteten hos biologiska funktioner vid lämplig tidpunkt på dagen. Studier under de senaste decennierna har visat att rytmiskt matintag (dvs den tid då organismer äter mat under 24 timmar) väsentligt bidrar till rytmisk reglering av genuttryck i olika organ och vävnader i hela kroppen. Effekterna av rytmiskt matintag på hälsa och fysiologi har studerats allmänt sedan dess och har visat att begränsning av matintag i 8 timmar under den aktiva fasen dämpar metaboliska sjukdomar som härrör från en mängd olika obesogena dieter. Dessa studier kräver ofta användning av kontrollerade metoder för att tajma leveransen av mat till djur. Detta manuskript beskriver utformningen och användningen av ett billigt och effektivt system, byggt internt för att mäta daglig matkonsumtion samt manipulera rytmiskt matintag hos möss. Detta system innebär användning av prisvärda råvaror för att bygga burar som är lämpade för matleverans, enligt ett användarvänligt hanteringsförfarande. Detta system kan användas effektivt för att mata möss på olika utfodringsregimer såsom ad libitum, tidsbegränsade eller arytmiska scheman och kan innehålla en fettrik diet för att studera dess effekt på beteende, fysiologi och fetma. En beskrivning av hur möss av vildtyp (WT) anpassar sig till de olika utfodringsregimerna tillhandahålls.
Introduction
Den cirkadiska klockan finns överallt över arter och ger en tidshållningsmekanism som hjälper organismer att anpassa sig till sin rytmiskt föränderliga miljö. Master cirkadiska pacemakern är belägen i hypotalamus suprachiasmatiska kärna (SCN). SCN är främst innesluten av den miljömässiga ljus-mörka cykeln och synkroniserar perifera klockor som finns i nästan varje cell i kroppen via flera signaler, inklusive neuronala och hormonella signaler, matning och kroppstemperatur 1,2,3,4,5,6,7,8 . Hos däggdjur förlitar sig den molekylära cirkadiska klockan på den heterodimera transkriptionsfaktorn CLOCK: BMAL1 9,10, som styr uttrycket av kärnklockgenerna som heter Period (Per1, Per2 och Per3) och Cryptochrome (Cry1 och Cry2) för att initiera en transkriptionell återkopplingsslinga som är kritisk för generering av cirkadiska rytmer 9,11,12 . Den molekylära klockan reglerar också den rytmiska transkriptionen av tusentals gener som styr rytmiciteten hos praktiskt taget alla biologiska funktioner13,14,15. Mer än 50% av genomet hos däggdjur uttrycks rytmiskt i minst en vävnadstyp 16,17,18, och vävnader som levern hos möss har cirka 25% -30% av deras transkriptom uttryckt rytmiskt 18,19. Rytmiskt genuttryck är avgörande för att aktivera viktiga biologiska processer som cellcykelkontroll20, glukoshomeostas 21 och aminosyrametabolism22 vid rätt tidpunkt på dagen för att öka organismens kondition.
Under de senaste decennierna har det ökat bevis som tyder på att matintag kan fungera som en potent synkroniseringssignal för att träna rytmer i genuttryck i flera vävnader, inklusive levern23,24. Viktigt är att utfodring har visat sig omfatta rytmer i levern oberoende av SCN eller den ljus-mörka cykeln25, och rytmisk utfodring kan driva rytmiskt genuttryck utan att involvera molekylklockan 26,27,28,29,30,31. Utfodring begränsad till den inaktiva perioden av möss (dagtid) inverterar uttrycksfasen för kärnklockgenerna och många rytmiska gener31. Tidsbegränsad utfodring (TRF), som är en näringsintervention där det dagliga kaloriintaget är begränsat till en period av 8-10 timmar, har visat sig skydda mot fetma, hyperinsulinemi, leverstatos och metaboliskt syndrom32,33. Alla ovanstående experiment som involverar manipulation av matintag kräver att experimenten använder effektiva metoder för att leverera mat vid rätt tidpunkt på dagen.
