Yöntem makalesi

Kemirgenler Faaliyet teker Running kayıt ve Sirkadiyen Rhythms Analizi

DOI:

10.3791/50186

⸱

24 Ocak 2013

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

Bu makalede

Özet

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

Memelilerde istemli tekerlek çalıştırma aktivitesindeki sirkadiyen ritimler, beyindeki bir ana saatin moleküler salınımlarına sıkı sıkıya bağlıdır. Bu nedenle, davranıştaki bu günlük ritimler, genetik, farmakolojik ve çevresel faktörlerin bu sirkadiyen saatin işleyişi üzerindeki etkisini incelemek için kullanılabilir.

Özet

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

Kemirgenlerin ev kafeslerinde bir koşu tekerleğine serbestçe erişimi olduğunda, bu tekerleğin gönüllü kullanımı1-5. günün saatine bağlı olacaktır. Sıçanlar, hamsterlar ve fareler dahil olmak üzere gece kemirgenleri gece boyunca aktiftir ve gündüzleri nispeten aktif değildir. Diğer birçok davranışsal ve fizyolojik önlem de günlük ritimler sergiler, ancak kemirgenlerde, koşu tekerleği aktivitesi, hipotalamusun suprakiazmatik çekirdeği (SCN) olan ana sirkadiyen saatin çıktısının özellikle güvenilir ve uygun bir ölçüsü olarak hizmet eder. Genel olarak, sürüklenme adı verilen bir süreçle, koşu tekerleği aktivitesinin günlük modeli, çevresel aydınlık-karanlık döngüsü (LD döngüsü; örneğin 12 saat-aydınlık:12 saat-karanlık). Bununla birlikte, sirkadiyen ritimler, ~ 24 saatlik bir periyot sergileyen ve sürekli karanlıkta devam eden davranışta endojen olarak üretilen kalıplardır. Bu nedenle, bir LD döngüsünün yokluğunda, koşu tekerleği aktivitesinin kaydedilmesi ve analizi, günün öznel saatini belirlemek için kullanılabilir. Bu ritimler sirkadiyen saat tarafından yönlendirildiğinden, günün öznel saatine sirkadiyen zaman (CT) denir. Buna karşılık, bir LD döngüsü mevcut olduğunda, çevresel LD döngüsü tarafından belirlenen günün saatine zeitgeber zamanı (ZT) denir.

Koşu tekerleği aktivitesindeki sirkadiyen ritimler tipik olarak SCN saati6-8 ile bağlantılı olsa da, beynin ve vücudun9-14 diğer birçok bölgesindeki sirkadiyen osilatörler de günlük aktivite ritimlerinin düzenlenmesinde rol oynayabilir. Örneğin, gıda beklentisi aktivitesindeki günlük ritimler SCN15,16 gerektirmez ve bunun yerine ekstra SCN osilatörlerinin(17-20) aktivitesindeki değişikliklerle ilişkilidir. Bu nedenle, koşu tekerleği aktivite kayıtları, yalnızca ana SCN saatinin çıktısı hakkında değil, aynı zamanda ekstra SCN osilatörlerinin aktivitesi hakkında da önemli davranışsal bilgiler sağlayabilir. Aşağıda, laboratuvar kemirgenlerinde sirkadiyen lokomotor aktivite ritimlerini kaydetmek, analiz etmek ve görüntülemek için kullanılan ekipman ve yöntemleri açıklıyoruz.

Protokol

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

1. Hayvan Barınağı

  1. Kafes: Tek bir kemirgenin koşu tekerleği aktivitesini kaydetmek için, her kafes tek bir kemirgen ve koşu tekerleği barındırmalıdır. Koşu tekerlekleri bir zenginleştirme biçimi olarak kabul edilebildiğinden, herhangi bir çalışmadaki tüm kemirgenlerin koşu tekerleğine benzer erişimi olmalıdır.
  2. Yatak değişiklikleri: Hayvanların taşınmasının yanı sıra kafeslerdeki veya yatak takımlarındaki değişikliklerin tümü sirkadiyen ritimler21-23 üzerinde fotik olmayan etkilere sahip olabilir, bu nedenle ağ döşemeli kafesler idealdir çünkü hayvanla teması en aza indirirler. Böyle bir tepsi sisteminin mevcudiyetine rağmen, bir deneyin kritik aşamaları sırasında yatak değişikliklerinden kaçınılmalıdır. Alternatifler arasında, daha seyrek kafes değişikliklerine izin verecek daha uzun ömürlü yatak takımları kullanmak veya sözde rastgele bir programda kafesleri değiştirmek yer alır.
  3. İzolasyon Kutuları: Kafesler, ses yalıtımlı, ışık kontrollü ve iyi havalandırılan izolasyon kutularında tutulmalıdır. İzolasyon kutularının boyutuna ve konfigürasyonuna bağlı olarak, her bir kutu içindeki kafes sayısı tipik olarak 1-8 arasında değişecektir. Tek bir izolasyon kutusunda birden fazla kafesi barındırırken, diğer hayvanlardan gelen çeşitli koku ve seslerin, bireysel hayvanların sirkadiyen davranışları üzerinde kafa karıştırıcı etkileri olabileceğinin farkında olunmalıdır. Bu sorunlardan kaçınmak için, izolasyon kutusu başına bir kafes barındırmaya çalışılmalıdır.
  4. Havalandırma: Kutuları kemirgenler için rahat bir ev ortamı haline getirmek için yeterli hava akışı şarttır. Her kutudaki fan, kutunun dışından gelen ışığın içeriye ulaşmasını önlemek için davlumbazlı olmalıdır. Ayrıca, fanlar tipik olarak kutudaki havayı çıkaracak ve odaya üfleyecektir. Küçük ışık geçirmez havalandırma delikleri, havanın izolasyon kutularına birkaç noktadan girmesine izin verir ve rahatsız edici esintilerin önlenmesine yardımcı olur. Yeterli havalandırma olduğunu doğrulamak için, izolasyon kutusunun içindeki sıcaklık (ışıklar açıkken birkaç saat kapalı kaldığında), bulunduğu odadaki sıcaklıkla hemen hemen aynı olmalıdır.
  5. Aydınlatma: Çevresel ışık şiddeti tüm kafeslerde aynı olmalıdır. Her kafesin üzerinde benzer bir yere tek bir ışık yerleştirin ve her zaman aynı marka/tipte ampul kullanın. Kafes seviyesinde orta yoğunlukta aydınlatma (100-300 lux) kullanın. Kendi başına sirkadiyen sistemden ziyade ışığa atfedilebilen davranışta doğrudan değişiklikler üretme olasılığı daha yüksek olan aşırı yüksek aydınlatma seviyelerinden kaçının (örn. maskeleme).
  6. Karanlık/Loş kırmızı aydınlatma: Karanlıkta (örn. sürekli karanlıkta veya gecede) hayvanlarla uğraşmak veya tedavi etmek gerekiyorsa, gece görüş gözlüğü kullanılmalıdır. Alternatif olarak, sirkadiyen sistem kırmızı dalga boylarına nispeten duyarsız olduğundan, loş kırmızı aydınlatma kullanılabilir. Kullandığınız özel kırmızı ışık, koşu tekerleği aktivitesini değiştirmediğinden (örn. maskeleme) veya sirkadiyen saati ayarlamadığından (örn. bir faz kayması oluşturmadığından) emin olmak için test edilmelidir.

2. Veri toplama (bkz. Şekil 1 - Vitalview donanım yapılandırması)

  1. Koşu tekerlekleri: Koşu tekerleğinin çapı ve ergonomisi kullanım miktarınıdeğiştirecektir 24. Bu nedenle, fareler için daha küçük ve daha hafif tekerlekler ve sıçanlar için daha büyük daha ağır tekerlekler kullanın. Tekerlekleri yıkarken ve yeniden takarken, tekerleklerin engelsiz dönebildiğinden, "sallanmadığından" ve kayıt mikro anahtarlarının tekerleğin her dönüşünde etkinleştirildiğinden emin olun.
  2. Mikro anahtarlar: Koşu tekerleğinin her dönüşü manyetik veya mekanik bir mikro anahtarı etkinleştirmelidir. Mikro anahtardan gelen bilgiler tek bir kanal üzerinden iletilir ve verileri zaman içinde (örneğin her 2, 5, 6 veya 10 dakikada bir) depolayabilen bir bilgisayar tarafından kaydedilir.
  3. Bilgisayar donanımı: Koşu tekerleği kayıtlarımız, Mini Mitter (http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm) tarafından geliştirilen bir donanım ve yazılım platformu olan Vitalview ile yapılmaktadır. Ancak Actimetrics tarafından geliştirilen ClockLab gibi başka kayıt platformları da var (http://www.actimetrics.com/ClockLab/). Her iki platform da birçok tek kanallı kaynaktan (örneğin, tek bir çalışan tekerlek tarafından etkinleştirilen tek bir mikro anahtar) gelen verileri tek bir bilgisayar dosyasında bir araya getirir. Tek tek kanallardan gelen veriler daha sonra ayrı ayrı grafiklendirilebilir ve analiz edilebilir.

