Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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

1. שיכון בעלי חיים

  1. קייג': על מנת להקליט את פעילות הרצת ההגה של מכרסם פרט, כל כלוב צריך לשכן מכרסם יחיד והרצת גלגל. מכיוון שניתן נחשבים לסוג של העשרת גלגלי ריצה, כל המכרסמים בכל מחקר צריכים להיות גישה דומה לגלגל ריצה.
  2. שינויי מצעים: טיפול בבעלי חיים, כמו גם שינויים בכלובים או מצעים יכולים כולם יש השפעות חד photic על מקצבי יממה 21-23, ולכן, כלובים עם רשת ריצוף הם אידיאליים כי הם להפחית את המגע עם בעלי החיים. על אף הזמינות של מגש מערכת כזו, שינויי מצעים יש להימנע בשלבים קריטיים של ניסוי. חלופות כוללות משתמשות במצעי קיימא-ארוך יותר, שייאפשרו לשינויי כלוב נדירים יותר, או כלובים המשתנים על לוח זמנים של פסאודו אקראי.
  3. קופסות בידוד: כלובים צריכים להישמר בקופסות הבידוד שהקול נחלש, אור שיתוףntrolled, ומאוורר היטב. בהתאם לגודל והתצורה של תיבות הבידוד, מספר הכלובים בתוך כל תיבה יהיה בדרך כלל נע 1-8. כשמאכסן את הכלובים מרובים בתיבת בידוד יחידה, אחד צריך להיות מודע לכך שריחות וצלילים שונים המגיעים מבעלי חיים אחרים יכולים להיות השפעה מבלבלת על התנהגות היממה של בעלי חיים בודדים. כדי להימנע מבעיות אלה, צריך לנסות כדי לשכן כלוב אחד לכל תיבת בידוד.
  4. אוורור: זרימת אוויר נאותה היא הכרחית כדי להפוך את תיבות סביבת בית נוחה למכרסמים. האוהד בכל תיבה צריך להיות מכוסה, כדי למנוע מאור מחוץ לקופסה מלהגיע פנימה. כמו כן, אוהדים יהיו בדרך כלל להסיר את האוויר מהתיבה ולפוצץ אותו לתוך החדר. פתחי אור קטנים הדוקים מאפשרים לאוויר להיכנס בתיבות הבידוד ממספר נקודות, ולעזור כדי למנוע רוחות לא נוחות. כדי לוודא כי קיים אוורור מתאים, הטמפרטורה בתוך תיבת הבידוד (כשסגור לכמה שעות, עם האורות הדולקים) צריך להיות כמעט זהה לטמפרטורה בחדר שבו הוא שוכן.
  5. תאורה: עוצמת אור סביבתית צריכה להיות זהה בכל הכלובים. סידור אור יחיד במיקום דומה מעל כל כלוב, ותמיד להשתמש באותו המותג / סוג של נורה. השתמש בתאורה בעצימות בינונית (100-300 לוקס) ברמת כלוב. הימנע מרמות תאורה גבוהות מדי, שיש סיכוי גבוהים יותר כדי לייצר שינויים ישירות על התנהגות מיוחסים לאור ולא במערכת הביולוגית, כשלעצמה (למשל מיסוך).
  6. חושך / תאורה אדומה עמומה: אם יש צורך לטפל או לטפל בבעלי חיים בחושך (למשל בחושך קבוע או לילה), משקפי ראיית הלילה אמורים לשמש. לחלופין, משום שהמערכת הביולוגית היא רגישה יחסית לאורכי גל אדום-, תאורה אדומה עמומה ניתן להשתמש. האור האדום הספציפי שאתה משתמש בה צריך להיבדק כדי לוודא שאינו Alteפעילות r הרצת גלגל (מיסוך למשל) או להתאים את שעון היממה (למשל לייצר פאזה).