Olika metoder för matleverans har utvecklats, med flera fördelar och nackdelar 29,34,35,36,37,38,39 (tabell 1). Vissa automatiserade matare har utformats för att fungera baserat på en programvara som styr mängden, varaktigheten och tidpunkten för tillgången på mat medan du registrerar utfodring och frivillig hjulkörning hos möss34. Några andra metoder innebär att möss placeras i olika burar för olika utfodringsförhållanden, där experimentet manuellt lägger till matpellets vid förutsättningstiden38,39. Ett annat system använder ett automatiserat matarsystem som styrs av en dator där en pneumatiskt driven sköld förhindrar tillgång till mat och som kan styras antingen av tidsintervall eller massa av mat35. Alla dessa metoder kräver antingen användning och installation av en datoriserad programvara som kan vara dyr och kräver viss utbildning för korrekt drift av instrumentet eller är arbetsintensiva eftersom experimenten måste vara närvarande vid specifika tidpunkter för att manuellt ändra matningsförhållandena. Datoriserade system kommer också med sin andel av problem, inklusive funktionsfel i spakar eller dörrar som släpper ut maten, matpellets fastnar i butikerna och programvaruavbrott. Dessutom utgör ljudet som kan produceras under öppningen av dörrar eller spakar risken för att konditionera möss för att associera dessa med matleverans, vilket äventyrar tolkningen av effekterna av livsmedelsmanipulation som strikt på grund av tillgång till mat eller på grund av effekter på andra beteenderytmer som sömn / vakna cykel. Det övergripande målet med denna studie var att utveckla ett prisvärt och effektivt system för att manipulera långsiktigt rytmiskt matintag som skulle hjälpa till att lindra många av dessa ovannämnda problem. Först och främst kan matningsapparaten som utvecklats och beskrivs nedan konstrueras till en mycket minimal kostnad jämfört med de automatiserade maskinerna (tabell 2) och kräver inte sofistikerad utbildning för hantering, drift och underhåll. För det andra producerar matningssystemet endast ett vitt bakgrundsbrus och inga höga ljud under matleverans, vilket förhindrar Pavlovian konditionering. Sammantaget är detta utfodringssystem ekonomiskt, mer tillgängligt och pålitligt för forskare samtidigt som det är effektivt vid manipulation av rytmiskt matintag.
Protocol
Alla djurämnen används i enlighet med riktlinjerna från Institutional Animal Care and Use Committee of Texas A&M University (AUP #2022-0050). Både manliga och kvinnliga C57BL / 6-möss mellan 2-4 månaders ålder används här. Förfarandet för att bygga matningssystemet beskrivs nedan, och de råvaror som krävs för att bygga apparaten hänvisas till i materialförteckningen.
1. Konstruktion av matningssystemet
- Konstruktion av en polyvinylkloridbas (PVC)
- Skaffa fyra stycken 0,25-tums PVC-ark skurna enligt följande dimensioner: 4,875 tum x 4,5 tum; 4.875 tum x 2.125 tum; 9.5 tum x 2.125 tum (två delar). Borra fyra hål i basen på 4,875 x 4,5 tum för att fästa en 24-timmars timer med hjälp av mätningarna i figur 1A. Limma de fyra bitarna av PVC för att få basen som i figur 1A.
- Säkra timern på PVC-basen
- Öppna timern för att ta bort kontakten. Gör en anslutning med en standardförlängning/elsladd (bild 1B).
- Placera timern på PVC-basen för att rikta in den mot hålen som borrades på basen i steg 1.1.1. Använd 1,5-tums skruvar för att fixera timern på PVC-basen. Se till att timern ligger platt och är stabil på PVC-basen.
- Borra fyra hål ovanpå timern och fäst 0,75-tums skruvar för att hålla matbehållaren med åtta fack (figur 1B). Basen för systemet är komplett och ser ut som figur 1C.
VARNING: Borra inte hålen genom hela timern.
- Bur inställning
- Skär ett 4-tums PVC-rör (ytterdiameter på 4,5 tum) på en höjd på 3,125 tum. Borra ett hål på cirka 0,5 tum längst ner på röret för att släppa igenom elkabeln.
- Slipa toppen av röret (t.ex. med en router eller ett roterande verktyg) så att locket enkelt kan tas bort när du byter matbehållare.
- Använd en musbur med en bredd större än 4,5 tum och skär ett 4,5-tums hål längst ner i buret med en hålsåg.
OBS: Hålets placering beror på burens inställning (t.ex. placering av burens topp och vattenflaska, tillägg av ett löphjul etc.).
- Installation av matningsbehållare
- Gör en matdispenser av en 4-tums åtta-facks smycken arrangör som visas i figur 1D. Skär behållarens kant så att den passar bra in i röret.
- Använd ett 4-tums PVC-rörlock och skär ett hål som motsvarar storleken på ett enda dispenserfack (t.ex. med ett roterande verktyg) för att skapa en öppning som endast exponerar ett av de åtta facken åt gången. När timern rör sig exponerar öppningen ett nytt fack var 3: e timme. Matningssystemets komponenter är nu redo att användas. När alla burar är inställda liknar den slutliga inställningen den som visas i figur 1E.
- Transport av många matbehållare åt gången kan vara besvärlig. För att underlätta transporten, ta tre stycken 0,25-tums PVC-rör. Borra ett 0,625-tums hål i mitten av två delar och limma ihop dem. Använd sedan ett smalt 0,625-tums PVC-rör som passar i hålet och genom mitten av matkopparna för att stapla matkoppar för att underlätta transporten, som visas i figur 1F.
- Testa timern innan du introducerar mössen genom att ansluta installationen till eluttag, placera en bit nestlet i ett fack vid en inspelad tid och övervaka nestlets position 12 timmar senare för att säkerställa att timern vänder snabbt.
2. Användning av matningssystemet
- Kontinuerlig mätning av födointag hos möss
- Överför möss till experimentrummet och acklimatisera dem till den ljus-mörka (LD) cykeln i rummet i minst 1 vecka och i 2 veckor om den ljus-mörka cykeln förskjuts med mer än 3 timmar. För detta experiment samlas data in från manliga och kvinnliga C57BL / 6-möss mellan 2-4 månaders ålder exponerade för LD 12:12 (n = 7 män och 4 honor).
- Registrera mössens vikt innan de individuellt hyste dem i matarburarna (vikterna registrerades klockan 15:00, dvs. när matbyten genomfördes). Se till att möss har ad libitum tillgång till vatten och tillräckligt med sängkläder och nestlets.
- Tillsätt 1,5 g mat (rutinmässigt 45 mg dammfria precisionspelletar) i alla åtta facken i matarkoppen. Placera matarkoppen på timern. Sätt sedan locket på matarkoppen så att endast ett fack exponeras och notera tidpunkten för matpresentationen. Fyra fack representerar nattpunkter och de andra fyra representerar dagtidspunkter.
OBS: På grund av hamstringsbeteende som observerades vid presentation av överflödig mat optimerades 1,5 g som startmatvikt. Möss tenderar att hamstra pellets antingen ovanpå matkoppens lock eller i sängkläderna i buren. Detta snedvrider data som leder till feltolkning. Manliga möss hamstrar inte pellets när de matas med 1,5 g eller mindre per fack. Kvinnor tenderar att hamstra mat mer än män, men detta är musspecifikt och kan dämpas om det ger 1 g pellets per fack. - Byt mat varje dag samtidigt och räkna antalet pellets kvar i varje fack för att beräkna mängden mat som konsumeras. Övervaka utfodringsprofilen i en vecka för att få en baslinjematningsprofil för möss som matas ad libitum.
- Baserat på maten som konsumeras i varje fack beräknar du den genomsnittliga dagliga matkonsumtionen för varje mus (figur 2).
- Behandling med hög fetthalt diet (HFD)
OBS: Detta utfodringssystem kan också användas för att studera effekten av HFD på metaboliska sjukdomar och så småningom användas för tidsbegränsade utfodringsscheman. HFD är inte kommersiellt tillgänglig som pellets med exakt storlek och vikt, och pellets för utfodring upphandlas vanligtvis som 0,5-tums pellets.- Placera HFD-pelletsen på en ren yta eller transparent film och skär dem i 6-7 mindre bitar av jämn storlek med ett rakblad. Skär pelletsen tillräckligt små så att de liknar vanliga chowpellets enligt avsnitt 2.1 ovan.
OBS: Möss tenderar att hamstra större pellets i sina burar, vilket leder till felberäkning av konsumerad mat. - Väg upp 1,5 g skurna HFD-bitar och placera i vart och ett av de 8 matfacken. För matbyte varannan dag räcker det med 1,5 g HFD per fack.
- Byt mat varje dag eller varannan dag enligt experimentella behov och registrera vikten av maten som återstår.
- Beräkna mängden mat som konsumeras genom att subtrahera den återstående vikten av mat från den ursprungliga mängden mat som ges. Upprepa denna process under en period av 1 vecka för att få en baslinje för HFD-matintag (figur 2).
- Placera HFD-pelletsen på en ren yta eller transparent film och skär dem i 6-7 mindre bitar av jämn storlek med ett rakblad. Skär pelletsen tillräckligt små så att de liknar vanliga chowpellets enligt avsnitt 2.1 ovan.
- Acklimatisering av hanmöss till en nattbegränsad (NR) diet
- Följ steg 2.1.1-2.1.4 för att få en baslinje för ad libitum-utfodring . För detta experiment samlas data in från manliga C57BL / 6-möss mellan 2-4 månaders ålder exponerade för LD 12:12 (n = 18 män).
- Efter 3-7 dagars ad libitum-diet , sätt mössen på en övergångsdiet genom att gradvis minska antalet pellets i dagfacken. För att göra detta, ha fem pellets per fack på dag 1 av övergången (0,225 g per fack), 3 pellets på dag 2 (0,135 g per fack), 1 pellets på dag 3 (0,045 g per fack) och ingen därefter för att helt överföra mössen på en nattbegränsad diet.
OBS: Se till att möss inte är kaloribegränsade. Genomsnittlig daglig matkonsumtion av möss per fack baserat på ad libitum-baslinjen och ge dem samma mängd mat och fördela den endast över de fyra nattfacken. - Fortsätt övervaka matintaget i 2 veckor efter att mössen har anpassat sig till den nattbegränsade regimen. Under denna period justerar du mängden mat som ges till varje mus för att bättre passa dess totala matkonsumtion (figur 3A). Lägg vanligtvis till matpellets (1 pellet för vart och ett av de fyra nattfacken) när möss äter all mat under två på varandra följande nätter.
- Väg mössen i slutet av 2-veckorsperioden för att övervaka eventuell viktförändring på grund av utfodringsregimen. I slutet av denna period, bedöva mössen med isofluran och avliva dem genom halshuggning. Samla vävnader och analysera dem för dagliga förändringar på grund av matningsparadigmet.
- Acklimatisering av manliga möss till en arytmisk (AR) diet
- Följ steg 2.1.1-2.1.4 för att få en baslinje för ad libitum-utfodring . För detta experiment samlas data in från manliga C57BL / 6-möss mellan 2-4 månaders ålder exponerade för LD 12:12 (n = 18 män).
- Efter en veckas ad libitum-diet , beräkna den genomsnittliga matkonsumtionen per dag och dela det numret med 8 för att få den mängd mat som ska tillhandahållas i varje fack. Uppnå AR-utfodring genom att se till att möss får lika mycket mat i alla åtta fack under hela dagen.
- Sätt sedan mössen på en övergångsdiet genom att gradvis minska, under 3-5 dagar, mängden mat som ges per fack för att slutligen avskaffa någon rytm av matintag (som visas i figur 3B). När du är på en AR-diet, se till att mössen har tillgång till 1/8 av sitt dagliga matintag i vart och ett av de åtta facken och därmed tillgång till mat var 3: e timme. Se till att möss inte är kaloribegränsade.
- Håll mössen på AR-diet i 2 veckor eller mer (figur 3B).
- Under AR-diet, justera maten varje dag för att se till att möss lämnar bara några pellets bakom (vanligtvis mindre än 5). Detta säkerställer att möss får precis rätt mängd mat och inte är kaloribegränsade. Gör justeringar genom att minska eller tillsätta pellets i antingen alla åtta fack eller genom att minska eller tillsätta pellets i två motsatta fack, för att inte inducera några rytmer av matintag.
OBS: Möss som matas under en AR-diet lämnar mat nästan uteslutande mellan ZT3 och ZT9 (mellan 3 timmar och 9 timmar efter ljuset på) men är hungriga på natten och biter matdispensern för att komma åt nästa fack. Ändå är AR-matade möss inte kaloribegränsade och får faktiskt mer vikt än NR-matade möss över tiden. - Väg mössen i slutet av 2-veckorsperioden för att övervaka eventuell viktförändring på grund av utfodringsregimen. I slutet av denna period, bedöva mössen med isofluran och avliva dem genom halshuggning. Samla vävnader och analysera dem för dagliga förändringar på grund av matningsparadigmet.
Representative Results
Matningssystemet som beskrivs ovan kan användas för långvarig manipulation av rytmiskt matintag hos möss. Detta system exponerar i huvudsak ett nytt matfack för musen var 3: e timme, vilket gör det möjligt för forskaren att specifikt manipulera mat i varje fack. En ansökan var att analysera profilen för matintag under 24-timmarsperioden. Data indikerar att WT-möss som matas med normal chow ad libitum äter cirka 75% av maten under natten (figur 2A). Dessutom sker det mesta av maten som äts under dagen inom 3 timmar före ljuset.
Möss som matades med HFD ad libitum åt mer mat under de första 2 dagarna av exponeringen, troligen på grund av nyheten med HFD (figur 2A). Efter 2 dagar förblev HFD-intaget rytmiskt, men med en minskad amplitud jämfört med när det matades med normal chow ad libitum. Medan både manliga och kvinnliga WT-möss matades HFD, fann man att kvinnliga möss hamstrade en stor mängd mat på locket på matningsapparaten och i buren, medan män inte visade någon märkbar hamstring. Som nämnts ovan kan hamstring av mat leda till felberäkning av matkonsumtion och leda till feltolkning av data. Dessutom bet kvinnliga möss oftare i plastfälgarna på matkopparna, särskilt i nattfacken. Hanmöss visade signifikant viktökning efter 1 veckas ad libitum normal chow och efter 1 veckas HFD (figur 2E). En liknande trend observerades hos honmöss men nådde inte signifikanta p-värden, troligen delvis på grund av det lägre antalet honor som användes jämfört med hanar.
Möss som övergått till en NR-diet äter sina dagliga totala kalorier endast på natten, utan en signifikant minskning av kaloriintaget under de första 3-5 veckorna (figur 3A). Längre exponering för NR-schemat minskar det dagliga genomsnittliga kaloriintaget med 10% -15% jämfört med möss som matas ad libitum, som beskrivs någon annanstans34. Möss övergick till en AR-diet konsumerade sina dagliga totala kalorier i lika stora mängder över dagen, vilket ledde till en dramatisk dämpning av den dagliga rytmen av matintag (figur 3B). När det gäller NR-utfodringsschemat påverkas inte det dagliga genomsnittet av kaloriintaget av AR-utfodringsschemat under de första 3-5 veckorna av exponeringen utan minskar med längre exponering. Möss visade viktökning efter NR (Figur 3C) och AR-scheman (Figur 3C).
Figur 1: Utformning och konstruktion av matningsapparatsystemet . a) Dimensionerna på PVC-basen för matningssystemet och beskrivning av var hål måste göras för att fixera timern. (B) En 24 timmars timer före och efter återanvändning av tråden och borrning med skruvar för placering av matkoppen. (C) Den monterade grå basen och timern tillsammans med ett 4-tums PVC-rör. (D) Matkoppen med åtta fack efter trimning av ytterkanterna. (E) Den slutliga uppsättningen burar med matkoppen täckt med ett 4-tums lock så att endast ett fack är tillgängligt åt gången. (F) Transport av flera matkoppar under ett experiment. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 2: Utfodringsprofiler under olika dietregimer . (A) Utfodringsprofilen för manliga WT-möss som utfodrats ad libitum med normal chow (NC) i 7 dagar och fettrik diet (HFD) i ytterligare 7 dagar. Färgade linjer representerar enskilda musprofiler (n = 7) och den svarta linjen anger genomsnittet ± SEM för sju möss. (B) Den fettrika kosten före och efter skivning. (C) Det dagliga genomsnittet av födointag var 3:e timme ± SEM (n = 7). Medelvärdet beräknades under de senaste 5 dagarna av antingen NC- eller HFD-matningsschemat. (D) Medelvärdet (vänster) och procentandelen (höger) av födointaget under dagen och natten för möss som utfodrats med NC eller HFD. Värdena representerar genomsnittet av sju möss ± SEM och beräknades med hjälp av matintagsdata under de senaste 5 dagarna av antingen NC- eller HFD-utfodringsscheman. * P < 0,05 mellan de två grupperna (parat T-test). E) Den genomsnittliga kroppsvikten hos möss som använts i experimentet efter 1 veckas NC och 1 veckas HFD. Data för män (vänster) och kvinnor (höger) visas med * p < 0,05 mellan de två grupperna (parat t-test). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 3: Manipulering av den dagliga rytmen av födointag. (A) Utfodringsprofilen för manliga WT-möss som utfodrats med normal chow ad libitum i 2 dagar, övergått till en nattbegränsad (NR) utfodringsregim i 3 dagar och bibehållits under NR-utfodring i 8 nätter. De färgade linjerna representerar enskilda musprofiler (n = 18) och den svarta linjen anger genomsnittet ± SEM för 18 möss. Den grå asterisken indikerar fel på timern för den musen den enda dagen där timern slutade vrida. (B) Utfodringsprofil för manliga WT-möss som utfodrats med normal chow ad libitum i 2 dagar, övergått till en arytmisk (AR) utfodringsregim i 1 dag och bibehållits under AR-utfodring i 8 nätter. De färgade linjerna representerar enskilda musprofiler (n = 18) och den svarta linjen anger medelvärdet ± SEM för de 18 mössen. (C) Den genomsnittliga kroppsvikten hos möss som användes i experimentet efter 2 veckors exponering för NR- och AR-dieter. Data visas med * p < 0,05 mellan de två grupperna (parat t-test). Klicka här för att se en större version av denna figur.
Tabell 1: Fördelar och nackdelar med befintliga matningssystem. En tabell som belyser olika matningssystem som används för manipulation av matintag, med en kort beskrivning av fördelarna och nackdelarna med varje system. Klicka här för att ladda ner denna tabell.
Tabell 2: Kostnad för material som krävs för att konstruera matningssystemet. En tabell som visar kostnaden för artiklar som krävs för byggandet av matningssystemet som beskrivs i detta dokument tillsammans med en uppskattning av byggkostnaden per bur. Klicka här för att ladda ner denna tabell.
Discussion
Omfattande forskning har genomförts under de senaste decennierna om manipulation av matningsrytmer och deras effekt på fysiologi. Konstruktionen och användningen av matningssystemet som beskrivs här kan användas som en effektiv metod för att manipulera matintaget. Protokollet använder en gemensam 24-timmars timer och en matkopp utformad som en åtta-facks arrangör som nyckelkomponenter i systemet. Burarna kan enkelt konstrueras med hjälp av några få lättillgängliga verktyg, och hanteringen av systemet är användarvänlig. Några av de viktigaste aspekterna av protokollet för att anpassa systemet för att manipulera rytmiskt matintag inkluderar dagligt byte av matkoppar eftersom timern vänder över en 24-timmarsperiod, manuell räkning eller vägning av återstående mat och daglig justering av antalet pellets för AR-utfodring. Vanligtvis ses plastspån när möss är hungriga och inte får tillräckligt med mat. Detta problem kan åtgärdas genom att lägga till några fler matpellets som följer utfodringsregimen tills inga plastspån ses. Vid AR-utfodring, där den dagliga födan behöver justeras, bör man vara försiktig så att man inte inducerar rytmen i födointaget (figur 3B). Därför är det att föredra att antingen lägga till eller subtrahera pellets i motsatta fack hela för att hålla möss arytmiskt matade.
Detta system kan förbättras ytterligare genom att belägga matkopparna med ett lager epoxi för att förhindra att mössen biter på plasten och därmed hjälper till att förlänga matkopparnas livslängd. Timerns yta för placering av matkoppar kan också modifieras för att hjälpa matkoppen att sitta platt och stabil på timern. Detta kan förhindra oavsiktlig stopp av timern orsakad av en ojämnt placerad timer. Några av burkomponenterna, som matkoppar, kan också 3D-skrivas ut för att minska kostnaderna och skräddarsys efter forskarens smak. Detta kan inkludera matkoppar med mer än åtta fack, vilket kan ge en bättre tidsupplösning än det nuvarande 3-timmarsfönstret.
Även om det är mycket effektivt har detta system vissa begränsningar, som att det är arbetsintensivt, där forskaren fortfarande behöver byta matkoppar var 24: e timme och kräver att de manuellt räknar / väger den återstående maten. Dessutom måste timers övervakas då och då för att identifiera potentiella problem och / eller om de slutade fungera. Detta kan uppnås när man räknar de matpellets som återstår efter utfodring (t.ex. genom att bestämma om vissa möss åt mat endast i några få fack och lämnade några fack orörda). En annan begränsning med detta system är att det kanske inte fungerar lika bra med honmöss, eftersom de få experiment som utförts med honor visade att de tenderar att hamstra mat och tugga plasten mer än hanmöss.
Ändå är detta matningssystem mycket effektivt för att manipulera matintaget, är lätt att konstruera, använda, underhålla och är billigt jämfört med de dyra automatiserade matare som finns på marknaden. Den kan enkelt anpassas och modifieras för att passa forskarens krav och behöver ingen särskild utbildning för att driva systemet. Det är viktigt att timers bara producerar en låg mängd konstant vitt brus, vilket förhindrar möss från att associera något ljud med mattillgänglighet.
Sammanfattningsvis beskriver detta dokument ett innovativt utfodringssystem som kan användas för att övervaka daglig matkonsumtion hos möss och kan anpassas för att mata möss på olika paradigmer som tidsbegränsad utfodring, arytmisk utfodring och utfodring på fettrik diet. Detta system lägger till listan över verktyg som kan användas för att ta itu med viktiga frågor inom rytmiskt matintag och dess effekt på fysiologi.
Disclosures
Samtliga författare förklarar att de inte har några intressekonflikter.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes ekonomiskt av bidraget R01DK128133 från NIH / NIDDK (till J.S.M) och startfonder från Texas A &M University.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| #6 x 0.75 inch Phillips Pan Head Stainless Steel Sheet Metal Screw (50-Pack) | Everbilt | #800172 | |
| #8 x 1.5 inch Phillips Pan Head Zinc Plated Sheet Metal Screw (100-Pack) | Everbilt | #801622 | |
| 0.25 inch gray PVC sheet (24 inch x 48 inch) | USPlastic | #45088 | |
| 4 inch PVC pipe (10 ft) | Home Depot | #531103 | |
| 45 mg dustless precision pellets | Bio-Serv | #F0165 | |
| 6 ft. Extension Cord | HDX | HD#145-017 | |
| Food container (eight-compartment jewelry organizer) | JewelrySupply | #PB8301 | |
| Indoor Basic Timer | General Electric | #15119 | |
| Oatey 4 inch ABS Pipe Test Cap with Knockout | Home Depot | #39103D | |
| Rodent Diet with 45 kcal% fat (with red dye) | Research Diets | #D12451 |
References
- Boothroyd, C. E., Wijnen, H., Naef, F., Saez, L., Young, M. W. Integration of light and temperature in the regulation of circadian gene expression in Drosophila. PLoS Genetics. 3 (4), 0492-0507 (2007).
- Brown, S. A., Zumbrunn, G., Fleury-Olela, F., Preitner, N., Schibler, U. Rhythms of mammalian body temperature can sustain peripheral circadian clocks. Current Biology. 12 (18), 1574-1583 (2002).
- Buhr, E. D., Yoo, S. H., Takahashi, J. S. Temperature as a universal resetting cue for mammalian circadian oscillators. Science. 330 (6002), 379-385 (2010).
- Kawamoto, T., et al. Effects of fasting and re-feeding on the expression of Dec, Per1, and other clock-related genes. Journal of Biochemistry. 140 (3), 401-408 (2006).
- Lamia, K. A., Storch, K. F., Weitz, C. J. Physiological significance of a peripheral tissue circadian clock. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (39), 15172-15177 (2008).
- Oosterman, J. E., Kalsbeek, A., La Fleur, S. E., Belsham, D. D. Impact of nutrients on circadian rhythmicity. American Journal of Physiology - Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 308 (5), 337-350 (2015).
- Pitts, S. N., Perone, E., Silver, R. Food-entrained circadian rhythms are sustained in arrhythmic Clk/Clk mutant mice. American Journal of Physiology - Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 285, 57-67 (2003).
- Sheward, W. J., et al. Entrainment to feeding but not to light: Circadian phenotype of VPAC 2 receptor-null mice. Journal of Neuroscience. 27 (16), 4351-4358 (2007).
- Gekakis, N., et al. Role of the CLOCK protein in the mammalian circadian mechanism. Science. 280 (5369), 1564-1569 (1998).
- King, D. P., et al. Positional cloning of the mouse circadian Clock gene. Cell. 89 (4), 641-653 (1997).
- Kume, K., et al. mCRY1 and mCRY2 are essential components of the negative limb of the circadian clock feedback loop. Cell. 98 (2), 193-205 (1999).
- Shearman, L. P., et al. Interacting molecular loops in the mammalian circadian clock. Science. 288 (5468), 1013-1019 (2000).
- Beytebiere, J. R., et al. Tissue-specific BMAL1 cistromes reveal that rhythmic transcription is associated with rhythmic enhancer-enhancer interactions. Genes and Development. 33 (5-6), 294-309 (2019).
- Menet, J. S., Pescatore, S., Rosbash, M. CLOCK: BMAL1 is a pioneer- like transcription factor. Genes and Development. 28 (1), 8-13 (2014).
- Koike, N., et al. Transcriptional architecture and chromatin landscape of the core circadian clock in mammals. Science. 338 (6105), 349-354 (2012).
- Mure, L. S., et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues. Science. 359 (6381), (2018).
- Ruben, M. D., et al. A database of tissue-specific rhythmically expressed human genes has potential applications in circadian medicine. Science Translational Medicine. 10 (458), 1-8 (2018).
- Zhang, R., Lahens, N. F., Ballance, H. I., Hughes, M. E., Hogenesch, J. B. A circadian gene expression atlas in mammals: Implications for biology and medicine. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (45), 16219-16224 (2014).
- Menet, J. S., Rodriguez, J., Abruzzi, K. C., Rosbash, M. Nascent-Seq reveals novel features of mouse circadian transcriptional regulation. eLife. 2012 (1), 1-25 (2012).
- Miller, B. H., et al. Circadian and CLOCK-controlled regulation of the mouse transcriptome and cell proliferation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (9), 3342-3347 (2007).
- Cailotto, C., et al. The suprachiasmatic nucleus controls the daily variation of plasma glucose via the autonomic output to the liver: Are the clock genes involved. European Journal of Neuroscience. 22 (10), 2531-2540 (2005).
- Eckel-Mahan, K. L., et al. Coordination of the transcriptome and metabolome by the circadian clock. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (14), 5541-5546 (2012).
- Damiola, F., et al. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes and Development. 14 (23), 2950-2961 (2000).
- Saini, C., et al. Real-time recording of circadian liver gene expression in freely moving mice reveals the phase-setting behavior of hepatocyte clocks. Genes and Development. 27 (13), 1526-1536 (2013).
- Stokkan, K. A., Yamazaki, S., Tei, H., Sakaki, Y., Menaker, M. Entrainment of the circadian clock in the liver by feeding. Science. 291 (5503), 490-493 (2001).
- Atger, F., et al. Circadian and feeding rhythms differentially affect rhythmic mRNA transcription and translation in mouse liver. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (47), 6579-6588 (2015).
- Greenwell, B. J., et al. Rhythmic food intake drives rhythmic gene expression more potently than the hepatic circadian clock in mice. Cell Reports. 27 (3), 649-657 (2019).
- Izumo, M., et al. Differential effects of light and feeding on circadian organization of peripheral clocks in a forebrain Bmal1 mutant. eLife. 3, 04617 (2014).
- Mange, F., et al. Diurnal regulation of RNA polymerase III transcription is under the control of both the feeding-fasting response and the circadian clock. Genome Research. 27 (6), 973-984 (2017).
- Van Der Veen, D. R., et al. Impact of behavior on central and peripheral circadian clocks in the common vole Microtus arvalis, a mammal with ultradian rhythms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (9), 3393-3398 (2006).
- Vollmers, C., et al. Time of feeding and the intrinsic circadian clock drive rhythms in hepatic gene expression. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (50), 21453-21458 (2009).
- Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. Time-Restricted feeding prevents obesity and metabolic syndrome in mice lacking a circadian clock. Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).
- Hatori, M., et al. Time-restricted feeding without reducing caloric intake prevents metabolic diseases in mice fed a high-fat diet. Cell Metabolism. 15 (6), 848-860 (2012).
- Acosta-Rodríguez, V. A., de Groot, M. H. M., Rijo-Ferreira, F., Green, C. B., Takahashi, J. S. Mice under caloric restriction self-impose a temporal restriction of food intake as revealed by an automated feeder system. Cell Metabolism. 26 (1), 267-277 (2017).
- Chung, H., et al. Time-restricted feeding improves insulin resistance and hepatic steatosis in a mouse model of postmenopausal obesity. Metabolism: Clinical and Experimental. 65 (12), 1743-1754 (2016).
- Sen, S., et al. Ultradian feeding in mice not only affects the peripheral clock in the liver, but also the master clock in the brain. Chronobiology International. 34 (1), 17-36 (2017).
- Xie, X., et al. Natural food intake patterns do not synchronize peripheral clocks. BMC Biology. 18 (160), 1-11 (2020).
- Swamy, S., et al. Circadian disruption of food availability significantly reduces reproductive success in mice. Hormones and Behavior. 105, 177-184 (2018).
- Xin, H., et al. Protocol for setup and circadian analysis of inverted feeding in mice. STAR Protocols. 2 (3), 100701 (2021).
