Methodenartikel

Registratie en analyse van circadiane ritmen bij Running-wheel activiteit in knaagdieren

DOI:

10.3791/50186

⸱

24 januari 2013

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

In dit artikel

Samenvatting

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

Circadiane ritmes in vrijwillige wiel lopende activiteit bij zoogdieren zijn nauw gekoppeld met de moleculaire oscillaties van een moederklok in de hersenen. Als zodanig kunnen deze dagelijkse ritme in gedrag worden gebruikt om de invloed van genetische, farmacologische en omgevingsfactoren op de werking van deze circadiane klok bestuderen.

Samenvatting

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

Wanneer knaagdieren gratis toegang tot een loopwiel in hun kooi hebben, zal vrijwillig gebruik van dit wiel is afhankelijk van de tijd van de dag 1-5. Nachtelijke knaagdieren, zoals ratten, hamsters en muizen, zijn 's nachts actief en relatief inactief gedurende de dag. Veel andere gedrags-en fysiologische maatregelen vertonen ook dagelijkse ritmes, maar in knaagdieren, hardlopen wielen activiteit dient als een bijzonder betrouwbare en handige maat voor de output van de master circadiane klok, de suprachiasmatische kern (SCN) van de hypothalamus. In het algemeen, door een proces genaamd meesleuren, zal de dagelijkse patroon van het runnen van wielen activiteit natuurlijk af te stemmen op de milieu-licht-donker cyclus (LD-cyclus, bijvoorbeeld 12 uur licht: 12 uur-donker). Maar circadiaanse ritmes worden endogeen gegenereerd patronen in gedrag dat een ~ 24 uur periode vertonen, en volharden in constante duisternis. Dus in de afwezigheid van een LD cyclus, de registratie en analyse van lopende wielen activiteit kanworden gebruikt om de subjectieve tijd van de dag te bepalen. Omdat deze ritmen worden geleid door de biologische klok de persoonlijke tijd van de dag wordt aangeduid als de circadiane tijd (CT). Wanneer daarentegen een LD cyclus aanwezig is, wordt de tijd van de dag die wordt bepaald door het milieu LD cyclus genoemd zeitgeber tijd (ZT).

Hoewel circadiane ritmen bij running-wheel-activiteit zijn meestal gekoppeld aan de SCN klok 6-8, kon circadiane oscillatoren in vele andere gebieden van de hersenen en het lichaam negen-veertien ook worden betrokken bij de regulatie van de dagelijkse activiteiten ritmes. Bijvoorbeeld niet dagelijks ritme in voedsel-anticiperende activiteit niet vereist dat de SCN 15,16 en in plaats daarvan, zijn gecorreleerd met veranderingen in de activiteit van extra-SCN oscillatoren 17-20. Aldus kan draaien wielen activiteit opnames een belangrijke gedragsinformatie niet alleen de uitgang van de master clock SCN, maar ook de activiteit van extra-SCN oscillators. Hieronder geven we descrIBE de apparatuur en methoden die worden gebruikt om op te nemen, te analyseren en circadiane ritmes locomotorische activiteit weer te geven in het laboratorium knaagdieren.

Protocol

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

1. Animal Housing

  1. Cage: Met het oog op de exploitatie-wiel activiteit van een individu knaagdier op te nemen, elke kooi moet een knaagdier en actief-wiel te huisvesten. Omdat loopwielen kan worden beschouwd als een vorm van verrijking, moeten alle knaagdieren in een studie hebben soortgelijke toegang tot een loopwiel.
  2. Beddengoed wijzigingen: Animal behandeling en veranderingen in kooien of beddengoed zijn alle niet-fotische effecten op de circadiaanse ritmes éénëntwintig-drieëntwintig, dus, kooien met mesh-vloeren zijn ideaal, omdat ze te minimaliseren contact met het dier. Niettegenstaande de beschikbaarheid van dergelijke een lade-systeem, moet beddengoed veranderingen worden vermeden tijdens kritieke fasen van een experiment. Alternatieven omvatten met langdurige beddengoed, dat maakt een meer frequente kooi vervangen of kooien op een pseudo-random schema.
  3. Isolatie Boxes: kooien worden afgezonderd gehouden dozen die zijn geluid verzwakt, licht-controlled, en goed geventileerd zijn. Afhankelijk van de grootte en configuratie van de isolatie boxen, wordt het aantal kooien In elk vak typisch variëren van 1-8. Bij de huisvesting van meerdere kooien in een isolement doos, moet men zich ervan bewust dat verschillende geuren en geluiden van andere dieren kunnen verstorende effecten op het circadiane gedrag van individuele dieren. Om deze problemen te vermijden, moet men proberen om een ​​kooi per isolatie doos te huisvesten.
  4. Ventilatie: Voldoende luchtstroom is het noodzakelijk om het maken van de dozen een comfortabele woonomgeving voor knaagdieren. De ventilator in elk vak moet hooded, teneinde te voorkomen dat licht buiten de box bereiken binnen. Ook zullen de fans het algemeen verwijdert de lucht uit de doos en blaas het in de kamer. Kleine lichtdichte openingen wordt luchtcirculatie mogelijk om de isolatie boxen te voeren vanuit verschillende punten, en helpen om ongemakkelijk wind te voorkomen. Om te controleren of er voldoende ventilatie is, de temperatuur in de isolatie box (wanneergesloten enkele uren, met de lichten) moeten nagenoeg gelijk aan de temperatuur in de ruimte waar het gehuisvest.
  5. Verlichting: Milieu lichtintensiteit moeten hetzelfde zijn in alle kooien. Schik een enkel licht op een soortgelijke locatie boven elke kooi, en gebruik altijd hetzelfde merk / type lamp. Gebruik matige intensiteit verlichting (100-300 lux) op kooi niveau. Vermijd te hoge lichtsterktes, die hebben meer kans op directe veranderingen op het gedrag toe te schrijven aan het licht in plaats van het circadiane systeem, op zich (bijvoorbeeld maskeren) te produceren.
  6. Darkness / Dim rode verlichting: Als het nodig is te hanteren of te behandelen dieren in het donker (bijv. in constante duisternis of 's nachts), nachtkijker worden gebruikt. Als alternatief, omdat het circadiane systeem relatief ongevoelig voor rode golflengten kan dim rood licht gebruikt. De specifieke rode licht u gebruikt moet worden getest om ervoor te zorgen het niet alter running-wiel activiteit (bijvoorbeeld maskeren) of stel de circadiane klok (bijv. produceren een faseverschuiving).

2. Data Collection (Zie Figuur 1 - Vitalview Hardware Configuration)

  1. Loopwielen: De diameter en de ergonomie van het loopwiel verandert de mate van gebruik 24. Dus, gebruik van kleinere en lichtere wielen voor muizen, en grotere zwaardere wielen voor ratten. Bij het wassen en het opnieuw installeren van wielen, ervoor te zorgen dat de wielen in staat zijn om een ​​onbelemmerde, niet "wiebelen", en dat de opname van micro-schakelaars worden geactiveerd door elke draai van het wiel te draaien.
  2. Microschakelaars: elke omwenteling van het loopwiel moet een magnetische of mechanische micro-schakelaar te activeren. Informatie van de micro-schakelaar wordt via een kanaal en geregistreerd door een computer die kan bin de data in de tijd (bijvoorbeeld elke 2, 5, 6 of 10 min).
  3. Computer hardware: Onze running-wheel-opnamen zijn gemaakt met Vitalview, een hardware en software platform ontwikkeld door Mini Mitter ( http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm ). Er zijn echter andere opname platforms zoals ClockLab, ontwikkeld door Actimetrics ( http://www.actimetrics.com/ClockLab/ ). Beide platformen samenbrengen van gegevens uit een groot aantal single-kanaals bronnen (bv een micro-schakelaar geactiveerd door een enkele loopwiel) in een digitaal dossier. Gegevens van individuele kanalen kunnen dan worden getekend en apart geanalyseerd op een later tijdstip.

3. Gegevens Recordings

  1. Bestanden: De bovengenoemde software platforms kan worden gebruikt om te scheiden out single kanalen, zodat individuele bestanden worden aangemaakt voor elke lopende wielen record. Dergelijke gegevens zijn best gevisualiseerd en stroomvorm opgenomen met speciaal designed programma's zoals ActiView (Minimitter, Bend, OR), Circadia of Clocklab (Actimetrics, Wilmette, IL), die alle kunnen produceren periodograms en actograms. Echter, single-channel-bestanden ook worden geopend en geanalyseerd met behulp van algemene spreadsheet programma's zoals Excel (Microsoft, Redmond, WA).
  2. Berekening van Circadiaanse Time (CT): CT 12 is per definitie het begin van het runnen van wielen activiteit in nachtelijke knaagdieren. Parallel met de 24-uurs dag, volgens afspraak, is een circadiane dag ingebroken in 24 circadiane uur. Daarom moet bij circadiane vrijlopende bedraagt ​​24 uur 30 min zoals gemeten door de wandklok, CT 0 zal ongeveer 12 uur 15 min later CT12.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Computerprogramma's: Specialized computer programma's worden gebruikt bij het ​​genereren van actograms en de berekening van circadiane periode. Deze programma's omvatten, maar zijn niet beperkt tot, ActiView (Minimitter, Bend, OR) en Circadia.
  2. Actograms: Actograms een grafische illustratie van de dagelijkse patronen van lopende wielen activiteit. Er zijn enkele uitgezet (x-as = 24 uur) en dubbel uitgezet (x-as = 48 uur) actograms. Beide methoden plot opeenvolgende dagen van boven...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

Monitoring dagelijkse activiteiten ritme met loopwielen is de meest gebruikte en betrouwbare methode om de uitvoer van het master circadiane klok in nachtelijke knaagdieren. Wiel lopende activiteit echter slechts een van de vele aspecten van gedrag en fysiologie die continu kan worden bewaakt. Hoewel de overgrote meerderheid van running wielen activiteit plaatsvindt tijdens de nacht, dan 30% van de totale waakzaamheid overdag optreedt 25,26. Andere eindpunten kunnen worden gebruikt om circadiaanse ritmes, met...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

Geen belangenconflicten verklaard.

Dankbetuigingen

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

De auteurs willen graag salaris awards, apparatuur subsidies, en operationele fondsen erkennen van het Fonds de la recherche en sante Quebec (FRSQ), Canadese Institutes of Health Research (CIHR), het Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), en de Concordia University Research Chairs Program (cruc), alsook de doordachte feedback over deze manuscript van Dr Jane Stewart.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Naam van het reagens Bedrijf Catalogusnummer Opmerkingen (optioneel) Aangepaste

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
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)
Magneetschakelaar Mini Mitter # 130-0015-00 (Bend, OR, USA)
C-50 Kabel montage Mini Mitter # 060-0045-10 (Bend, OR, USA)
Rat loopwiel montage Mini Mitter # 640-0700-00 (Bend, OR, USA)
Cage en ovenschalen Mini Mitter # 640-0400-00 (Bend, OR, USA)
Bruikbaar weggesneden kooi Mini Mitter # 664-2154-00 (Bend, OR, USA)
Grid vloer voor kooi Mini Mitter # 676-2154-00 (Bend, OR, USA)
Afvalzakje Mini Mitter # 684-2154-00 (Bend, OR, USA)
Lamphuis Microlites Wetenschappelijke # R-101 (Toronto, ON, Canada)
4W TL-lampen Microlites Wetenschappelijke # F4T5/CW (Toronto, ON, Canada)
Isolatie kamers 28 "H x 20" W x 28 "D ½" Zwarte Melamine.

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Knaagdiergedraglicht donkercyclusconstant donkeractogramanalyseperiodogramanalysesuprachiasmatische kernzeitgeber tijdcircadiane tijd

Gerelateerde artikelen