2. איסוף נתונים (ראה איור 1 - תצורת חומרת Vitalview)

  1. ריצת גלגלים: הקוטר והנדסת האנוש של גלגל הריצה יהיה לשנות את כמות השימוש 24. לפיכך, שימוש בגלגלים קטנים וקלים לעכברים, וגלגלים כבדים יותר גדולים לחולדות. בעת שטיפה והתקנה מחדש גלגלים, לוודא שהגלגלים יכולים להסתובב בלא הפרעה, לא "לנענע", ושמייקרו מתגי ההקלטה מופעלים על ידי כל תור של הגלגל.
  2. מייקרו מתגים: כל מהפכה של גלגל הריצה צריכה להפעיל מתג מייקר מגנטי או מכאני. מידע ממתג מייקרו מועבר דרך ערוץ אחד ונרשם על ידי מחשב אשר יכול פח את הנתונים לאורך הזמן (למשל כל 2, 5, 6, או 10 דקות).
  3. חומרת מחשב: runniהקלטות ng גלגלים נעשות עם Vitalview, חומרה ופלטפורמת תוכנה שפותחה על ידי המיני Mitter (http://www.minimitter.com/vitalview_software.cfm). עם זאת, ישנן פלטפורמות הקלטה אחרות כגון ClockLab, שפותח על ידי Actimetrics (http://www.actimetrics.com/ClockLab/). שני הפלטפורמות להביא יחד נתונים ממקורות רבים ערוצים בודדים (מתג מייקר אחת מופעל על ידי גלגל ריצה אחת לדוגמה) לקובץ מחשב בודד. נתונים מערוצים בודדים אז יכולים להיות בגרף ונתחו בנפרד במועד מאוחר יותר.

3. קלטות נתונים

  1. קבצים: פלטפורמות התוכנה שהוזכרו לעיל יכולים לשמש כדי להפריד את ערוצים בודדים, כך שקבצים בודדים נוצרים עבור כל רשומת הרצת גלגל. נתונים אלה הם דמיינו טובים ביותר וגרף עם designe במיוחדתוכניות ד כגון ActiView (Minimitter, בנד, OR), Circadia, או Clocklab (Actimetrics, ילמט, אילינוי) אשר יכול לייצר כל periodograms וactograms. עם זאת, קבצי ערוצים בודדים יכולים להיות גם פתחו ונותחו באמצעות תוכניות גיליון אלקטרוני כלליות כגון Excel (מיקרוסופט, רדמונד, וושינגטון).
  2. חישוב זמן יממה (CT): 12 CT הוא, מעצם הגדרתה, תחילתה של פעילות גלגל ריצה במכרסמים ליליים. במקביל ליום 24 השעות, למוסכמות, ליום 1 יממה מחולק לשעתי יממה 24. בהתאם לכך, אם תקופת היממה חופשיה הריצה היא 30 דקות 24 שעות, כפי שנמדד על ידי שעון הקיר, CT 0 יתרחשו כ 12 15 דקות לאחר שעת CT12.

תוצאות

  1. תוכנות מחשב: תוכנות מחשב מיוחדות המשמשות בדרך כלל בדור של actograms וחישוב תקופת יממה. תוכניות אלה כוללות, אך לא מוגבלות, לActiView (Minimitter, בנד, או) וCircadia.
  2. Actograms: Actograms מספק המחשה חזותית של התבניות היומיות של פעילות ריצת ...

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

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

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

שם המגיב חברה מספר קטלוג תגובות (אופציונלי)

NameCompanyCatalog NumberComments
Vitalview כרטיס ותוכנה מיני Mitter # 855-0030-00 (תכופף או, ארה"ב)
DP24 dataport מיני Mitter # 840-0024-00 (תכופף או, ארה"ב)
QA4-מודול מיני Mitter # 130-0050-00 (תכופף או, ארה"ב)
מתג מגנטי מיני Mitter # 130-0015-00 (תכופף או, ארה"ב)
הרכבת C-50 כבלים מיני Mitter # 060-0045-10 (תכופף או, ארה"ב)
עכברוש פועל הרכבת גלגל מיני Mitter # 640-0700-00 (תכופף או, ארה"ב)
תמיכת קייג' ומגש מיני Mitter # 640-0400-00 (תכופף או, ארה"ב)
שמיש לחתוך כלוב מיני Mitter # 664-2154-00 (תכופף או, ארה"ב)
קומת גריד לכלוב מיני Mitter # 676-2154-00 (תכופף או, ארה"ב)
מגש פסולת מיני Mitter # 684-2154-00 (תכופף או, ארה"ב)
מנורת דיור Microlites מדעי # R-101 (טורונטו, ON, קנדה)
4W מנורות פלורסנט Microlites מדעי # F4T5/CW (טורונטו, ON, קנדה)
בידוד תאים אישית בנה 28 "H x 20" W x 28 "D ½" שחור מלמין.

References

  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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

Neuroscience71suprachiasmatic

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved