Summary

Aufnahme und Analyse der zirkadianen Rhythmen in Laufen-Rad-Aktivität in Nagetiere

Published: January 24, 2013
doi:

Summary

Zirkadiane Rhythmen in freiwilliger Rades verlaufenden Aktivität in Säugetieren sind fest an den molekularen Schwingungen einer Hauptuhr im Gehirn verbunden ist. Als solche können diese täglichen Rhythmen im Verhalten verwendet, um den Einfluss von genetischen, pharmakologischen und Umweltfaktoren auf das Funktionieren dieser circadianen Uhr zu studieren.

Abstract

Wenn Nagetieren freien Zugang zu einem Laufrad in ihrem gewohnten Käfig haben, werden freiwilligen Verwendung dieses Rades auf der Tageszeit 1-5 abhängen. Nachtaktiven Nager, darunter Ratten, Hamster und Mäuse sind in der Nacht aktiv und relativ inaktiv während des Tages. Viele andere Verhaltens-und physiologische Messungen zeigen auch Tagesrhythmus, aber bei Nagetieren, dient laufenden Rad-Aktivität als ein besonders zuverlässiges und bequemes Maß der Ausgang des Master zirkadianen Uhr, das suprachiasmatischen Kern (SCN) des Hypothalamus. Im Allgemeinen durch einen Prozess namens Entrainment, wird die tägliche Muster laufen-Rad Aktivität natürlich mit der Umwelt Hell-Dunkel-Zyklus (;: 12 hr-dark zB 12 hr-light LD-Zyklus) auszurichten. Allerdings zirkadianen Rhythmen endogen Mustern im Verhalten, die eine ~ 24 Stunden Zeit zeigen, und in konstanter Dunkelheit andauern generiert. Somit wird in der Abwesenheit eines LD Zyklus können die Aufzeichnung und Analyse der Laufradachse Aktivitätverwendet, um die subjektive Zeit der Tageszeit zu bestimmen. Da diese Rhythmen durch die circadiane Uhr gerichtet sind die subjektive time-of-Tag wird als circadiane Zeit (CT) bezeichnet. Wenn im Gegensatz dazu ein LD-Zyklus vorhanden ist, wird die Zeit der Tageszeit, die von der Umwelt LD Zyklus bestimmt wird als Zeitgeber Zeit (ZT).

Obwohl zirkadianen Rhythmen in Laufradbremsteil Tätigkeit typischerweise mit dem SCN Uhr 6-8 verbunden sind, könnte circadianen Oszillatoren in vielen anderen Regionen des Gehirns und des Körpers 9-14 auch an der Regulation der täglichen Aktivität Rhythmen beteiligt werden. Zum Beispiel müssen Tagesrhythmus in lebensmittelverarbeitenden antizipatorische Aktivität nicht erforderlich, die SCN 15,16 und stattdessen mit Veränderungen in der Aktivität der zusätzlichen SCN-Oszillatoren 17-20 korreliert. Somit kann Laufradachse Aktivität Aufzeichnungen liefern wichtige Verhaltensinformation nicht nur über den Ausgang des Master Clock SCN, sondern auch auf die Aktivität der zusätzlichen SCN-Oszillatoren. Im Folgenden descrIBE die Geräte und Methoden zur Erfassung, Analyse und Darstellung zirkadianen Bewegungsaktivität Rhythmen in Labornagern.

Protocol

Ein. Tierhaltung Cage: Um die Laufradbremsteil Aktivität eines individuellen Nager aufnehmen, jeder Käfig sollte ein einzelnes Nagetier und Laufradbremsteil unterzubringen. Da Laufräder kann als eine Form der Bereicherung, sollten alle Nager in keiner Studie haben ähnliche Zugang zu einem Laufrad. Bedding Veränderungen: Animal Handling sowie Änderungen in Käfigen oder Bettwäsche haben alle nicht-photic Auswirkungen auf circadiane Rhythmen 21-23, s…

Representative Results

Computerprogramme: Spezialisierte Computerprogramme werden typischerweise bei der Erzeugung von actograms und die Berechnung des zirkadianen Periode verwendet. Diese Programme umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt ActiView (Minimitter, Bend, OR) und Circadia. Actograms: Actograms eine grafische Darstellung der täglichen Muster Laufradbremsteil Aktivität. Es gibt Einzel-aufgetragen (x-Achse = 24 Stunden), und doppelklicken aufgetragen (x-Achse = 48 hr) actograms. Beide Methoden Grunds…

Discussion

Überwachung der täglichen Aktivität Rhythmen mit Laufrädern ist das am häufigsten verwendete und zuverlässige Methode für die Beurteilung der Ausgang des Masters circadianen Uhr in nachtaktiven Nager. Rad andauernde Aktivität, jedoch ist nur eine von vielen Aspekten des Verhaltens und Physiologie, die kontinuierlich überwacht werden kann. Obwohl die überwiegende Mehrheit der Laufradbremsteil Aktivität auftritt während der Nacht auftritt, über 30% des gesamten Wachheit während des Tages 25,26. We…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchten Gehalt Auszeichnungen, Ausrüstung Zuschüsse und operativen Mitteln aus dem Fonds de la recherche en santé Québec (FRSQ), Canadian Institutes of Health Research (CIHR), dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) anerkennen, und der Concordia University Research Chairs-Programm (cruc), sowie die durchdachte Feedback zu diesem Manuskript von Dr. Jane Stewart.

