Journal of Circadian Rhythms, 2005; 3: 8-8 (más artículos en esta revista)

Intermitente de larga longitud de onda de luz roja aumenta el período diario de la actividad locomotora en ratones

BioMed Central
John R Hofstetter (jhofstet@iupui.edu) [1], Amelia R Hofstetter (thayli21@hotmail.com) [2], Amanda Hughes M (telltale_eyes@yahoo.co.uk) [3], Aimee R Mayeda (amayeda @ Iupui.edu) [1]
[1] St., Indianapolis, IN, 46202, USA
[2] Berry College, PO Box 491640, Mt. Berry, GA 30149-1640, EE.UU.
[3] Richmond-upon-Thames College, Egerton Road, Twickenham, Middlesex, Reino Unido

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Resumen
Antecedentes

Hemos observado que un tenue, de color rojo-diodo emisor de luz (LED) provocados por el aumento de la actividad circadiana períodos de ratones de laboratorio en comparación con la oscuridad constante. Se sabe que el período circadiano de las ratas aumenta cuando enérgica rueda de funcionamiento desencadena completo espectro de luz, sin embargo, la sensibilidad espectral de fotorreceptores en ratones sugiere poca o ninguna respuesta a la luz roja. Por lo tanto, hemos decidido poner a prueba la siguiente hipótesis: la iluminación tenue luz roja provocada por la actividad (LEDfb) aumenta el período circadiano de los ratones en comparación con el constante oscuridad (DD), que abarca el LED evita el efecto de período, y DBA2 / J ratones tienen un Respuesta diferente a LEDfb que C57BL6 / J ratones.

Métodos

La irradiancia espectros de los LED se determinaron por espectrofotómetro. Actividad locomotora de los ratones C57BL/6J y DBA/2J fue supervisado por pasiva-sensores infrarrojos y circadiano período se calcula a partir de los últimos 10 días en relación con cada condición de luz. Por constante oscuridad (DD), los LED se apaga. Para comentarios LED (LEDfb), el LED rojo vino en cuando el ratón se activa y apagado segundos después de la actividad se detuvo. Por grabadas LED el LED rojo encendido, pero estaba cubierta con cinta negro. Única y multifactorial ANOVAs y post-hoc t-determinaciones.

Resultados

El período circadiano de los ratones fue más bajo que en LEDfb DD. El bloqueo de la luz eliminado el efecto. No hubo diferencias en el período de cambio en respuesta a LEDfb entre C57BL / 6 y DBA / 2 ratones.

Conclusión

Un aumento de ratón circadiano período debido a la tenue luz roja de la medida (1 lux a 652 nm), la exposición fue inesperada. Desde el bloqueo de la luz dejó de la respuesta, el sonido de la electrónica del sensor no es el impulso de la respuesta. Los resultados sugieren que la luz roja, como la iluminación de fondo se debe evitar, y el indicador de diodos en los sensores de movimiento infrarrojos pasivos deben estar apagados.

Introducción

Una de las primeras observaciones en el estudio de los ritmos circadianos es que la luz continua (LL) alarga período circadiano nocturno en la mayoría de las especies animales [1]. "Aschoff la Regla" postula que existe una log-lineal entre la intensidad y la LL período [2 - 5]. En todos estos estudios se LL luz blanca, en un estudio completo del espectro de luz [4]. Sin embargo, encontramos que los ratones tenían un poco más de tiempo circadiano períodos en que el dispositivo de vigilancia era un pasivo de infrarrojos (ir) sensor de proximidad frente a un sistema que utiliza ir vigas que cruzó la jaula. La única diferencia evidente entre los sistemas es que el sensor de proximidad había un pequeño, de color rojo-diodo emisor de luz (LED) que se incluye en la moción inmediatamente después de discernir y se quedó durante varios segundos después de moción no era discernible.

La primera cuestión que se plantea es si un tenue LED rojo puede afectar el sistema circadiano de los ratones. El ritmo circadiano de actividad locomotora en ratas es arrastrado por la luz roja [6]. Sin embargo, varios estudios que examinaron la sensibilidad espectral de los fotorreceptores en ratones sugieren poca o ninguna respuesta a la luz roja. El pico de sensibilidad de los fotorreceptores que median cambios en la fase pigmentadas endocriadas de ratones es de 500 nm [7] y 511 nm [8] (luz azul-verde). La sensibilidad de los fotorreceptores reducirse drásticamente y se disminuye en longitudes de onda por encima de 600 nm (luz naranja) [7 - 9]. En ratones que carecen de barras y conos, el pico de sensibilidad para la fase de desplazamiento es 481 nm, y la sensibilidad se reduce a cero en menos de 600 nm [9]. En ratones pigmentados, electrorretinográfica respuestas a un parpadeo de luz monocromático y las respuestas de comportamiento a una elección forzada, la discriminación tarea pico en 510 nm [10]. La sensibilidad a la luz en ambas pruebas cae en forma abrupta como los enfoques de longitud de onda 600 nm. Melanopsin, en combinación con el clásico de bastones y conos fotorreceptores, las cuentas para la transducción de photic información al sistema circadiano. Nosotros no son conscientes de los estudios de Aschoff en efecto rodless y coneless ratones, pero los ratones knockout melanopsin tener un efecto atenuado Aschoff en comparación con ratones de tipo salvaje [11, 12].

La segunda cuestión es si la luz presenta solamente en respuesta a la actividad pueden alargar período en ratones. Pittendrigh y Daan sugirió que los pulsos de luz durante el fotosensible parte de un ciclo circadiano de los animales imitan el efecto de la LL en período [13]. Ferraro y McCormack (1986) confirmó esta información en ratas utilizando iluminación (LDfb) [14]. En su LDfb aparato, la iluminación en cada uno de los roedores de la jaula estaba controlado por cada uno de los roedores de la propia actividad locomotora. Cuando rueda de revoluciones alcanzado un cierto ritmo, la iluminación llegó en la jaula. Las luces salió 2 minutos después de la rueda de funcionamiento disminuyendo por debajo de la tasa objetivo. Compararon a LL LDfb en 0,1, 1 y 100 lux de luz. Encontraron que circadiano período que se LDfb obedecido Aschoff del imperio, y la retroalimentación de iluminación circadiano período aumentó en la misma cantidad como equivalente irradiancia de la luz continua.

En estudios anteriores se demostró que C57BL / 6 y DBA / 2 ratones difieren en su Aschoff afectan a la comparación de constante oscuridad constante completo espectro LL. A las 10 lux, los C57BL / 6 ratones tuvieron un aumento en el periodo de 1,20 horas, pero el período de la DBA / 2 ratones aumentó sólo 0,20 horas [4]. En consecuencia, pronosticó que los C57BL / 6 ratones tendría un mayor incremento en el período que se LD comentarios régimen de DBA / 2 ratones.

Este estudio pone a prueba la hipótesis de que un LED rojo tenue como la información proporcionada a la actividad provoca un aumento en período circadiano de actividad locomotora y que C57BL / 6 y DBA / 2 ratones tienen una respuesta diferencial a la luz roja estímulo.

Métodos
General de la vivienda y la atención

Los animales fueron alojados individualmente en jaulas de policarbonato ópticamente claro (L × H × W: 11 × 8 × 7) con aproximadamente 250 ml de Sani-chip ® (Harlan Teklad) la ropa de cama. Ellos fueron aclimatadas en virtud de la alternancia 200 lux de luz y oscuridad de 12 horas cada uno (LD 12:12) durante al menos dos semanas antes del inicio del estudio. Alimentación (Teklad 7001 Mouse & Rat Dieta 4%) y el agua disponible se continua a lo largo del estudio. Todos los animales fueron mantenidos en instalaciones plenamente acreditada por la Asociación para la Evaluación y Acreditación de Cuidado de Animales de Laboratorio. Todos los protocolos de investigación y el cuidado de los animales fueron aprobadas por el Cuidado de Animales Institucional y el empleo Comisión de conformidad con las directrices de la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio (1996) .

Experimental de la vivienda y la atención

Para la medición del período circadiano, todos los ratones de prueba se mantuvieron en una buena atenuantes, ventilada habitación a una temperatura constante (23 ° C) y bajo continuo oscuridad (DD). Sound atenuantes, opaco se colocaron divisores de la prueba entre las jaulas. Los cuidadores, lució una Pelican Versabrite equipado con un faro rojo safelight haz difusor. El difusor / filtro de transmisión de luz superior a 600 nm. Cuidados en el cuarto oscuro constaba de diez minutos por día y cada ratón fue inspeccionado durante menos de un minuto. Visitas diarias al azar veces ocurrió entre las 8 am y las 5 pm.

Actividad locomotora de evaluación

Daily actividad locomotora de los ratones se vigila con detectores pasivos de infrarrojos (Ademco, Syosset, NY) monta sobre cada jaula. El pasivo de infrarrojos (ir) obras de sensor de proximidad que emiten pulsos de ir la luz, y luego medir la distancia a los objetos del tiempo de vuelo de la señal reflejada. Cada vez que la distancia de los cambios, el detector se abre o se cierra un interruptor. Todos se pusieron a prueba los detectores de respuesta para garantizar la uniformidad. Cada detector tiene un LED rojo encendido que cuando se detecta movimiento, entonces apagado 3 a 5 segundos después de circulación ya no era percibido. El LED puede ser desactivada con un interruptor montado en el sensor de movimiento placa de circuitos.

Análisis espectral

La irradiancia espectros de los LED se determinaron utilizando una fibra óptica de SI Photonics espectrofotómetro (Tucson, AZ). La distancia entre la entrada de la sonda de fibra óptica y el LED es de 18 cm (la profundidad de la jaula del ratón). Se seleccionó una muestra aleatoria de ocho de los 16 sensores de movimiento utilizado en el estudio se evaluó. A la luz de mano metros (UDT Instruments, Baltimore, MD) se utilizó para medir la iluminancia producida por el LED en unos 5 cm de la parte inferior de la jaula y 13 cm de la LED. La prueba se repitió con los LED negro cubierto con la cinta de electricista.

Evaluación del período circadiano de actividad locomotora

Actividad eventos se agruparon en 5 minutos papeleras por la Stanford Cronobiología Systems (Stanford, CA), el procesamiento de datos y sistema de almacenamiento automático integrado en una computadora Dell. Clocklab, el ritmo biológico de análisis de software (Actimetrics, Evansville, IL), fue utilizado para calcular el período de actividad locomotora de cada ratón utilizando regresión lineal a través de la actividad onsets de los últimos 8 a 10 días de cada tratamiento.

Experimento 1: Hipótesis - LEDfb cambios circadiano en comparación con el período DD
Experimento 2: Hipótesis - El efecto de LEDfb el período circadiano puede eliminarse mediante el bloqueo de la fuente de luz
Experimento 3: Hipótesis - C57BL / 6 y DBA / 2 ratones tienen diferentes respuesta a LEDfb
Resultados
Las mediciones de luz

El espectro de la irradiancia LED para una muestra de 8 sensores de proximidad es una banda estrecha centrado en 652 nm. La figura 1 muestra un representante del espectro. La iluminancia de los LED es uno lux. La iluminancia de la cubierta con LED negro electricista de la cinta fue cero.

Experimento 1: LEDfb cambios circadiano en comparación con el período DD

Representante actograms de C57BL / 6 ratones bajo DD y tenue rojo LEDfb se muestra en la Figura 2. La media del período en DD fue 24,05 ± 0,04 h, y bajo la luz roja LEDfb fue 24,21 ± 0,04 h. Un ANOVA pruebas para efecto de sexo, edad, condición de iluminación (en comparación con LEDfb DD) y la secuencia de la luz tratamiento no mostró efectos de sexo, la edad o la secuencia, pero un efecto de la iluminación sobre la condición período [F 1,5 = 7,72, p = 0,039]. A posteriori de la prueba de Tukey mostró período más largo en comparación con LEDfb a DD (p = 0,0095). La Figura 3 muestra los efectos de LEDfb en el período circadiano de actividad locomotora.

Experimento 2: El efecto de LEDfb el período circadiano puede eliminarse mediante el bloqueo de la fuente de luz

Representante actograms de C57BL / 6 ratones bajo DD, dim LEDfb rojo, y negro con LEDs coved cinta se muestran en la figura 4. La media del período de 12 ratones en DD fue 23,96 ± 0,03 h; grabadas en virtud de los LED, es 23,93 ± 0,03 h, y, en virtud de LEDfb, fue 24,07 ± 0,03 h. Hubo un efecto significativo de la condición de iluminación utilizó un modelo lineal [F 2,33 = 7,02, p = 0,0029]. A post-hoc de Tukey test mostraron un período más largo en el marco del LED descubierto que bajo la cubierta de cinta-LED (p <0,01) o DD (p <0,025), como se resume en la Figura 5. Los períodos no difirió entre DD y cintas cubiertas de LED.

Experimento 3: C57BL / 6 y DBA / 2 ratones no tienen respuestas diferentes a LEDfb

Representante de actograms DBA / 2 y C57BL / 6 ratones bajo DD y tenue rojo LEDfb se muestra en la Figura 6. Por C57BL / 6 ratones, la media del período que se DD fue 23,85 ± 0,07 h; significa el período que se LEDfb fue 24,00 ± 0,07 h. Para DBA / 2 ratones, la media del período que se DD fue 23,46 ± 0,14 h; significa el período que se LEDfb fue 23,78 ± 0,08 h. Un factor ANOVA de dos pruebas para efecto de la cepa y las condiciones de iluminación (en comparación con LEDfb DD) mostró un efecto significativo tanto de la cepa [F 1,14 = 7,73, p = 0,0147] y condición de iluminación [F 1,14 = 10,99, p = 0,0051], pero ninguna interacción. A post-hoc mostraron la prueba de Tukey con LEDfb período más largo en comparación con DD (p <0,025). La C57BL / 6 ratones tienen diferentes períodos de la DBA / 2 ratones post-hoc por el test de Tukey (p <0,01). Figura 7 muestra los efectos de LEDfb sobre el período circadiano de actividad locomotora en las dos cepas de ratones.

La media de aumento con LEDfb período (período que se LEDfb menos el período que se DD, Δτ) para C57BL / 6 ratones fue de 0,15 ± 0,05 h. Para DBA / 2 ratones, Δτ fue 0,32 ± 0,13 h. El aumento de período con LEDfb no fue diferente entre las cepas por t-test (p = 0,26).

En resumen, período circadiano fue significativamente más largo en virtud de LEDfb (un pequeño LED rojo, cuya intensidad fue alrededor de 1 lux, que se produjo el sólo cuando el ratón se activa) que en virtud de que en ambos DD C57BL / 6 y DBA / 2 cepas de ratones. El LED despedía luz roja en una banda estrecha centrado en 652 nm. Cubriendo el LED negro con cinta bloqueado el efecto de la tenue luz roja. Además, no hay ninguna diferencia en este sentido entre las dos cepas.

Discusión

Este estudio sugiere que el sistema circadiano en ratones es sensible a la luz roja de longitud de onda larga. El resultado es sorprendente, ya que estudios recientes sugieren que melanopsin, en combinación con el clásico de bastones y conos fotorreceptores, cuenta para la transducción de photic información al sistema circadiano. No existen estudios de sensibilidad espectral de la Aschoff efecto en ratones. Sin embargo, la sensibilidad espectral de fotorreceptores circadianos fase de mediación de los cambios en los ratones se disminuye en longitudes de onda por encima de 600 nm [7 - 9]. En la mayoría de los organismos, en virtud del período circadiano LL es una función intrínseca de ambas período y photic insumos. El Aschoff efecto se entiende que el resultado de la acumulación por desplazamiento de fase efecto de la LL en el marcapasos [5, 13, 15]. Por lo tanto, un efecto de la luz roja en período circadiano es inesperado.

Una posible explicación es que hay otra photopigment presente en los mamíferos que es muy sensible a la luz roja-y afecta período en lugar de la fase. No puede excluirse de ese período y la fase se ven afectadas por diferentes receptores de luz o luz receptivo vías. Parece más probable que baja sensibilidad a la luz roja a través de la circadiano photopigments ha conocido un período acumulativo de alargamiento efecto en el marcapasos. El momento de la exposición a la luz podría haber amplificado este efecto. Bajo LEDfb ratones recibieron luz entre tiempo circadiano (CT 12) y TC 24, durante su fase activa. El período de curvas de respuesta (τ RC), de ratones han acortar período de entre 4 y TC 16 y TC período de alargamiento entre CT-16 y CT 4 [16]. LEDfb debería causar un período de prolongación, con un mínimo período de reducción.

Este estudio tiene varias limitaciones. Sólo la Aschoff efecto se investigó, y esto no fue en el marco del protocolo habitual constante de la luz. No obstante, el incremento en período circadiano de los ratones bajo LEDfb era compatible con una actividad previo estudio en ratas, donde rueda de funcionamiento desencadenó completo espectro resultante en la iluminación alargado circadiano período [14].

Cubriendo el LED negro con cinta bloqueado el efecto de la tenue luz roja. Llegamos a la conclusión de que los indicadores LED de la ecografía o la electrónica asociada con su iluminación no produjo el efecto. Ratones de ultrasonidos emiten gritos y esto es importante en el comportamiento de la maternidad [17 - 19]. Sin embargo, es poco probable que cubren las luces negro con cinta bloquearía ultrasonido. Aunque esto sigue siendo una posibilidad, somos conscientes de ningún caso en la literatura donde el ultrasonido causas, ya sea en una fase de respuesta o un cambio en el período circadiano.

La C57BL / 6 y DBA / 2 ratones no difieren en la cantidad período aumentó con 1 lux luz roja LEDfb. Esto contrasta con un estudio anterior, donde C57BL / 6 ratones tuvieron un mayor incremento en el periodo de 10 lux completo espectro LL DD vs que DBA / 2 ratones [4]. Una posible explicación es que DBA / 2 ratones son más sensibles al período de prolongación de los efectos de luz roja que de luz de espectro completo. Otra posibilidad es que la forma de la RC τ difiere entre las dos cepas, de manera que para C57BL / 6 ratones más del período de alargamiento de la porción τ RC encuentra fuera de la hora en que recibió la luz durante LEDfb que para el DBA / 2 ratones . En este caso, habría constante LL-alargamiento período más efecto que LEDfb.

Los resultados de este estudio sugieren que los investigadores no pueden utilizar continuo tenue luz roja para simular DD, y debe ser prudente en el uso de rojo "seguros" luces para el cuidado de los animales en DD. Se necesitan estudios adicionales para determinar si la luz roja constante de este espectro y la intensidad de salida se alarga más de LEDfb período, y si se puede pasar de la fase de los ritmos circadianos en los ratones.

Conclusión

Ratones bajo una tenue, de larga longitud de onda de luz roja que llegó en forma intermitente cuando los animales estaban activos tuvieron un período circadiano que fue largo en comparación con su libre funcionamiento período que se DD. Cobertura de la luz con cinta negro bloqueado la respuesta. Además, en las condiciones descritas, la magnitud de la media del período circadiano aumento de la DBA / 2 y C57BL / 6 cepas de ratones fue indistinguible.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Contribuciones de los autores

JRH concibe el estudio, participaron en su diseño y análisis estadístico y redactó el manuscrito.

ARH lleva a cabo el experimento 1, diseñó y llevó a cabo experimento 3, y escribió la sección Métodos.

AMH participó en el análisis estadístico y diseñó y puso en marcha el experimento 2.

ARM llevado a cabo el experimento 2, participó en el análisis estadístico y ayudó en la redacción del manuscrito.

Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por una subvención al Mérito Dr Mayeda del Departamento de Asuntos de Veteranos.