הקלטה וניתוח של מקצבי יממה בריצת גלגל פעילות במכרסמים
Summary
מקצבי יממה בהתנדבות גלגל ריצת פעילות ביונקים הם מצמידים בחוזקה לתנודות המולקולריות של שעון ראשי במוח. ככזה, מקצבים יומיים אלה בהתנהגות יכולים לשמש כדי לחקור את ההשפעה של גורמים גנטיים, תרופתיים וסביבתיים על התפקוד של השעון הביולוגי הזה.
Abstract
כשמכרסמים יש גישה חופשיה לגלגל ריצה בכלוב ביתם, שימוש ברצון של גלגל זה יהיה תלוי בשעה ביום 1-5. מכרסמים ליליים, כולל חולדות, אוגרים ועכברים, הם פעילים בלילה ופעיל יחסית בשעתי היום. מדדים התנהגותיים ופיסיולוגיים רבים אחרים גם תערוכת מקצבים יומיים, אבל במכרסמים, פעילות גלגל הריצה משמשת כמדד אמין במיוחד ונוח של הפלט של השעון ראשי היממה, גרעין suprachiasmatic (SCN) של ההיפותלמוס. באופן כללי, בתהליך הנקרא היטמעות, הדפוס היומי של פעילות גלגל הריצה באופן טבעי ליישר עם המחזור הסביבתי אור הכהה (מחזור LD; למשל 12 שעות אור: 12 שעות כהות). עם זאת מקצבי יממה נוצרים endogenously דפוסי התנהגות שמפגינים ~ תקופה של 24 שעות, ולהתמיד בחשכה מתמדת. לפיכך, בהיעדר מחזור LD, ההקלטה והניתוח של פעילות ריצת גלגל יכוליםניתן להשתמש כדי לקבוע את הזמן של יום סובייקטיבי. בגלל מקצבים אלה בבימויו של שעון היממה בזמן של יום סובייקטיבית שמכונה זמן היממה (CT). לעומת זאת, כאשר מחזור LD הוא הווה, הזמן של היום שנקבע על ידי מחזור LD הסביבתי נקרא זמן zeitgeber (ZT).
למרות מקצבי יממה בפעילות הרצת גלגל מקושרים בדרך כלל לשעון SCN 6-8, מתנדים יממה באזורים רבים אחרים במוח והגוף 9-14 יכולים גם להיות מעורבים בוויסות של מקצב פעילות יומית. למשל, מקצבים יומיים בפעילות מזון של ציפייה אינם דורשים SCN 15,16 ובמקום זאת, מתואמים עם שינויים בפעילות של מתנדים-SCN נוסף 17-20. לכן, הקלטות פעילות גלגל הריצה יכולות לספק מידע התנהגותי חשוב לא רק על הפלט של שעון SCN האדון, אלא גם על פעילותם של מתנדים-SCN נוסף. להלן descrIBE הציוד ושיטות המשמשות להקלטה, לנתח ולהציג מקצב פעילות של תנועה ביממת מכרסמי מעבדה.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניטור מקצב פעילות יומי באמצעות גלגלי ריצה הוא שיטה הנפוצה ביותר והאמינה להערכת התפוקה של שעון היממה השנייה במכרסמים ליליים. פעילות גלגל ריצה, לעומת זאת, היא רק אחד מהיבטים רבים של התנהגות ופיזיולוגיה שניתן לנטר באופן רציף. למרות שהרוב המכריע של פעילות ריצת גלגל מתרח?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות פרסי שכר, מענקי ציוד והפעלת קרנות מFonds de la המשוכלל ונדיר en סנטה קוויבק (FRSQ), מכון קנדי לחקר בריאות (CIHR), מדעי הטבע והנדסת מועצת המחקר של קנדה (NSERC), ותכנית אוניברסיטת קונקורדיה מחקר הכיסאות (CRUC), כמו גם המשוב מתחשב בכתב היד הזה מד"ר ג'יין סטיוארט.
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).
