Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Biology
Click here for the English version

Biology

Manipulering av rytmisk matinntak hos mus ved hjelp av et skreddersydd fôringssystem

Published: December 16, 2022 doi: 10.3791/64624
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2,3, 1,2,3
1Department of Biology, Texas A&M University, 2Center for Biological Clocks Research, Texas A&M University, 3Interdisciplinary Program of Genetics, Texas A&M University

Summary

Begrensning av tidspunktet for matinntak har dukket opp som et lovende inngrep for å dempe diettinduserte metabolske sykdommer. Dette manuskriptet beskriver konstruksjonen og bruken av et effektivt system bygget internt for å måle og manipulere rytmisk matinntak hos mus.

Abstract

Rytmisk genuttrykk er et kjennetegn på døgnrytmen og er viktig for å drive rytmisiteten til biologiske funksjoner på riktig tidspunkt på dagen. Studier de siste tiårene har vist at rytmisk matinntak (dvs. tidspunktet hvor organismer spiser mat i løpet av 24-timersdagen), bidrar betydelig til den rytmiske reguleringen av genuttrykk i forskjellige organer og vev i hele kroppen. Effektene av rytmisk matinntak på helse og fysiologi har blitt mye studert siden den gang, og har vist at begrensning av matinntak i 8 timer i den aktive fasen demper metabolske sykdommer som oppstår ved en rekke obesogene dietter. Disse studiene krever ofte bruk av kontrollerte metoder for timing av levering av mat til dyr. Dette manuskriptet beskriver utformingen og bruken av et billig og effektivt system, bygget internt for å måle daglig matforbruk, samt manipulere rytmisk matinntak hos mus. Dette systemet innebærer bruk av rimelige råvarer for å bygge merder egnet for matlevering, etter en brukervennlig håndteringsprosedyre. Dette systemet kan brukes effektivt til å mate mus på forskjellige fôringsregimer som ad libitum, tidsbegrensede eller arytmiske tidsplaner, og kan innlemme et fettfattig kosthold for å studere effekten på atferd, fysiologi og fedme. Det gis en beskrivelse av hvordan villtype (WT) mus tilpasser seg de ulike fôringsregimene.

Introduction

Den sirkadiske klokken finnes allestedsnærværende på tvers av arter og gir en tidsbevarende mekanisme som hjelper organismer til å tilpasse seg deres rytmisk skiftende miljø. Master circadian pacemaker ligger i den suprachiasmatiske kjernen (SCN) i hypothalamus. SCN er primært innblandet av den miljømessige lys-mørke syklusen, og synkroniserer perifere klokker som er tilstede i nesten hver celle i kroppen via flere signaler, inkludert nevrale og hormonelle signaler, fôring og kroppstemperatur 1,2,3,4,5,6,7,8 . Hos pattedyr er den molekylære sirkadiske klokken avhengig av den heterodimere transkripsjonsfaktoren CLOCK: BMAL1 9,10, som styrer uttrykket av kjerneklokkegenene kalt Periode (Per1, Per2 og Per3) og Cryptochrome (Cry1 og Cry2) for å starte en transkripsjonell tilbakemeldingssløyfe som er kritisk for genereringen av sirkadiske rytmer 9,11,12 . Den molekylære klokken regulerer også den rytmiske transkripsjonen av tusenvis av gener som styrer rytmisiteten til praktisk talt alle biologiske funksjoner13,14,15. Mer enn 50% av genomet hos pattedyr er rytmisk uttrykt i minst en vevstype 16,17,18, og vev som lever hos mus har omtrent 25%-30% av deres transkriptom uttrykt rytmisk18,19. Rytmisk genuttrykk er avgjørende for å aktivere viktige biologiske prosesser som cellesykluskontroll20, glukosehomeostase 21 og aminosyremetabolisme22 til rett tid på dagen for å øke organismens kondisjon.

I løpet av de siste tiårene har det vært økende bevis som tyder på at matinntaket kan fungere som et kraftig synkroniseringssignal for å innføre rytmer i genuttrykk i flere vev, inkludert leveren23,24. Det er viktig at fôring har vist seg å gi rytmer i leveren uavhengig av SCN eller av lys-mørk syklus25, og rytmisk fôring kan drive rytmisk genuttrykk uten å involvere molekylærklokken 26,27,28,29,30,31. Fôring begrenset til den inaktive perioden av mus (dagtid) inverterer ekspresjonsfasen til kjerneklokkegenene og av mange rytmiske gener31. Tidsbegrenset fôring (TRF), som er et ernæringsmessig inngrep der det daglige kaloriinntaket er begrenset til en periode på 8-10 timer, har vist seg å beskytte mot fedme, hyperinsulinemi, hepatisk steatose og metabolsk syndrom32,33. Alle de ovennevnte forsøkene som involverer manipulering av matinntaket krever at eksperimentøren benytter seg av effektive metoder for å levere mat til rett tid på dagen.

Ulike metoder for matlevering er utviklet, med flere fordeler og ulemper 29,34,35,36,37,38,39 (tabell 1). Noen automatiserte matere er designet for å fungere basert på en programvare som kontrollerer mengden, varigheten og tidspunktet for mattilgjengelighet mens du registrerer fôring og frivillig hjulløpsaktivitet hos mus34. Noen få andre metoder innebærer at mus blir plassert i forskjellige bur for forskjellige fôringsforhold, med eksperimentøren som manuelt legger til matpellets på forutsetningstiden38,39. Et annet system bruker et automatisert matersystem som styres av en datamaskin der et pneumatisk drevet skjold hindrer tilgang til mat og som kan styres enten med tidsintervaller eller masse mat35. Alle disse metodene krever enten bruk og oppsett av en datastyrt programvare som kan være kostbar og krever litt trening for riktig drift av instrumentet eller er arbeidskrevende fordi eksperimentøren må være til stede på bestemte tidspunkter for å manuelt endre fôringsforholdene. Datastyrte systemer kommer også med sin del av problemer, inkludert funksjonsfeil i spaker eller dører som slipper maten ut, matpellets som sitter fast i uttakene og programvarebrudd. Videre utgjør lyden som kan produseres under åpningen av dører eller spaker risikoen for å kondisjonere mus til å knytte disse til matlevering, og dermed kompromittere tolkningen av effekter av matmanipulasjon som strengt tatt på grunn av mattilgang eller på grunn av effekter på andre atferdsrytmer som søvn / våkne syklus. Det overordnede målet med denne studien var å utvikle et rimelig og effektivt system for å manipulere langsiktig rytmisk matinntak som ville bidra til å lindre mange av disse nevnte problemene. Først og fremst kan fôringsapparatet som ble utviklet og er beskrevet nedenfor, konstrueres til en svært minimal kostnad sammenlignet med de automatiserte maskinene (tabell 2) og krever ikke sofistikert opplæring for håndtering, drift og vedlikehold. For det andre produserer fôringssystemet bare en hvit bakgrunnsstøy og ingen høye lyder under matlevering, og forhindrer dermed Pavlovsk kondisjonering. Alt i alt er dette fôringssystemet økonomisk, mer tilgjengelig og pålitelig for forskere, samtidig som det er effektivt i manipulering av rytmisk matinntak.

Protocol

Alle dyreforsøkene brukes i samsvar med retningslinjene fastsatt av Institutional Animal Care and Use Committee of Texas A&M University (AUP #2022-0050). Både hann- og hunnmus C57BL/6 mus mellom 2-4 måneder brukes her. Prosedyren for å bygge fôringssystemet er beskrevet nedenfor, og råmaterialene som kreves for å bygge apparatet, er referert til i materialfortegnelsen.

1. Bygging av fôringssystemet

  1. Konstruksjon av en polyvinylklorid (PVC) base
    1. Anskaff fire stykker 0,25-tommers PVC-ark kuttet i henhold til følgende dimensjoner: 4.875 tommer x 4.5 tommer; 4.875 tommer x 2.125 tommer; 9,5 tommer x 2,125 tommer (to stykker). Bor fire hull i basen på 4,875 tommer x 4,5 tommer for å feste en 24-timers timer ved hjelp av målingene gitt i figur 1A. Lim de fire PVC-stykkene for å oppnå basen som i figur 1A.
  2. Feste timeren på PVC-basen
    1. Åpne timeren for å fjerne pluggen. Opprett en tilkobling ved hjelp av en standard skjøteledning / elektrisk ledning (figur 1B).
    2. Plasser timeren på PVC-basen for å justere den med hullene som er boret på basen i trinn 1.1.1. Bruk 1,5-tommers skruer for å feste timeren på PVC-basen. Forsikre deg om at timeren ligger flatt og er stabil på PVC-basen.
    3. Bor fire hull på toppen av timeren og fest 0,75-tommers skruer for å holde matbeholderen med åtte rom (figur 1B). Basen for systemet er komplett og ser ut som figur 1C.
      FORSIKTIG: Ikke bor hullene gjennom hele timeren.
  3. Cage oppsett
    1. Klipp et 4-tommers PVC-rør (utvendig diameter på 4,5 tommer) i en høyde på 3,125 tommer. Bor et hull på ca 0,5 tommer i bunnen av røret for å la den elektriske kabelen gjennom.
    2. Slip toppen av røret (f.eks. med en ruter eller et roterende verktøy) slik at hetten enkelt kan fjernes når du skifter matbeholder.
    3. Bruk et musebur med en bredde større enn 4,5 tommer og kutt et 4,5-tommers hull i bunnen av buret ved hjelp av en hullsag.
      MERK: Plasseringen av hullet avhenger av buroppsettet (f.eks. plassering av burtoppen og vannflasken, tillegg av et løpehjul, etc.).
  4. Oppsett av fôringsbeholder
    1. Lag en matdispenser ut av en 4-tommers smykkearrangør med åtte rom som vist i figur 1D. Klipp kanten på beholderen slik at den passer godt inn i røret.
    2. Bruk en 4-tommers PVC-rørhette og kutt et hull som tilsvarer størrelsen på et enkelt dispenserrom (f.eks. med et roterende verktøy) for å lage en åpning som bare eksponerer ett av de åtte rommene om gangen. Når timeren beveger seg, eksponerer åpningen et nytt rom hver 3. Komponentene i fôringssystemet er nå klare til bruk. Når alle merdene er satt, ligner det endelige oppsettet det som vises i figur 1E.
    3. Transport av mange matbeholdere om gangen kan være tungvint. For å lette lettere transport, ta tre stykker 0,25-tommers PVC-rør. Bor et 0,625-tommers hull i midten av to stykker og lim dem sammen. Bruk deretter et smalt 0,625-tommers PVC-rør som passer i hullet og gjennom midten av matkoppene for å stable matkopper for å lette transporten, som vist i figur 1F.
    4. Test tidtakerne før du introduserer musene ved å koble oppsettet til stikkontakter, plassere et stykke nestlet i ett rom på et registrert tidspunkt, og overvåke posisjonen til nestlet 12 timer senere for å sikre at timeren snur raskt.

2. Påføring av fôringssystemet

  1. Kontinuerlig måling av matinntak hos mus
    1. Overfør mus til forsøksrommet og akklimatisere dem til lys-mørk (LD) syklus satt i rommet i minst 1 uke, og i 2 uker hvis lys-mørk syklus skiftes med mer enn 3 timer. For dette eksperimentet samles data fra mannlige og kvinnelige C57BL/6-mus mellom 2-4 måneders alder utsatt for LD 12:12 (n = 7 hanner og 4 hunner).
    2. Registrer musens vekt før de individuelt oppbevares i matmerdene (vekter ble registrert kl. 15.00, dvs. på det tidspunktet matutskiftninger ble utført). Pass på at mus har ad libitum tilgang til vann og nok sengetøy og reir.
    3. Tilsett 1,5 g mat (rutinemessig brukt 45 mg støvfrie presisjonspellets) til alle åtte rommene i materkoppen. Plasser materkoppen på timeren. Sett deretter lokket på materkoppen slik at bare ett rom blir utsatt, og noter tidspunktet for matpresentasjon. Fire rom representerer nattpunkter og de fire andre representerer dagpunkter.
      MERK: På grunn av hamstringsadferd observert ved overflødig matpresentasjon, ble 1,5 g optimalisert som startmatvekt. Mus har en tendens til å hamstre pellets enten på toppen av lokket på matkoppen eller i sengetøyet i buret. Dette forvrenger dataene som fører til feiltolkning. Hannmus hamstrer ikke pellets når de mates med 1,5 g eller mindre per rom. Hunnene har en tendens til å hamstre mat mer enn hanner, men dette er musespesifikt og kan dempes hvis de gir 1 g pellet per rom.
    4. Bytt mat hver dag til samme tid og tell antall pellets som er igjen i hvert rom for å beregne mengden mat som forbrukes. Overvåk fôringsprofilen i en uke for å få en baseline fôringsprofil av mus fôret ad libitum.
    5. Basert på maten som forbrukes i hvert rom, beregner du gjennomsnittlig daglig matforbruk for hver mus (figur 2).
  2. Høyt fett diett (HFD) behandling
    MERK: Dette fôringssystemet kan også brukes til å studere effekten av HFD på metabolske sykdommer og til slutt brukes til tidsbegrensede fôringsplaner. HFD er ikke kommersielt tilgjengelig som nøyaktig størrelse og vekt pellets, og pellets for fôring er vanligvis anskaffet som 0,5-tommers pellets.
    1. Plasser HFD-pellets på en ren overflate eller gjennomsiktig film og kutt dem i 6-7 mindre biter av jevn størrelse ved hjelp av et barberblad. Skjær pelletsene små nok slik at de ligner vanlige chow-pellets som brukt i pkt. 2.1 ovenfor.
      MERK: Mus har en tendens til å hamstre større pellets i burene sine, noe som fører til feilberegning av konsumert mat.
    2. Vei ut 1,5 g kuttede HFD-biter og sett i hvert av de 8 matrommene. For matutskifting annenhver dag er 1,5 g HFD per rom tilstrekkelig.
    3. Bytt mat hver dag eller annenhver dag i henhold til eksperimentelle behov og registrer vekten av maten som er igjen.
    4. Beregn mengden mat som forbrukes ved å trekke gjenværende vekt av mat fra den opprinnelige mengden mat gitt. Gjenta denne prosessen over en periode på 1 uke for å oppnå en baseline av HFD-matinntak (figur 2).
  3. Akklimatisering av hannmus til en nattbegrenset (NR) diett
    1. Følg trinn 2.1.1-2.1.4 for å få en grunnlinje for ad libitum-fôring . For dette eksperimentet samles data fra hannmus C57BL/6 mus mellom 2-4 måneder eksponert for LD 12:12 (n = 18 hanner).
    2. Etter 3-7 dager med ad libitum diett, sett musene på en overgangsdiett ved gradvis å redusere antall pellets i dagrommene. For å gjøre dette, ha fem pellets per rom på dag 1 av overgangen (0,225 g per rom), 3 pellets på dag 2 (0,135 g per rom), 1 pellet på dag 3 (0,045 g per rom), og ingen deretter for å fullstendig overføre musene på en nattbegrenset diett.
      MERK: Forsikre deg om at mus ikke er kaloribegrenset. Gjennomsnittlig det daglige matforbruket av mus per rom basert på ad libitum-grunnlinjen og gi dem samme mengde mat, fordel det bare over fire-natt-kupéene.
    3. Fortsett å overvåke matinntaket i 2 uker etter at musene har tilpasset seg det nattbegrensede regimet. I løpet av denne perioden justerer du mengden mat gitt til hver mus for å passe bedre til det totale matforbruket (figur 3A). Tilsett vanligvis matpellets (1 pellet for hvert av de fire nattrommene) når mus spiser all maten i to påfølgende netter.
    4. Vei musene på slutten av 2-ukers perioden for å overvåke eventuelle vektendringer på grunn av fôringsregimet. På slutten av denne perioden, bedøv musene med isofluran og avlive dem ved halshugging. Samle vev og analyser dem for daglige endringer på grunn av fôringsparadigmet.
  4. Akklimatisering av hannmus til et arytmisk (AR) kosthold
    1. Følg trinn 2.1.1-2.1.4 for å få en grunnlinje for ad libitum-fôring . For dette eksperimentet samles data fra hannmus C57BL/6 mus mellom 2-4 måneder eksponert for LD 12:12 (n = 18 hanner).
    2. Etter en uke med ad libitum diett, beregne gjennomsnittlig matforbruk per dag og del dette tallet med 8 for å oppnå mengden mat som skal leveres i hvert rom. Oppnå AR-fôring ved å sikre at mus får like mye mat i alle åtte rom i løpet av dagen.
    3. Deretter setter musene på en overgangsdiett ved gradvis å redusere, over 3-5 dager, mengden mat gitt per rom for til slutt å avskaffe enhver rytme av matinntak (som vist i figur 3B). Når du er på en AR-diett, må du sørge for at musene har tilgang til 1/8 av sitt daglige matinntak i hvert av de åtte rommene, og dermed mattilgang hver 3. Sørg for at mus ikke er kaloribegrenset.
    4. Oppretthold musene på AR-diett i 2 uker eller mer (figur 3B).
    5. Under AR-dietten, juster maten hver dag for å sikre at mus bare etterlater noen få pellets bak (vanligvis mindre enn 5). Dette sikrer at mus får akkurat den rette mengden mat og ikke er kaloribegrenset. Gjør justeringer ved å redusere eller tilsette pellets i enten alle de åtte rommene eller ved å redusere eller tilsette pellets i to motsatte rom, for ikke å indusere noen rytmer av matinntak.
      MERK: Mus matet under en AR-diett forlater mat nesten utelukkende mellom ZT3 og ZT9 (mellom 3 timer og 9 timer etter lys på), men er sultne om natten og biter matdispenseren for å få tilgang til neste rom. Likevel er AR-matede mus ikke kaloribegrenset, og får faktisk mer vekt enn NR-matede mus over tid.
    6. Vei musene på slutten av 2-ukers perioden for å overvåke eventuelle vektendringer på grunn av fôringsregimet. På slutten av denne perioden, bedøv musene med isofluran og avlive dem ved halshugging. Samle vev og analyser dem for daglige endringer på grunn av fôringsparadigmet.

