Registratie en analyse van circadiane ritmen bij Running-wheel activiteit in knaagdieren
Summary
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.
Abstract
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
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| 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) |
| Magnetic Switch | Mini Mitter | #130-0015-00 | (Bend, OR, USA) |
| C-50 Cable assembly | Mini Mitter | #060-0045-10 | (Bend, OR, USA) |
| Rat running wheel assembly | Mini Mitter | #640-0700-00 | (Bend, OR, USA) |
| Cage and tray support | Mini Mitter | #640-0400-00 | (Bend, OR, USA) |
| Useable cut away cage | Mini Mitter | #664-2154-00 | (Bend, OR, USA) |
| Grid floor for cage | Mini Mitter | #676-2154-00 | (Bend, OR, USA) |
| Waste tray | Mini Mitter | #684-2154-00 | (Bend, OR, USA) |
| Lamp housing | Microlites Scientific | #R-101 | (Toronto, ON, Canada) |
| 4W Fluorescent lamps | Microlites Scientific | #F4T5/CW | (Toronto, ON, Canada) |
| Isolation chambers | Custom built | 28″H x 20″W x 28″D ½” Black Melamine. |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ralph, M. R., Foster, R. G., Davis, F. C., Menaker, M. Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period. Science. 247, 975-978 (1990).
- 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).
- 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).
- Abe, M., et al. Circadian rhythms in isolated brain regions. J. Neurosci. 22, 350-356 (2002).
- Yamazaki, S., et al. Resetting central and peripheral circadian oscillators in transgenic rats. Science. 288, 682-685 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Boulos, Z., Terman, M. Food availability and daily biological rhythms. Neurosci. Biobehav. Rev. 4, 119-131 (1980).
- 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).
- Verwey, M., Amir, S. Food-entrainable circadian oscillators in the brain. Eur. J. Neurosci. 30, 1650-1657 (2009).
- 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).
- Hara, R., et al. Restricted feeding entrains liver clock without participation of the suprachiasmatic nucleus. Genes Cells. 6, 269-278 (2001).
- 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).
- Mrosovsky, N. Phase response curves for social entrainment. J. Comp. Physiol. A. 162, 35-46 (1988).
- Cain, S. W., et al. Reward and aversive stimuli produce similar nonphotic phase shifts. Behav. Neurosci. 118, 131-137 (2004).
- Antle, M. C., Mistlberger, R. E. Circadian clock resetting by sleep deprivation without exercise in the Syrian hamster. J. Neurosci. 20, 9326-9332 (2000).
- Banjanin, S., Mrosovsky, N. Preferences of mice, Mus musculus, for different types of running wheel. Lab Anim. 34, 313-318 (2000).
- 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).
- 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).
