Journal of Circadian Rhythms, 2005; 3: 10-10 (más artículos en esta revista)

Ciclo luz-oscuridad de la sincronización en el ritmo circadiano ciego primates

BioMed Central
Mayara MA Silva (mmytzi@yahoo.com.br) [1], Alex M Albuquerque (alnmda@ig.com.br) [1], John F Araujo (araujo@cb.ufrn.br) [1]
[1] Laboratório de Cronobiologia, Departamento de Fisiologia, CB / UFRN, Natal, Brasil

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Resumen
Antecedentes

Recientemente, varios trabajos han demostrado que un pequeño subconjunto de células ganglionares de la retina (CGR), que el proyecto para suprachiasmatic núcleo (SCN) y contienen una nueva photopigment llamado melanopsin, son los fotorreceptores que participan en la luz-oscuridad arrastre en roedores. En nuestra colonia de primates, encontramos un par de titíes común (Callithrix jacchus) que se ha desarrollado progresiva y espontánea deficiencia visual, probablemente debido a la degeneración de los conos de la retina y / o varillas. En este estudio se evaluaron los photoresponsiveness del sistema circadiano de estos titíes ciego.

Métodos

Dos ciegos y dos titíes normal se mantuvieron en jaulas con una controlados ciclo luz-oscuridad (LD) para estudiar photoentrainment, enmascaramiento, y la fase de respuesta a una oscura pulso.

Resultados

Los titíes son Ciegos arrastrado con el nuevo ciclo LD onsets cuando la luz se retrasaron y avanzado por 6 horas. En condiciones de luz constante, ciego titíes de libre corrió con un período de 23,2 horas, mientras que los animales normales de libre corrió con un período de 23,6 horas. Todos los titíes respondido a oscuros impulsos subjetivos en los primeros días con la fase retrasos y con los avances en la fase tardía subjetiva día.

Conclusión

Nuestros resultados demuestran que la luz puede sincronizar los ritmos circadianos de ciegos titíes y, en consecuencia, que esta especie podría ser un buen modelo para los primates circadiano photoreception estudios.

Introducción

En mamíferos, los ritmos circadianos de las variables fisiológicas y de comportamiento están impulsadas por un maestro marcapasos circadiano, el núcleo suprachiasmatic (SCN). Para ser útil, el reloj circadiano debe ser sincronizada con la luz y la oscuridad de la alternancia en el mundo real los ciclos día-noche. En los mamíferos, los ojos son necesarios para photoentrainment. Debido a que sólo las barras y conos se sabe que fotorreceptores oculares, en general se supone que circadiano photoreception se basó en estas células. Sin embargo, los estudios sobre rd / rd ratones, que carecen de varilla de fotorreceptores, y estudios más recientes sobre rd / rd cl ratones, que carecen de todas las barras y conos funcionales, han proporcionado pruebas abrumadoras de que estos fotorreceptores clásicos no son necesarios para photoentrainment [1, 2 ]. Recientemente, varios trabajos han demostrado que un pequeño subconjunto de células ganglionares de la retina (CGR) que el proyecto para la SCN y contienen una nueva photopigment llamado melanopsin servir como fotorreceptores que participan en la luz-oscuridad arrastre en roedores [3 - 7]. Melanopsin se encuentra también en los seres humanos, otros primates, ratas y ratones [8]. Varios estudios han demostrado que el melanopsin fotorreceptores no sólo regular el sistema circadiano, pero también contribuyen a la vez reflejo de la luz papilar aguda y alteraciones de la actividad motora, y pueden participar en una amplia gama de respuestas fisiológicas y de comportamiento a la luz [8].

El tití común (Callithrix jacchus) es un pequeño neo-tropicales primates que existen en el noreste de Brasil y se adapta fácilmente a la utilización de laboratorio. Se trata de un animal diurno y tiene un patrón bimodal circadiano. La actividad motora de estos animales muestra una estabilidad en el ritmo circadiano de luz constante. Pulsos de luz causar retrasos cuando se administra en las primeras fase de la noche y subjetiva avances cuando se administra en la tarde noche subjetivos [9, 10]. Estudios de la morfología de las células ganglionares de la retina en titíes han mostrado una ligada al sexo y polimorfismo de cono pigmento expresión, de tal modo que todos los hombres son dichromats y la mayoría de las mujeres son trichromats [11].