Representative Results

Fôringssystemet beskrevet ovenfor kan brukes til langvarig manipulering av rytmisk matinntak hos mus. Dette systemet eksponerer i hovedsak et nytt matrom til musen hver 3. time, slik at forskeren spesifikt kan manipulere mat i hvert rom. En søknad var å analysere profilen på matinntaket over 24 timers perioden. Dataene indikerer at WT-mus som får normal chow ad libitum spiser omtrent 75 % av maten om natten (figur 2A). Videre skjer det meste av maten spist i løpet av dagen innen 3 timer før lyset av.

Mus som fikk HFD ad libitum spiste mer mat de første 2 dagene av eksponeringen, sannsynligvis på grunn av nyheten om HFD (figur 2A). Etter 2 dager forble HFD-inntaket rytmisk, men med redusert amplitude sammenlignet med ved tilførsel av normal chow ad libitum. Mens både mannlige og kvinnelige WT-mus ble matet HFD, ble det funnet at kvinnelige mus hamstret en stor mengde mat på lokket på fôringsapparatet og i buret, mens menn ikke viste noen merkbar hamstring. Som nevnt ovenfor kan hamstring av mat føre til feilberegning av matforbruk og føre til feiltolkning av data. I tillegg biter hunnmus oftere i plastfelgene på matkoppene, spesielt i nattrommene. Hannmus viste signifikant vektøkning etter 1 uke med ad libitum normal chow og etter 1 uke med HFD (figur 2E). En lignende trend ble observert hos hunnmus, men nådde ikke signifikante p-verdier, sannsynligvis delvis på grunn av det lavere antallet hunner som ble brukt sammenlignet med hanner.

Mus som gikk over til en NR-diett spiser sine daglige totale kalorier bare om natten, uten en signifikant reduksjon i kaloriinntaket de første 3-5 ukene (figur 3A). Lengre eksponering for NR-tidsplanen reduserer det daglige gjennomsnittlige kaloriinntaket med 10% -15% sammenlignet med mus matet ad libitum, som beskrevet andre steder34. Mus gikk over til et AR-diett konsumerte sine daglige totale kalorier i like store mengder gjennom dagen, noe som førte til en dramatisk demping av den daglige rytmen av matinntaket (figur 3B). Når det gjelder NR-fôringsplanen, påvirkes det daglige gjennomsnittet av kaloriinntaket ikke av AR-fôringsplanen for de første 3-5 ukene av eksponering, men avtar med lengre eksponering. Mus viste vektøkning etter NR (figur 3C) og AR tidsplaner (figur 3C).

Figure 1
Figur 1: Design og konstruksjon av fôringsapparatsystemet. (A) Dimensjonene til PVC-basen for fôringssystemet, og beskrivelse av hvor hull må lages for å feste timeren. (B) En 24 timers timer før og etter gjenbruk av ledningen og boring med skruer for plassering av matkoppen. (C) Den monterte grå basen og timeren sammen med et 4-tommers PVC-rør. (D) Matkoppen med åtte rom etter trimming av ytterkanter. (E) Det endelige oppsettet av bur med matkoppen dekket med en 4-tommers hette slik at bare ett rom er tilgjengelig om gangen. (F) Transport av flere matkopper under et eksperiment. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Fôringsprofiler under ulike kostholdsregimer. (A) Fôringsprofilen til WT-hannmus som fikk ad libitum med normal chow (NC) i 7 dager og fettrik diett (HFD) i ytterligere 7 dager. Fargede linjer representerer individuelle museprofiler (n = 7) og den svarte linjen indikerer gjennomsnittlig ± SEM på syv mus. (B) Den fettrike dietten før og etter skiver. (C) Det daglige gjennomsnittet av matinntak hver 3. time ± SEM (n = 7). Gjennomsnittet ble beregnet for de siste 5 dagene av enten NC eller HFD fôringsplan. (D) Gjennomsnittet (venstre) og prosentandelen (høyre) av matinntaket i løpet av dagen og natten for mus som er fôret med NC eller HFD. Verdiene representerer gjennomsnittet av syv mus ± SEM og ble beregnet ved hjelp av matinntaksdata i løpet av de siste 5 dagene av enten NC- eller HFD-fôringsplaner. * p < 0,05 mellom de to gruppene (paret t-test). (E) Den gjennomsnittlige kroppsvekten til mus brukt i forsøket etter 1 uke med NC og 1 uke med HFD. Dataene for menn (venstre) og kvinner (høyre) er vist med * p < 0,05 mellom de to gruppene (paret t-test). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 3
Figur 3: Manipulering av døgnrytmen i matinntaket. (A) Fôringsprofilen til WT-hannmus fôret med normal chow ad libitum i 2 dager, gikk over til et nattbegrenset (NR) fôringsregime i 3 dager, og opprettholdt under NR-fôring i 8 netter. De fargede linjene representerer individuelle museprofiler (n = 18) og den svarte linjen indikerer gjennomsnittlig ± SEM på 18 mus. Den grå stjernen indikerer funksjonsfeil i tidtakeren for den musen på den ene dagen der timeren sluttet å snu. (B) Fôringsprofil for hannmus som ble fôret med normal chow ad libitum i 2 dager, gikk over til et arytmisk (AR) fôringsregime i 1 dag og opprettholdt under AR-fôring i 8 netter. De fargede linjene representerer individuelle museprofiler (n = 18) og den svarte linjen indikerer gjennomsnittlig ± SEM for de 18 musene. (C) Den gjennomsnittlige kroppsvekten til mus som ble brukt i forsøket etter 2 ukers eksponering for NR og AR dietter. Data vises med * p < 0,05 mellom de to gruppene (paret t-test). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Tabell 1: Fordeler og ulemper ved eksisterende fôringssystemer. En tabell som fremhever forskjellige fôringssystemer som brukes til manipulering av matinntak, med en kort beskrivelse av fordeler og ulemper ved hvert system. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 2: Materialkostnader som kreves for å konstruere fôringssystemet. En tabell som viser kostnadene for varer som kreves for bygging av fôringssystemet beskrevet i dette papiret sammen med et estimat av byggekostnadene per merd. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Discussion

Omfattende forskning har blitt utført de siste tiårene på manipulering av fôringsrytmer og deres effekt på fysiologi. Konstruksjonen og utnyttelsen av fôringssystemet beskrevet her kan brukes som en effektiv metode for å manipulere matinntaket. Protokollen benytter en felles 24-timers timer og en matkopp designet som en åtte-roms arrangør som nøkkelkomponenter i systemet. Merdene kan enkelt konstrueres ved hjelp av noen få lett tilgjengelige verktøy, og håndteringen av systemet er brukervennlig. Noen av de viktigste aspektene ved protokollen for å tilpasse systemet for å manipulere rytmisk matinntak inkluderer daglig bytte av matkopper siden timeren svinger over en 24-timers periode, manuell telling eller veiing av gjenværende mat og daglig justering av antall pellets for AR-fôring. Vanligvis ses plastspon når mus er sultne og ikke får tilstrekkelig mat. Dette problemet kan løses ved å legge til noen flere matpellets som overholder fôringsregimet til ingen plastspon blir sett. Når det gjelder AR-fôring, der daglig mat må justeres, bør det utvises forsiktighet for ikke å indusere rytmen i matinntaket (figur 3B). Derfor er det å foretrekke å enten legge til eller trekke pellets i motsatte rom gjennom hele for å holde mus arytmisk matet.

Dette systemet kan forbedres ytterligere ved å belegge matkoppene med et lag epoksy for å forhindre at musene biter plasten, og dermed bidra til å forlenge levetiden til matkoppene. Overflaten på timeren for plassering av matkoppen kan også modifiseres for å hjelpe matkoppen til å sitte flatt og stabilt på timeren. Dette kan forhindre utilsiktet stopp av timeren forårsaket av en ujevnt plassert timer. Noen av burkomponentene, for eksempel matkopper, kan også 3D-printes for å redusere kostnadene og skreddersys etter forskerens smak. Dette kan inkludere matkopper med mer enn åtte rom, noe som kan gi en bedre tidsoppløsning enn det nåværende 3-timersvinduet.

Selv om det er veldig effektivt, har dette systemet noen begrensninger, for eksempel å være arbeidsintensivt, med forskeren som fortsatt trenger å bytte matkopper hver 24. time og kreve at de manuelt teller / veier den gjenværende maten. I tillegg må tidtakerne overvåkes fra tid til annen for å identifisere potensielle problemer og / eller hvis de sluttet å fungere. Dette kan oppnås ved å telle matpellets som er igjen etter fôring (f.eks. ved å bestemme om noen mus spiste mat bare i noen få rom og lot noen rom være urørt). En annen begrensning av dette systemet er at det kanskje ikke fungerer så bra med kvinnelige mus, siden de få forsøkene som ble utført med kvinner viste at de pleier å hamstre mat og tygge plasten mer enn hannmus.

Likevel er dette fôringssystemet svært effektivt for å manipulere matinntaket, er enkelt å konstruere, betjene, vedlikeholde og er billig sammenlignet med de dyre automatiserte matere som finnes i markedet. Den kan enkelt tilpasses og modifiseres for å passe forskerens krav og trenger ingen spesiell opplæring for å betjene systemet. Det er viktig at timere bare produserer en lav mengde konstant hvit støy, noe som forhindrer mus i å knytte lyd til mattilgjengelighet.

