Методическая статья

Запись и анализ циркадных ритмов в рабочем колеса деятельность в Грызуны

DOI:

10.3791/50186

⸱

24 января 2013 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

Суточные ритмы в добровольном колеса работают активности у млекопитающих тесно связаны с молекулярной колебаний тактового генератора в мозг. Как таковые, эти суточные ритмы в поведении могут быть использованы для изучения влияния генетических, фармакологических и экологических факторов на функционирование этой циркадных часов.

Аннотация

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

Когда грызуны имеют свободный доступ к ходового колеса в их доме клетке, добровольное применение этого колеса будет зависеть от времени суток 1-5. Ночные грызунов, включая крыс, хомяков и мышей, активных ночью и относительно неактивны в течение дня. Многие другие поведенческие и физиологические показатели также демонстрируют суточные ритмы, но у грызунов, работающий колеса деятельность служит особенно надежной и удобной мерой выходной мастер циркадных часов, ядро ​​супрахиазматическое (SCN) гипоталамуса. В общем, посредством процесса, называемого увлечения, ежедневная картина под управлением колеса деятельность естественно совпадают с экологическими цикле свет-темнота (LD цикл, например 12 ч свет: 12 ч, темный). Однако циркадные ритмы эндогенно порожденных моделей поведения, которые демонстрируют ~ 24 часов период, и сохраняются в постоянной темноте. Таким образом, в отсутствие цикла LD, учета и анализа хода колеса деятельность можетбыть использованы для определения субъективной время-день. Потому что эти ритмы направлены на циркадные часы субъективное время-день называют суточным времени (CT). Напротив, когда цикл LD присутствует, время-день, который определяется по экологическим циклом LD называется временем zeitgeber (ZT).

Несмотря на циркадные ритмы в ход колеса деятельность, как правило, связаны с SCN 6-8 часов, суточный осцилляторов и во многих других областях мозга и тела 9-14 может быть также участвует в регуляции суточных ритмов активности. Например, суточные ритмы в пищевой упреждающей деятельности не требует SCN 15,16, а вместо этого коррелируют с изменениями в деятельности экстра-SCN осцилляторов 17-20. Таким образом, под управлением колеса записи активности может предоставить важную поведенческую информацию не только о выходе часы SCN мастера, но и на деятельность экстра-SCN осцилляторов. Ниже мы DESCRМБП оборудования и методов, используемых для записи, анализа и отображения циркадных ритмов опорно-двигательной активности в лабораторных грызунов.

Протокол

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

1. Содержание животных

  1. Кейдж: Для того, чтобы записать ход колес деятельности индивидуального грызунов, каждая клетка должна включать одного грызуна и обкатки колеса. Потому что ходовые колеса могут рассматриваться как форма обогащения, все грызуны в любое исследование должно иметь подобный доступ к ходового колеса.
  2. Постельное белье меняется: Животные обработки, а также изменения в клетках или постельные принадлежности могут иметь не световые эффекты на циркадные ритмы 21-23, таким образом, клетки с сеткой-полы являются идеальными, поскольку они минимизируют контакт с животным. Несмотря на наличие такого лотка системы, постельные принадлежности изменения следует избегать во время критических фаз эксперимента. Альтернативы включают в себя использование более длительного постельного белья, которое позволило бы более редкими изменениями клетки, или клетки на изменение псевдослучайных графику.
  3. Изоляция коробки: Клетки должны быть в изоляции коробки, которые являются звук ослабленных, светло-сотрудничестваntrolled, и хорошо проветриваемым. В зависимости от размеров и конфигурации изоляции коробки, количество клеток в каждой коробке обычно находится в пределах от 1-8. Когда жилье несколько клеток в одной коробке изоляции, следует иметь в виду, что различные запахи и звуки, исходящие от других животных может иметь смешанное воздействие на циркадный поведения отдельных животных. Чтобы избежать этих проблем, нужно пытаться разместить в одной клетке изоляции коробки.
  4. Вентиляция: достаточный приток воздуха необходимо, чтобы сделать ящики комфортные условия дома для грызунов. Вентилятор в каждой коробке должна быть с капюшоном, с тем чтобы предотвратить света из-за пределов штрафной от достижения внутри. Кроме того, поклонники, как правило, удалить воздух из коробки и взорвать его в комнату. Малый светонепроницаемый отверстия позволяют воздуху входить в изоляции коробки с нескольких точек, а также поможет избежать неудобных бризы. Для того, чтобы убедиться, что имеется достаточная вентиляция, температура внутри изоляции коробки (когдазакрыт в течение нескольких часов, с огнями на) должна быть практически идентична температуре в помещении, где она находится.
  5. Освещение: экологическая интенсивность света должна быть одинаковой во всех клетках. Организовать единый свет на том же месте, над каждой клетке, и всегда использовать ту же марку / тип лампы. Используйте умеренной интенсивности освещения (100-300 люкс) в клетке уровне. Избегайте чрезмерно высокие уровни освещенности, который, скорее всего, производить прямые изменения в поведении связаны с света, а не суточный системы, как таковой (например, маскировка).
  6. Darkness / тусклый красный свет: Если это необходимо для обработки или лечения животных в темноте (например, в постоянной темноте или ночью), очки ночного видения должны быть использованы. Кроме того, так как циркадные система является относительно нечувствительным к красно-волн, тусклое освещение красным могут быть использованы. Конкретные красный свет вы используете должны быть проверены, чтобы убедиться, что он не AlteГ хода колес деятельности (например, маскировка) или настроить циркадных часов (например, производят сдвиг фазы).

2. Сбора данных (см. Рисунок 1 - Vitalview аппаратной конфигурации)

  1. Запуск колес: диаметр и эргономика ходового колеса изменится объем использования 24. Таким образом, использовать меньшие и более легкие колеса мыши, и большие тяжелые колеса для крыс. При стирке и повторной установки колес, убедитесь, что колеса могут вращаться беспрепятственно, не "раскачиваться", и что запись микро-переключателей активируется каждый поворот колеса.
  2. Микро-переключатели: каждый оборот ходового колеса должны активировать магнитные или механические микро-переключатель. Информация из микро-переключателя передается по одному каналу и записал с компьютера, который может бин данных с течением времени (например, каждые 2, 5, 6, или 10 мин).
  3. Компьютерное оборудование: Наши Runniнг колеса записи сделаны с Vitalview, аппаратная и программная платформа разработана Мини Mitter ( http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm ). Однако, есть другие платформы, такие как записи ClockLab, разработанный Actimetrics ( http://www.actimetrics.com/ClockLab/ ). Обе платформы объединять данные из многих одноканальных источников (например, одного микропереключатель активируется одной ходового колеса) в один файл компьютера. Данные из отдельных каналов может быть графически и проанализированы отдельно в более поздние сроки.

3. Данные записи

  1. Файлы: выше программных платформ могут быть использованы выделить отдельные каналы, так что отдельные файлы создаются для каждого хода колеса записи. Такие данные лучше визуализировать и графически специально для дизайнаD программ, таких как ActiView (Minimitter, Бенд, Орегон), Circadia, или Clocklab (Actimetrics, Wilmette, IL), которые могут производить периодограмм и actograms. Тем не менее, одноканальные файлы могут быть открыты и проанализированы с использованием общих программ, таких как таблицы Excel (Microsoft, Редмонд, штат Вашингтон).
  2. Расчет суточного времени (CT): CT 12, по определению, начало работы колеса деятельность в ночных грызунов. Параллельно с 24 часов дня, по соглашению, один суточный день разбит на 24 циркадных часов. Соответственно, если суточный автономный срок составляет 24 ч 30 мин измеряемый настенные часы, CT 0 будет происходить примерно в 12 час 15 мин после CT12.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Компьютерные программы: специализированные компьютерные программы, которые обычно используются в поколение actograms и расчета суточного периода. Эти программы включают, но не ограничиваются, ActiView (Minimitter, Бенд, Орегон) и Circadia.
  2. Actograms: Actograms обеспечить наглядную иллюстрацию ежедневно моделей хода колес деятельности. Есть одно-график (ось х = 24 ч) и двойной заговор (ось х = 48 ч) actograms. Оба метода последовательных дней участке сверху вниз, но дважды построены actograms ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Мониторинг суточных ритмов активности с использованием ходовых колес является наиболее распространенным и надежным методом оценки выходе мастер циркадные часы в ночных грызунов. Колесо хода деятельности, однако, является лишь одним из многих аспектов поведения и физиологии, которые можно постоянно контролировать. Хотя подавляющее большинство ход колеса деятельность происходит в ночное время, более 30% от общего бодрствования происходит в дневное время 25,26. Другие конечные точки могут быть использованы для о...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Нет конфликта интересов объявлены.

Благодарности

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

Авторы хотели бы выразить признательность заработной платы премий, грантов оборудования и операционных средств из Fonds-де-La Recherche ан santé Квебек (FRSQ), Канадский институт исследований в области здравоохранения (CIHR), естественным наукам и инженерным исследованиям Совета Канады (NSERC), и Concordia University Research Стулья программы (CRUC), а также вдумчивое мнение об этой рукописи д-ра Джейн Стюарт.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Название реагента О компании Номер по каталогу Комментарии (по желанию)

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Vitalview карты и программное обеспечение Mini Mitter # 855-0030-00 (Bend, Орегон, США)
DP24 Dataport Mini Mitter # 840-0024-00 (Bend, Орегон, США)
QA4-модуль Mini Mitter # 130-0050-00 (Bend, Орегон, США)
Магнитный выключатель Mini Mitter # 130-0015-00 (Bend, Орегон, США)
C-50 Кабельные сборки Mini Mitter # 060-0045-10 (Bend, Орегон, США)
Крысы работает колеса в сборе Mini Mitter # 640-0700-00 (Bend, Орегон, США)
Кейдж и лоток поддержки Mini Mitter # 640-0400-00 (Bend, Орегон, США)
Полезная срезать клетке Mini Mitter # 664-2154-00 (Bend, Орегон, США)
Grid полу клетки Mini Mitter # 676-2154-00 (Bend, Орегон, США)
Лоток для отходов Mini Mitter # 684-2154-00 (Bend, Орегон, США)
Корпус лампы Микролиты Научные # R-101 (Toronto, ON, Канада)
4W люминесцентные лампы Микролиты Научные # F4T5/CW (Toronto, ON, Канада)
Изоляция камер Custom построен 28 "H х 20" W х 28 "D ½" черный меламин.

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи