Methodenartikel

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

DOI:

10.3791/50186

⸱

24. Januar 2013

 ,  , 
1Douglas Mental Health University Institute, Department of Psychiatry, McGill University , 2Center for Studies in Behavioral Neurobiology, Department of Psychology, Concordia University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Zusammenfassung

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Protokoll

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ein. Tierhaltung

  1. 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.
  2. Bedding Veränderungen: Animal Handling sowie Änderungen in Käfigen oder Bettwäsche haben alle nicht-photic Auswirkungen auf circadiane Rhythmen 21-23, so sind Käfige mit Mesh-Belag ideal, weil sie Kontakt mit dem Tier zu minimieren. Ungeachtet der Verfügbarkeit eines solchen Fach-System, sollten Bettwäsche Veränderungen während der kritischen Phasen eines Experiments vermieden werden. Alternativen umfassen die Verwendung langlebiger Bettzeug, das für weitere seltene Käfig Veränderungen erlauben würde, oder das Ändern Käfige auf einer pseudo-zufälligen Zeitplan.
  3. Isolation Boxes: Käfige sollten in Isolation Boxen, schallgedämpften, Licht-co sind gehalten werdenntrolled und gut belüftet sein. Je nach Größe und Ausgestaltung der Isolation Boxen, wird die Anzahl von Käfigen in jedem Kasten typischerweise 1-8 liegen. Bei Unterbringung mehrerer Käfige in einem einzigen Isolation Box, sollte man sich bewusst sein, dass verschiedene Gerüche und Geräusche von anderen Tieren können verwirrende Effekte auf das circadiane Verhalten der einzelnen Tiere haben. Um diese Probleme zu vermeiden, sollte man versuchen, ein Käfig pro Isolierbox unterzubringen.
  4. Ventilation: Angemessene Luftstrom unbedingt machen die Boxen ein komfortables Wohnumfeld für Nager. Der Ventilator in jedem Kasten sollte Kapuze, um Licht von außerhalb des Kastens verhindern vom Erreichen der Innenseite. Auch die Fans in der Regel entfernen, Luft aus der Box und blasen sie in den Raum. Kleine lichtdichte Öffnungen ermöglichen eine Luftzirkulation, um die Trennung Boxen von mehreren Punkten geben und helfen, unangenehme Brise zu vermeiden. Um zu verifizieren, dass es eine ausreichende Belüftung, die Temperatur im Inneren der Isolation Box (wenngeschlossen für mehrere Stunden, mit eingeschalteter Beleuchtung) sollte praktisch identisch mit der Temperatur in dem Raum, in dem es untergebracht ist.
  5. Beleuchtung: Environmental Lichtintensität sollten die gleichen sein in allen Käfigen. Vereinbaren Sie einen einzigen Licht an einer ähnlichen Stelle übereinander Käfig, und verwenden Sie immer die gleiche Marke / Typ der Glühbirne. Verwenden moderate Beleuchtungsintensität (100-300 Lux) bei Käfig-Ebene. Vermeiden Sie zu hohe Beleuchtungsstärke, die eher direkte Änderungen auf das Verhalten auf die Licht statt des circadianen Systems, per se (zB Maskierung) produzieren.
  6. Darkness / Dim roter Beleuchtung: Wenn es notwendig zu handhaben oder zu behandeln Tiere im Dunkeln (zB in konstanter Dunkelheit oder Nacht) ist, Nachtsichtgeräte verwendet werden soll. Alternativ, da das circadiane System ist relativ unempfindlich gegenüber der roten Wellenlängen können schwach rot Beleuchtung verwendet werden. Die spezifische rote Licht, das Sie verwenden sollten getestet, um sicherzustellen, dass nicht Alte werdenr Laufradbremsteil Aktivität (zB Maskierung) oder stellen Sie die circadianen Uhr (zB eine Phasenverschiebung).

2. Data Collection (siehe Abbildung 1 - Vitalview Hardware-Konfiguration)

  1. Laufräder: Der Durchmesser und die Ergonomie des Laufrades wird sich ändern die Menge der Nutzung 24. So verwenden kleinere und leichtere Räder für Mäuse und größeren schwereren Räder für Ratten. Beim Waschen und neu zu installieren Räder, sicherzustellen, dass die Räder in der Lage, freie, nicht "wackeln", und dass die Aufnahme Mikro-Schalter werden von jeder Umdrehung des Rades aktiviert Spin sind.
  2. Mikroschalter: Jede Umdrehung des Laufrades sollte eine magnetische oder mechanische Mikroschalter zu aktivieren. Informationen aus dem Mikro-Schalter über einen einzigen Kanal übertragen werden und von einem Computer, der die Daten können Behälter über die Zeit (zB alle 2, 5, 6 oder 10 min).
  3. Computer-Hardware: Unsere Running-Rad-Aufnahmen sind mit Vitalview, eine Hard-und Softwareplattform von Mini Mitter (entwickelt aus http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm ). Es gibt jedoch andere Aufnahme Plattformen wie ClockLab durch Actimetrics (entwickelt http://www.actimetrics.com/ClockLab/ ). Beide Plattformen zusammenbringen Daten aus vielen einkanaligen Quellen (zB ein einzelnes Mikroschalter durch eine einzige Laufrad aktiviert) in einer einzigen Computerdatei. Daten von einzelnen Kanäle können dann grafisch dargestellt und separat zu einem späteren Zeitpunkt analysiert.

3. Daten Recordings

  1. Files: Die oben genannten Software-Plattformen verwendet zu trennen einzelnen Kanäle, so dass einzelne Dateien für jeden Lauf-Rad-Datensatz erstellt werden. Solche Daten sind am besten visualisiert und grafisch mit speziell designed Programmen wie ActiView (Minimitter, Bend, OR), Circadia oder Clocklab (Actimetrics, Wilmette, IL), die alle produzieren kann Periodogramme und actograms. Allerdings kann Einkanal-Dateien auch geöffnet und analysiert werden mit allgemeinen Tabellenkalkulationsprogramme wie Excel (Microsoft, Redmond, WA).
  2. Berechnung Circadian Time (CT): CT 12 ist, per Definition, der Beginn der Lauf-Rad-Aktivität in nachtaktiven Nager. Parallel mit dem 24-Stunden-Tag, durch Vereinbarung, ein circadianen Tages in 24 zirkadianen hr gebrochen. Wenn demgemäß die freilaufende circadiane beträgt 24 h 30 min, wie durch die Wand Uhr gemessen wird CT 0 ca. 12 Std. 15 min nach CT12 auftreten.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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.
  2. 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 Grundstüc...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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. Weitere Endpunkt...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Danksagungen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Name des Reagenz Unternehmen Katalog-Nummer Kommentare (optional)

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
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)
Magnetschalter Mini Mitter # 130-0015-00 (Bend, OR, USA)
C-50 Schlauchpaket Mini Mitter # 060-0045-10 (Bend, OR, USA)
Rat Laufrad Montage Mini Mitter # 640-0700-00 (Bend, OR, USA)
Cage und Fach-Unterstützung Mini Mitter # 640-0400-00 (Bend, OR, USA)
Einsetzbar weggeschnitten Käfig Mini Mitter # 664-2154-00 (Bend, OR, USA)
Grid Boden für Käfig Mini Mitter # 676-2154-00 (Bend, OR, USA)
Stoffauffangbehälter Mini Mitter # 684-2154-00 (Bend, OR, USA)
Lampengehäuse Mikrolithen Scientific # R-101 (Toronto, ON, Canada)
4W Leuchtstofflampen Mikrolithen Scientific # F4T5/CW (Toronto, ON, Canada)
Isolation Kammern Custom gebaut 28 "H x 20" W x 28 "D ½" Black Melamin.

Referenzen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Schlagwörter

NagetierverhaltenHell Dunkel Zykluskonstante DunkelheitActogramm AnalysePeriodogramm AnalyseNucleus suprachiasmaticusZeitgeberzeitcircadiane Zeit

Verwandte Artikel