En nuestra colonia de primates, encontramos un par de titíes comunes que se ha desarrollado progresiva y espontánea deficiencia visual. Ellos vivían en condiciones semi-naturales y se activa durante el día y por la noche inactivos. Examen oftalmoscópico no mostró opacidades de la córnea, cristalino y vítreo, ni las lesiones del nervio óptico, ni vascular retinopathies. La característica más importante en una fundoscopia bilaterales pigmentación en la región macular, que es similar a la varilla de la degeneración retiniana. Como se sabe que las células ganglionares son generalmente conservan en la retina degeneración de la enfermedad [12], que propone que estos titíes tienen una degeneración de los conos de la retina y / o varillas. Basándose en estudios anteriores, creemos que esta degeneración de la retina de los bastoncillos y conos, no le afectan la expresión de la ritmicidad circadiana, photoentrainment, enmascaramiento, y la fase de respuesta a una oscura pulso. Con el fin de probar esta hipótesis, los titíes se trasladaron al laboratorio a fin de que la luz dependen de las características de su sistema circadiano puede ser estudiado.

Métodos

Cuatro titíes (uno normal de sexo masculino, uno ciego masculino, uno femenino normal, y un ciego mujeres), con una edad media de ocho años y el promedio de peso de 354 g, fueron alojadas en jaulas individuales en la habitación de atenuar el ruido, control de la temperatura ( Temperatura media de 25,5 ° C), el agua en la alimentación diaria libitum y disponible para 8,5 horas. Los animales fueron expuestos a un ciclo de LD, de 24 horas (LD 12:12). Iluminancia fue de 150 lux durante la fase de luz y 1 lux durante la fase oscura. Los titíes se adaptaron al laboratorio durante 10 días. Después de dos semanas en LD 12:12, el tiempo de las luces en-se retrasó por 6 horas; tres semanas más tarde, que se adelantó por 6 horas. Cuatro semanas más tarde, los titíes se colocaron en condiciones de luz constante durante 4 semanas. Los titíes son LD entonces regresó a 12:12 para 3 semanas más y luego de nuevo a la luz constante durante 4 semanas.

General circadiano de la actividad locomotriz titíes se midió utilizando un sensor de movimiento por infrarrojos encima de la jaula. Salida de los sensores se integró con una IBM-compatible equipo que ejecuta el software de adquisición de datos. Los análisis de las características y el ritmo de salida gráfica, actograms, se llevaron a cabo utilizando el programa informático El Temps (Díez-Noguera, Barcelona, España). El período libre funcionamiento de la actividad locomotora en constante ritmo de luz calculada por el chi cuadrado periodograma procedimiento [13] con un nivel de riesgo global (α) de p <0,05. En virtud de CL, el inicio de la actividad, designado como tiempo circadiano (CT) 0, se utilizó como punto de referencia para la fase del inicio de la subjetiva día. Fase de cambios se determinaron como la diferencia entre las proyecciones de actividad inicio veces en el día después de la estimulación oscuro. El oscuro estimulación consistió en pulsos de 2 horas de oscuridad. Los experimentos fueron en el cumplimiento de las directrices institucionales de la Universidad Federal do Rio Grande do Norte y la Sociedade Brasileira de Neurociência e Comportamento.

Resultados y discusión

Los titíes fueron sometidos a dos pruebas de comportamiento. En la primera, un no-olor objeto (como un lápiz o una clave) se colocó dos centímetros de distancia de la cara de cada animal. Los titíes normal dirigieron su vista al objeto y trataron de apoderarse y de la mordida; los ciegos animales no reaccionaron a los objetos en absoluto. La misma prueba se repitió con los objetos en movimiento, y de nuevo sólo el normal titíes reaccionó ordenando a la vista su objeto en movimiento. La segunda prueba tuvo lugar en una habitación con luz tenue (10 lux). Un centro de atención se coloca en un lado de los animales y dirigidas a sus rostros. El normal titíes convertido sus rostros hacia la luz, mientras que los ciegos no queridos.

Como se muestra en la Figura 1, ciegos Los titíes son claramente sincronizado a los ciclos de la externa. Al igual que los animales normales, los animales mostraron un ciego normal de la actividad bifásica ritmo circadiano, con un más intenso combate de la actividad a principios de la luz y una segunda fase de combate cerca de la final. Sin embargo, este patrón bimodal fue menos destacado en los animales ciegos (Figura 2]. Además, titíes ciego mostró una fase activa más corto en comparación con los animales normales. Después de que pasó la fase de la luz por 6 horas (primero un retraso y luego de un anticipo), se ciega titíes arrastrado al nuevo ciclo de luz-oscuridad, pero su penetración fue mucho más lento en comparación con el normal titíes (Figuras 1 y 2]. El ciego animales sincronizados sólo después de 12-14 días, mientras que la normal de los animales lo hizo después de 3-4 días. Durante el arrastre, el ángulo de fase de inicio de actividad en relación con el ciclo de LD era diferente en ciegos y titíes normal (véase la figura 2].

Los animales fueron colocados en condiciones de luz constante, a fin de determinar si habían funcional relojes circadianos. Como muestran en la figura 1, los titíes mostró tengan libertad de movimientos, los ritmos circadianos. Tengan libertad de movimientos, períodos fueron significativamente diferentes entre los dos grupos: ciegos titíes mostró un 23,2 horas normales mientras titíes de libre corrió mostraron un período de 23,6 horas. Este período más corto en titíes ciego podría explicarse por su menor actividad y, en consecuencia, la disminución de la actividad motora a la retroalimentación del sistema circadiano, o por la participación de la clásica fotorreceptores (conos y varillas) en la generación de libre funcionamiento de los ritmos circadianos. Sin embargo, también podría ser explicado por la sugerencia de que la pérdida de conos y varillas tiene un impacto sobre la naturaleza de la luz información que recibe el SNC [8].

Por photic arrastre que se produzca, el oscilador circadiano debe responder de manera diferente a la luz en diferentes fases de su ciclo. Curvas de respuesta de fase (PRC) son útiles descripciones de estas respuestas dependen de la fase. Un número de no photic estímulos, tanto farmacológicos y no farmacológicos, han sido identificados como capaces de inducir cambios en la fase de mamíferos relojes circadianos en función de la fase circadiano que se presenta el estímulo [14]. De la República Popular China no photic estímulos (incluidos los oscuros impulsos presentó a los animales en constante luz) es de 180 º fuera de fase con photic estímulos. Hemos probado la fase turno de respuesta ciega titíes oscuro usando pulsos de duración de 2 horas. Cuando la oscuridad se le dio pulso en los primeros días subjetiva, que causó una demora fase; cuando se administra en la tarde subjetiva día, que causó una fase de anticipación. Este resultado es una importante contribución a la discusión sobre la no photic cambio de fase en esta especie. Nuestros resultados concuerdan con Glass et al [14], en cuyos estudios cualitativos similitudes entre las respuestas a la fase entraining photic y no photic estímulos en titíes y mamíferos nocturnos se demostraron.

Muchos de los no photic estímulos que inducen cambios en la fase de relojes circadianos también inducir un agudo incremento de la actividad locomotora en mamíferos nocturnos, y parece que al menos algunos de los efectos de la fase de desplazamiento de estos agentes se debe a la inducción de la actividad y / O excitación [15]. En el presente estudio en titíes, la fase de los cambios producidos por impulsos oscuros no se debe a la inhibición de la actividad. El oscuro pulsos produjo inhibición de la actividad (enmascaramiento negativo) en la visión titíes pero no en el ciego, a pesar de que ambos grupos mostraron cambios con etapa oscura legumbres.

La respuesta del sistema circadiano a diferentes estímulos, photic y no photic, es de gran importancia porque implica que los sistemas circadianos son, de hecho, capaz de utilizar muchas fuentes de información. Como el tití es un animal social, que también investigó social sincronización entre estos animales. Ciegos titíes mostró diferentes actividades durante el inicio de funcionamiento en la fase libre, pero se mostró un ángulo de fase estable. Los dos titíes normal mostraron el mismo comportamiento, pero con diferentes períodos de libre funcionamiento de los ciegos titíes. Por lo tanto, a pesar de que los cuatro animales se encontraban en la misma habitación, los ciegos titíes no se sincroniza con las normales.

Una limitación de este estudio es el pequeño número de animales, pero los resultados de los dos normales titíes son similares a otros estudios que se llevaron a cabo en nuestro laboratorio [16]. Teniendo en cuenta los estudios que anteriormente llevaba a cabo en roedores junto con nuestros resultados actuales, es posible inferir que los ciegos había titíes normal células ganglionares de la retina, que son necesarios para sincronizar sus relojes circadianos a la LD ciclo. En ausencia de la clásica fotorreceptores, las células ganglionares fotosensible son suficientes para photic arrastre [17].

Conclusión

Los nuestros resultados constituyen la primera evidencia experimental de que la no clásica fotorreceptores retinianos photic puede proporcionar información al sistema circadiano de los primates y animales diurnos. Los titíes ciego puede proporcionar un excelente modelo para el estudio de photoreception y arrastre en primates. Los posibles beneficios son obvios, tales como el desarrollo de estrategias para resolver el problema de sincronización en los seres humanos o los ciegos para estudiar la degeneración retiniana.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que no tienen intereses en conflicto.

Contribuciones de los autores

MMAS: Participó en todos los experimentos, en el análisis y discusión de los resultados, y en la redacción del manuscrito.

AMA: Participó en todos los experimentos, en el análisis y discusión de los resultados, y en la redacción del manuscrito.

JFA: Participó en todos los experimentos, en el análisis y discusión de los resultados, y en la redacción del manuscrito.

Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Damos las gracias al Dr Alexandre Gomes Bezerra para realizar el examen oftalmoscópico en nuestros animales. Apoyado por becas de CNPq (a JFA y MMAS) y PPq-UFRN (AMA).