3. Veri Kayıtları

  1. Dosyalar: Yukarıda belirtilen yazılım platformları, her koşu tekerleği kaydı için ayrı dosyalar oluşturulacak şekilde tek kanalları ayırmak için kullanılabilir. Bu tür veriler en iyi şekilde, tümü periodogram ve aktogram üretebilen Actiview (Minimitter, Bend, OR), Circadia veya Clocklab (Actimetrics, Wilmette, IL) gibi özel olarak tasarlanmış programlarla görselleştirilir ve grafiklendirilir. Bununla birlikte, tek kanallı dosyalar Excel (Microsoft, Redmond, WA) gibi genel elektronik tablo programları kullanılarak da açılabilir ve analiz edilebilir.
  2. Sirkadiyen Zamanın (CT) Hesaplanması: CT 12, tanımı gereği, gece kemirgenlerinde koşu tekerleği aktivitesinin başlangıcıdır. 24 saatlik güne paralel olarak, konvansiyonel olarak, bir sirkadiyen gün 24 sirkadiyen saate bölünür. Buna göre, duvar saati ile ölçüldüğü gibi sirkadiyen serbest çalışma periyodu 24 saat 30 dakika ise, CT 0, CT12'den yaklaşık 12 saat 15 dakika sonra gerçekleşecektir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bilgisayar programları: Özel bilgisayar programları tipik olarak aktogramların oluşturulmasında ve sirkadiyen dönemin hesaplanmasında kullanılır. Bu programlar Actiview (Minimitter, Bend, OR) ve Circadia'yı içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir.
  2. Aktogramlar: Aktogramlar, koşu tekerleği aktivitesinin günlük kalıplarının grafiksel bir gösterimini sağlar. Tek çizilmiş (x ekseni = 24 saat) ve çift çizilmiş (x ekseni = 48 saat) aktogramlar vardır. Her iki yöntem de yukarıdan aşağıya sıralı gü...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Çalışan tekerlekleri kullanarak günlük aktivite ritimlerini izlemek, gece kemirgenlerinde ana sirkadiyen saatin çıktısını değerlendirmek için en yaygın kullanılan ve güvenilir yöntemdir. Bununla birlikte, tekerlek çalıştırma aktivitesi, davranış ve fizyolojinin sürekli olarak izlenebilen birçok yönünden yalnızca biridir. Koşu tekerleği aktivitesinin büyük çoğunluğu gece meydana gelse de, toplam uyanıklığın %30'undan fazlası gündüzsaatlerinde gerçekleşir 25,26. Genel aktivite, yiyecek kutusu yaklaşımları, içme,...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Herhangi bir çıkar çatışması beyan edilmemiştir.

Teşekkürler

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

Yazarlar, Fonds de la recherche en santé Québec (FRSQ), Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüleri (CIHR), Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) ve Concordia Üniversitesi Araştırma Koltukları Programı'ndan (CRUC) maaş ödülleri, ekipman hibeleri ve işletme fonlarının yanı sıra Dr. Jane Stewart'ın bu el yazması hakkındaki düşünceli geri bildirimlerine teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Vitalview Kartı & YazılımMini Mönye# 855-0030-00(Bükme, VEYA, ABD)
DP24 Veri Bağlantı NoktasıMini Gönye# 840-0024-00(Bükme, VEYA, ABD)
QA4 Modülü Mini Gönye# 130-0050-00(Bükme, VEYA, ABD)
Manyetik AnahtarMini Gönye# 130-0015-00(Bükme, VEYA, ABD)
C-50 Kablo montajıMini Gönye# 060-0045-10(Bükme, VEYA, ABD)
Sıçan koşu tekerleği tertibatıMini Gönye# 640-0700-00(Viraj, VEYA, ABD)
Kafes ve tepsi desteğiMini Gönye# 640-0400-00(Bük, VEYA, ABD)
Kullanılabilir kesme kafesiMini Gönye# 664-2154-00(Bük, VEYA, ABD)
Gönyeızgara zemini# 676-2154-00(Bük, VEYA, ABD)
Atık tepsisiMini Gönye# 684-2154-00(Bend, OR, ABD)
Lamba muhafazasıMicrolites Scientific#R-101(Toronto, ON, Kanada)
4W Floresan lambalarMicrolites Scientific#F4T5 / CW(Toronto, ON, Kanada)
İzolasyon odalarıÖzel yapım28 "Y x 20" G x 28 "D & # 189; " Siyah Melamin.
Kafes Mini için

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Kemirgen DavranI k Karanl k D ng sSabit Karanl kAktogram AnaliziPeriodogram AnaliziSuprakiyazmatik ekirdekZeitgeber ZamanSirkadyen Zaman

İlgili makaleler