Materials

Name of the reagent Company Catalogue number Comments (optional)
Vitalview Card & Software Mini Mitter #855-0030-00 (Bend, OR, USA)
DP24 Dataport Mini Mitter #840-0024-00 (Bend, OR, USA)
QA4-Module Mini Mitter #130-0050-00 (Bend, OR, USA)
Magnetic Switch Mini Mitter #130-0015-00 (Bend, OR, USA)
C-50 Cable assembly Mini Mitter #060-0045-10 (Bend, OR, USA)
Rat running wheel assembly Mini Mitter #640-0700-00 (Bend, OR, USA)
Cage and tray support Mini Mitter #640-0400-00 (Bend, OR, USA)
Useable cut away cage Mini Mitter #664-2154-00 (Bend, OR, USA)
Grid floor for cage Mini Mitter #676-2154-00 (Bend, OR, USA)
Waste tray Mini Mitter #684-2154-00 (Bend, OR, USA)
Lamp housing Microlites Scientific #R-101 (Toronto, ON, Canada)
4W Fluorescent lamps Microlites Scientific #F4T5/CW (Toronto, ON, Canada)
Isolation chambers Custom built 28″H x 20″W x 28″D ½” Black Melamine.

Riferimenti

  1. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. V. Pacemaker Structure: A Clock for All Seasons. J. Comp. Physiol. 106, 333-355 (1976).
  2. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. IV. Entrainment: Pacemaker as Clock. J. Comp. Physiol. 106, 291-331 (1976).
  3. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. III. Heavy Water and Constant Light: Homeostasis of Frequency?. J. Comp. Physiol. 106, 267-290 (1976).
  4. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. II. The Variability of Phase Response Curves. J. Comp. Physiol. 106, 253-266 (1976).
  5. Pittendrigh, C. S., Daan, S. A Functional Analysis of Circadian Pacemakers in Nocturnal Rodents. I. The Stability and Lability of Spontaneous Frequency. J. Comp. Physiol. 106, 223-252 (1976).
  6. Ralph, M. R., Foster, R. G., Davis, F. C., Menaker, M. Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period. Science. 247, 975-978 (1990).
  7. Moore, R. Y., Eichler, V. B. Loss of a circadian adrenal corticosterone rhythm following suprachiasmatic lesions in the rat. Brain Res. 42, 201-206 (1972).
  8. Stephan, F. K., Zucker, I. Circadian rhythms in drinking behavior and locomotor activity of rats are eliminated by hypothalamic lesions. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 69, 1583-1586 (1972).
  9. Abe, M., et al. Circadian rhythms in isolated brain regions. J. Neurosci. 22, 350-356 (2002).
  10. Yamazaki, S., et al. Resetting central and peripheral circadian oscillators in transgenic rats. Science. 288, 682-685 (2000).
  11. Lamont, E. W., Robinson, B., Stewart, J., Amir, S. The central and basolateral nuclei of the amygdala exhibit opposite diurnal rhythms of expression of the clock protein Period2. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 4180-4184 (2005).
  12. Amir, S., Lamont, E. W., Robinson, B., Stewart, J. A circadian rhythm in the expression of PERIOD2 protein reveals a novel SCN-controlled oscillator in the oval nucleus of the bed nucleus of the stria terminalis. J. Neurosci. 24, 781-790 (2004).
  13. Yoo, S. H., et al. PERIOD2::LUCIFERASE real-time reporting of circadian dynamics reveals persistent circadian oscillations in mouse peripheral tissues. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 101, 5339-5346 (2004).
  14. Guilding, C., Piggins, H. D. Challenging the omnipotence of the suprachiasmatic timekeeper: are circadian oscillators present throughout the mammalian brain?. Eur. J. Neurosci. 25, 3195-3216 (2007).
  15. Boulos, Z., Terman, M. Food availability and daily biological rhythms. Neurosci. Biobehav. Rev. 4, 119-131 (1980).
  16. Boulos, Z., Rosenwasser, A. M., Terman, M. Feeding schedules and the circadian organization of behavior in the rat. Behav. Brain Res. 1, 39-65 (1980).
  17. Verwey, M., Amir, S. Food-entrainable circadian oscillators in the brain. Eur. J. Neurosci. 30, 1650-1657 (2009).
  18. Davidson, A. J., Poole, A. S., Yamazaki, S., Menaker, M. Is the food-entrainable circadian oscillator in the digestive system?. Genes Brain Behav. 2, 32-39 (2003).
  19. Hara, R., et al. Restricted feeding entrains liver clock without participation of the suprachiasmatic nucleus. Genes Cells. 6, 269-278 (2001).
  20. Damiola, F., et al. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes Dev. 14, 2950-2961 (2000).
  21. Mrosovsky, N. Phase response curves for social entrainment. J. Comp. Physiol. A. 162, 35-46 (1988).
  22. Cain, S. W., et al. Reward and aversive stimuli produce similar nonphotic phase shifts. Behav. Neurosci. 118, 131-137 (2004).
  23. Antle, M. C., Mistlberger, R. E. Circadian clock resetting by sleep deprivation without exercise in the Syrian hamster. J. Neurosci. 20, 9326-9332 (2000).
  24. Banjanin, S., Mrosovsky, N. Preferences of mice, Mus musculus, for different types of running wheel. Lab Anim. 34, 313-318 (2000).
  25. Verwey, M., Lam, G. Y., Amir, S. Circadian rhythms of PERIOD1 expression in the dorsomedial hypothalamic nucleus in the absence of entrained food-anticipatory activity rhythms in rats. Eur. J. Neurosci. 29, 2217-2222 (2009).
  26. Gooley, J. J., Schomer, A., Saper, C. B. The dorsomedial hypothalamic nucleus is critical for the expression of food-entrainable circadian rhythms. Nat. Neurosci. 9, 398-407 (2006).

Play Video

Citazione di questo articolo
Verwey, M., Robinson, B., Amir, S. Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents. J. Vis. Exp. (71), e50186, doi:10.3791/50186 (2013).

View Video