Registrering och analys av dygnsrytmen i Running-wheel aktivitet hos gnagare
Summary
Dygnsrytmen i frivillig hjul-running aktivitet i däggdjur är tätt kopplade till de molekylära svängningar hos en huvudklocka i hjärnan. Som sådana kan dessa dagliga rytmer i beteende kan användas för att studera inverkan av genetiska, farmakologiska och miljömässiga faktorer på hur detta dygnsrytm klocka.
Abstract
När gnagare har fri tillgång till en löpande hjul i deras hem bur, kommer frivillig användning av detta hjul beroende på vilken tid på dagen 1-5. Nattliga gnagare, däribland råttor, hamstrar och möss, är aktiva under natten och relativt inaktiva under dagen. Många andra beteendemässiga och fysiologiska åtgärder uppvisar också dygnsrytm, men i gnagare, serverar kör-hjul verksamhet som särskilt pålitlig och bekväm mått på produktionen av befälhavaren dygnsrytm klocka, den suprachiasmatiska kärnan (SCN) i hypothalamus. I allmänhet genom en process som kallas ångan, kommer den dagliga mönstret att köra hjul aktivitet anpassa naturligt med miljö ljus-mörkercykel (LD cykel, t.ex. 12 hr-ljus: 12 h-mörker). Men dygnsrytm är endogent genererade mönster i beteende som uppvisar en ~ 24 timmarsperiod, och kvarstår i ständigt mörker. Således, i avsaknad av en LD cykel, registrering och analys av drift-hjul aktivitet kananvändas för att bestämma den subjektiva tiden av dagen. Eftersom dessa rytmer styrs av den cirkadiska klockan engelska tid-på-dagen kallas den cirkadiska tid (CT). Däremot när en LD cykel är närvarande tid av dagen som bestäms av miljön LD cykeln kallas zeitgeber tid (ZT).
Även dygnsrytmen i kör-hjul aktivitet vanligtvis kopplade till SCN klockan 6-8, kan dygnsrytm oscillatorer i många andra delar av hjärnan och kroppen 9-14 också vara inblandade i regleringen av daglig verksamhet rytmer. Till exempel kräver dagliga rytmer i livsmedel föregripande verksamhet inte SCN 15,16 och i stället är korrelerade med förändringar i aktiviteten av extra SCN oscillatorer 17-20. Således kan köra-wheel aktivitet inspelningar ge viktig beteendemässiga information inte bara om utgången av befälhavaren SCN klockan, men även på aktiviteten av extra-SCN oscillatorer. Nedan vi descrIBE utrustning och metoder som används för att registrera, analysera och visa dygnsrytm rörelseaktivitet rytmer i smågnagare.
Protocol
Representative Results
Discussion
Övervakning dagliga verksamheten rytmer med löpande hjul är den mest använda och tillförlitlig metod för att bedöma utgången av befälhavaren dygnsrytm klockan i nattliga gnagare. Hjul-running aktivitet är dock bara en av många aspekter av beteende och fysiologi som kan övervakas kontinuerligt. Även om de flesta av löpning hjul aktivitet sker under natten, sker över 30% av den totala vakenhet under dagtid 25,26. Andra effektmått kan användas för att bedöma dygnsrytmen, inklusive allmänna ak…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill erkänna lön utmärkelser, stipendier utrustning och operativa medel från de Fonds de la Recherche en Santé Québec (FRSQ), kanadensiska Institutes of Health Research (CIHR), den naturvetenskaplig och teknisk forskning Council of Canada (NSERC) och Concordia University Research Chairs Program (CRUC), samt tankeväckande synpunkter på detta manuskript från 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. |
Referências
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ralph, M. R., Foster, R. G., Davis, F. C., Menaker, M. Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period. Science. 247, 975-978 (1990).
- 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).
- 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).
- Abe, M., et al. Circadian rhythms in isolated brain regions. J. Neurosci. 22, 350-356 (2002).
- Yamazaki, S., et al. Resetting central and peripheral circadian oscillators in transgenic rats. Science. 288, 682-685 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Boulos, Z., Terman, M. Food availability and daily biological rhythms. Neurosci. Biobehav. Rev. 4, 119-131 (1980).
- 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).
- Verwey, M., Amir, S. Food-entrainable circadian oscillators in the brain. Eur. J. Neurosci. 30, 1650-1657 (2009).
- 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).
- Hara, R., et al. Restricted feeding entrains liver clock without participation of the suprachiasmatic nucleus. Genes Cells. 6, 269-278 (2001).
- 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).
- Mrosovsky, N. Phase response curves for social entrainment. J. Comp. Physiol. A. 162, 35-46 (1988).
- Cain, S. W., et al. Reward and aversive stimuli produce similar nonphotic phase shifts. Behav. Neurosci. 118, 131-137 (2004).
- Antle, M. C., Mistlberger, R. E. Circadian clock resetting by sleep deprivation without exercise in the Syrian hamster. J. Neurosci. 20, 9326-9332 (2000).
- Banjanin, S., Mrosovsky, N. Preferences of mice, Mus musculus, for different types of running wheel. Lab Anim. 34, 313-318 (2000).
- 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).
- 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).