Oppsummert beskriver dette papiret et innovativt fôringssystem som kan brukes til å overvåke daglig matforbruk hos mus og kan tilpasses for å mate mus på forskjellige paradigmer som tidsbegrenset fôring, arytmisk fôring og fôring på fettfattig diett. Dette systemet legger til listen over verktøy som kan brukes til å løse viktige spørsmål innen rytmisk matinntak og dens effekt på fysiologi.

Disclosures

Alle forfatterne erklærer at de ikke har noen interessekonflikter.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble økonomisk støttet av tilskuddet R01DK128133 fra NIH / NIDDK (til JSM) og oppstartsmidler fra Texas A &M University.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
#6 x 0.75 inch Phillips Pan Head Stainless Steel Sheet Metal Screw (50-Pack) Everbilt #800172
#8 x 1.5 inch Phillips Pan Head Zinc Plated Sheet Metal Screw (100-Pack) Everbilt  #801622
0.25 inch gray PVC sheet (24 inch x 48 inch) USPlastic #45088
4 inch PVC pipe (10 ft) Home Depot #531103
45 mg dustless precision pellets Bio-Serv #F0165
6 ft. Extension Cord HDX HD#145-017
Food container (eight-compartment jewelry organizer)  JewelrySupply #PB8301
Indoor Basic Timer General Electric #15119
Oatey 4 inch ABS Pipe Test Cap with Knockout Home Depot #39103D
Rodent Diet with 45 kcal% fat (with red dye) Research Diets #D12451

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Boothroyd, C. E., Wijnen, H., Naef, F., Saez, L., Young, M. W. Integration of light and temperature in the regulation of circadian gene expression in Drosophila. PLoS Genetics. 3 (4), 0492-0507 (2007).
  2. Brown, S. A., Zumbrunn, G., Fleury-Olela, F., Preitner, N., Schibler, U. Rhythms of mammalian body temperature can sustain peripheral circadian clocks. Current Biology. 12 (18), 1574-1583 (2002).
  3. Buhr, E. D., Yoo, S. H., Takahashi, J. S. Temperature as a universal resetting cue for mammalian circadian oscillators. Science. 330 (6002), 379-385 (2010).
  4. Kawamoto, T., et al. Effects of fasting and re-feeding on the expression of Dec, Per1, and other clock-related genes. Journal of Biochemistry. 140 (3), 401-408 (2006).
  5. Lamia, K. A., Storch, K. F., Weitz, C. J. Physiological significance of a peripheral tissue circadian clock. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 105 (39), 15172-15177 (2008).
  6. Oosterman, J. E., Kalsbeek, A., La Fleur, S. E., Belsham, D. D. Impact of nutrients on circadian rhythmicity. American Journal of Physiology - Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 308 (5), 337-350 (2015).
  7. Pitts, S. N., Perone, E., Silver, R. Food-entrained circadian rhythms are sustained in arrhythmic Clk/Clk mutant mice. American Journal of Physiology - Regulatory Integrative and Comparative Physiology. 285, 57-67 (2003).
  8. Sheward, W. J., et al. Entrainment to feeding but not to light: Circadian phenotype of VPAC 2 receptor-null mice. Journal of Neuroscience. 27 (16), 4351-4358 (2007).
  9. Gekakis, N., et al. Role of the CLOCK protein in the mammalian circadian mechanism. Science. 280 (5369), 1564-1569 (1998).
  10. King, D. P., et al. Positional cloning of the mouse circadian Clock gene. Cell. 89 (4), 641-653 (1997).
  11. Kume, K., et al. mCRY1 and mCRY2 are essential components of the negative limb of the circadian clock feedback loop. Cell. 98 (2), 193-205 (1999).
  12. Shearman, L. P., et al. Interacting molecular loops in the mammalian circadian clock. Science. 288 (5468), 1013-1019 (2000).
  13. Beytebiere, J. R., et al. Tissue-specific BMAL1 cistromes reveal that rhythmic transcription is associated with rhythmic enhancer-enhancer interactions. Genes and Development. 33 (5-6), 294-309 (2019).
  14. Menet, J. S., Pescatore, S., Rosbash, M. CLOCK: BMAL1 is a pioneer- like transcription factor. Genes and Development. 28 (1), 8-13 (2014).
  15. Koike, N., et al. Transcriptional architecture and chromatin landscape of the core circadian clock in mammals. Science. 338 (6105), 349-354 (2012).
  16. Mure, L. S., et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues. Science. 359 (6381), (2018).
  17. Ruben, M. D., et al. A database of tissue-specific rhythmically expressed human genes has potential applications in circadian medicine. Science Translational Medicine. 10 (458), 1-8 (2018).
  18. Zhang, R., Lahens, N. F., Ballance, H. I., Hughes, M. E., Hogenesch, J. B. A circadian gene expression atlas in mammals: Implications for biology and medicine. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (45), 16219-16224 (2014).
  19. Menet, J. S., Rodriguez, J., Abruzzi, K. C., Rosbash, M. Nascent-Seq reveals novel features of mouse circadian transcriptional regulation. eLife. 2012 (1), 1-25 (2012).
  20. Miller, B. H., et al. Circadian and CLOCK-controlled regulation of the mouse transcriptome and cell proliferation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (9), 3342-3347 (2007).
  21. Cailotto, C., et al. The suprachiasmatic nucleus controls the daily variation of plasma glucose via the autonomic output to the liver: Are the clock genes involved. European Journal of Neuroscience. 22 (10), 2531-2540 (2005).
  22. Eckel-Mahan, K. L., et al. Coordination of the transcriptome and metabolome by the circadian clock. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (14), 5541-5546 (2012).
  23. Damiola, F., et al. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes and Development. 14 (23), 2950-2961 (2000).
  24. Saini, C., et al. Real-time recording of circadian liver gene expression in freely moving mice reveals the phase-setting behavior of hepatocyte clocks. Genes and Development. 27 (13), 1526-1536 (2013).
  25. Stokkan, K. A., Yamazaki, S., Tei, H., Sakaki, Y., Menaker, M. Entrainment of the circadian clock in the liver by feeding. Science. 291 (5503), 490-493 (2001).
  26. Atger, F., et al. Circadian and feeding rhythms differentially affect rhythmic mRNA transcription and translation in mouse liver. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (47), 6579-6588 (2015).
  27. Greenwell, B. J., et al. Rhythmic food intake drives rhythmic gene expression more potently than the hepatic circadian clock in mice. Cell Reports. 27 (3), 649-657 (2019).
  28. Izumo, M., et al. Differential effects of light and feeding on circadian organization of peripheral clocks in a forebrain Bmal1 mutant. eLife. 3, 04617 (2014).
  29. Mange, F., et al. Diurnal regulation of RNA polymerase III transcription is under the control of both the feeding-fasting response and the circadian clock. Genome Research. 27 (6), 973-984 (2017).
  30. Van Der Veen, D. R., et al. Impact of behavior on central and peripheral circadian clocks in the common vole Microtus arvalis, a mammal with ultradian rhythms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (9), 3393-3398 (2006).
  31. Vollmers, C., et al. Time of feeding and the intrinsic circadian clock drive rhythms in hepatic gene expression. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106 (50), 21453-21458 (2009).
  32. Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. Time-Restricted feeding prevents obesity and metabolic syndrome in mice lacking a circadian clock. Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).
  33. Hatori, M., et al. Time-restricted feeding without reducing caloric intake prevents metabolic diseases in mice fed a high-fat diet. Cell Metabolism. 15 (6), 848-860 (2012).
  34. Acosta-Rodríguez, V. A., de Groot, M. H. M., Rijo-Ferreira, F., Green, C. B., Takahashi, J. S. Mice under caloric restriction self-impose a temporal restriction of food intake as revealed by an automated feeder system. Cell Metabolism. 26 (1), 267-277 (2017).
  35. Chung, H., et al. Time-restricted feeding improves insulin resistance and hepatic steatosis in a mouse model of postmenopausal obesity. Metabolism: Clinical and Experimental. 65 (12), 1743-1754 (2016).
  36. Sen, S., et al. Ultradian feeding in mice not only affects the peripheral clock in the liver, but also the master clock in the brain. Chronobiology International. 34 (1), 17-36 (2017).
  37. Xie, X., et al. Natural food intake patterns do not synchronize peripheral clocks. BMC Biology. 18 (160), 1-11 (2020).
  38. Swamy, S., et al. Circadian disruption of food availability significantly reduces reproductive success in mice. Hormones and Behavior. 105, 177-184 (2018).
  39. Xin, H., et al. Protocol for setup and circadian analysis of inverted feeding in mice. STAR Protocols. 2 (3), 100701 (2021).

Tags

Biologi utgave 190
Manipulering av rytmisk matinntak hos mus ved hjelp av et skreddersydd fôringssystem
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sahasrabudhe, A., Guy, C. R.,… More

Sahasrabudhe, A., Guy, C. R., Greenwell, B. J., Menet, J. S. Manipulation of Rhythmic Food Intake in Mice Using a Custom-Made Feeding System. J. Vis. Exp. (190), e64624, doi:10.3791/64624 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter