Journal of Circadian Rhythms, 2006; 4: 6-6 (más artículos en esta revista)

Desincronización interna espontánea de actividad locomotora y de la temperatura corporal ritmos de la melatonina plasmática ritmo en ratas expuestas a la luz débil constante

BioMed Central
Jacopo Aguzzi (jaguzzi@cmima.csic.es) [1], Nicole M Bullock (nicolebullock@gmail.com) [1], Gianluca Tosini (gtosini@msm.edu) [1]
[1] Neuroscience Institute and NSF Center for Behavioral Neuroscience, Morehouse School of Medicine, Atlanta, GA 30310-1495, USA
[2] Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC), el paseo marítimo de la Barcelonesa 37-49, 08003, Barcelona, España

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Resumen
Antecedentes

Recientemente hemos informado de que desincronización interna espontánea entre el ritmo de actividad locomotora y el ritmo de la melatonina puede ocurrir en las ratas (30% de animales de prueba), cuando se mantienen en constante tenue luz roja (LL dim) por 60 días. Trabajos anteriores ha demostrado que la melatonina también juega un papel importante en la modulación de los ritmos circadianos de funcionamiento de la actividad rueda (R w) y temperatura corporal (T b). El objetivo del presente estudio fue investigar el efecto que la desincronización del ritmo de la melatonina puede tener en el acoplamiento y la expresión de los ritmos circadianos en w R y T b.

Métodos

Las ratas se mantuvieron en una temperatura controlada (23-24 ° C) con ventilación lightproof habitación bajo LL dim (rojo tenue luz 1 μ W / cm 2 [5 Lux], la disminución de la longitud de onda de corte a 640 nm). Los animales fueron alojados individualmente en jaulas equipadas con una rueda de funcionamiento y un sistema de sensores magneticos para detectar la rotación de la rueda; T b fue supervisado por telemetría. T b y R w datos se registraron en 5 min papeleras y guardado en el disco. Para cada animal, se determinó la mesor y la amplitud de la R y T b w ritmo utilizando análisis de la forma de onda de 7 días de duración en los sectores de los datos. Tras el plazo de sesenta días LL dim exposición, muestras de sangre (80-100 μ M) fueron recolectados cada 4 horas en un período de 24 horas de cola a partir de la arteria, y los niveles de melatonina en suero se midieron por radioinmunoensayo.

Resultados

Veintiún animales mostraron claros ritmos circadianos w R y T b, mientras que un animal es arrítmico. W R y T b ritmos son siempre estrictamente asociados y no observamos desincronización entre estos dos ritmos. Plasma niveles de la melatonina mostró marcadas variaciones entre las personas en el pico de los niveles y en la noche a día ratio. En seis ratas, de noche a día la proporción era de menos de 2, mientras que en las ratas que mostraron en arrhythmicity w R y T b melatonina niveles eran elevados y rítmica con una gran noche a día ratio. En siete animales, los niveles séricos de melatonina llegó a su nivel máximo durante el día subjetivo (de CT0 a CT8), lo que sugiere que estos animales en el ritmo circadiano de la melatonina en suero desynchronized de los ritmos circadianos de R T y w b. No se observó correlación significativa entre la amplitud (o los niveles) de la melatonina y el perfil de amplitud y de la mesor w R y T b ritmos.

Conclusión

Nuestros datos indican que la tengan libertad de movimientos, períodos (τ) y la amplitud de R y T w b no fueron diferentes entre desynchronized y no desynchronized ratas, lo que sugiere que el ritmo circadiano de la melatonina en suero desempeña un papel marginal en la regulación de la W R y T b ritmos. El presente estudio también apoya la idea de que en la rata los ritmos circadianos de actividad locomotora y de la temperatura del cuerpo son controlados por un único marcapasos circadiano.

Introducción

Ritmos circadianos en la fisiología y el comportamiento han sido descritos en una amplia variedad de organismos que van desde las bacterias hasta los seres humanos. Estos ritmos circadianos están impulsados por los marcapasos que son capaces de generar oscilaciones con una periodicidad de cerca de 24 horas. Varios estudios han demostrado que en muchos organismos los ritmos de actividad locomotora y de la temperatura del cuerpo se encuentran bajo control circadiano, y, aunque el nivel de actividad puede influir en la temperatura corporal, el ritmo circadiano de la temperatura corporal no es una mera consecuencia del ritmo circadiano de Actividad locomotora (Examen en [1]].

En los mamíferos, el principal marcapasos circadiano está situado en el suprachiasmatic núcleos (SCN), bilaterales grupos de neuronas en el hipotálamo anterior. Este marcapasos circadiano regula los diferentes ritmos presentes en el cuerpo con el fin de que los diferentes ritmos circadianos permanecer sincronizados y mantener una fase de las relaciones estables entre sí [2]. Sin embargo, hay que señalar que desincronización de los ritmos circadianos puede ocurrir en determinadas condiciones experimentales. Por ejemplo, espontánea interior desincronización entre la temperatura corporal (T b), y ritmos de actividad locomotora se ha observado en reptiles [3] y en el mono ardilla [4]. En el mono lechuza, la desincronización entre circadiano interno de la actividad y los patrones de la alimentación también se ha informado sobre [5]. Una reciente investigación ha demostrado que la exposición a la iluminación tenue Mayo uncouple varios ritmos circadianos (por ejemplo, el sueño, temperatura corporal, actividad locomotora y beber) en la rata [6]. Desincronización interna ha sido también objeto de informes en los seres humanos [7, 8], y que se cree que es la causa de diversas patologías [9, 10].

Estudios anteriores han demostrado que la melatonina es un componente importante del calendario sistema circadiano de mamíferos. La administración exógena de melatonina puede entrain la actividad locomotora circadiano [11 - 13], y T b se ve afectada por los niveles de melatonina [12, 14]. Recientemente hemos informado de que desincronización de la actividad en funcionamiento la rueda (R w) ritmo de la melatonina en suero se pueden producir en las ratas expuestas a la constante tenue luz roja (LL dim, [15]]. El objetivo del presente estudio fue el de seguir ampliando esta conclusión mediante la investigación de los efectos que esa desincronización puede producir en el acoplamiento y la expresión de los ritmos circadianos de R T y w b.

Materiales y métodos

Veintidós ratas Wistar macho (Laboratorio de Charles River, Wilmington, MA), de ocho semanas de edad al inicio del experimento, se utilizaron en este estudio. Por T b grabación, las ratas fueron implantados bajo anestesia (ketamina / xylazina, 50 mg / Kg) con un transmisor (XM-FM, Inc Mini-Mitter, Bend, OR). Después de la cirugía, los animales fueron devueltos de inmediato a sus respectivas jaulas y les permite recuperar durante tres días. Luego, las ratas fueron trasladados a una temperatura controlada (23-24 ° C) con ventilación lightproof habitación bajo LL dim (rojo tenue luz 1 μ W / cm 2 [5 Lux]). La luz fue proporcionado por un accesorio especial fluorescente (luz Litho # 2, la disminución de la longitud de onda de corte a 640 nm). Las ratas fueron alojadas en jaulas individuales equipadas con una rueda de funcionamiento y un sistema de sensores magnéticos para detectar la rotación de la rueda (Mini-Mitter Inc Bend, OR). T b y R w datos se registraron en 5 min papeleras y guardado en el disco usando software específico (Tau, Mini-Mitters Inc). Para cada animal, se determinó la mesor y la amplitud de la R y T b w ritmo utilizando análisis de la forma de onda de 7 días de duración en los sectores de los datos.

Después de 60 días de exposición LL dim, muestras de sangre (80-100 μ M) fueron recolectados cada 4 horas en un período de 24 horas desde la cola en la arteria heparinized tubos. Para cada animal, a la época de muestreo se determinó sobre la base de cada animal ritmo de la actividad locomotora. CT12 fue definida como el momento en que un animal comienza su combate diario de la rueda en funcionamiento la actividad. Todos los demás circadiano veces se calcularon en relación con CT12. Melatonina fue extraído del suero (50 μ M) usando cloroformo y después se midieron los niveles de melatonina por radioinmunoensayo utilizando un kit disponible comercialmente (ALPCO Diagnóstico, Salem, NH). La sensibilidad del ensayo fue de 0,2 pg / ml. La variabilidad intra-ensayo fue de 9% y la inter-ensayo fue de 13% (ver [15] para más detalles).

Análisis de la w R y T b ritmos se realizaron en una serie de sesiones de 7 días de duración de los datos (es decir, desde el día 53 a los 60 días de edad) a través del Laboratorio de software de reloj (Actimetrics, Evanston, IL). Todas las experiencias que aquí se ajustaban a las directrices descritas en la Guía para el Cuidado y Uso de animales de laboratorio de los EE.UU. Departamento de Salud y Servicios Humanos y fueron aprobados por la Facultad de Medicina Morehouse Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión.

Resultados

Fuera de veintidós animales, veintiún mostraron ritmos circadianos en I T w y b para toda la duración del experimento, que se convirtió en una rata arrítmico después de 30 días de exposición a LL dim (véase Figura 1 y Tabla 1]. No desincronización entre el ritmo circadiano de R T y w b y sin cambios significativos en la τ de R y T w b ritmos fueron detectados durante el período de 60 días (pruebas t, P> 0,1 en todos los casos, la figura 1].

Plasma niveles de la melatonina mostró marcadas variaciones entre las personas en el pico de los niveles y en la noche a día ratio (Tabla 1]. Curiosamente, en seis ratas la noche a día la proporción era de menos de 2, mientras que en las ratas que mostraron en arrhythmicity w R y T b melatonina niveles eran elevados y rítmica con una gran noche a día ratio (Tabla 1]. En siete animales, los niveles séricos de melatonina llegó a su nivel máximo durante el día subjetivo (de CT0 a CT8), lo que sugiere que estos animales en el ritmo circadiano de la melatonina en suero desynchronized de los ritmos circadianos de w R y T b (Tabla 1]. No se observó correlación significativa entre la amplitud (o los niveles) de la melatonina y el perfil de amplitud y de la mesor w R y T b ritmos (P> 0,1).

Para investigar más a fondo las relaciones entre la R w, T b y ritmos de la melatonina, los animales fueron divididos en cuatro grupos: 1) los animales (N = 8), en la que el ritmo de la melatonina en suero se sincroniza con la w R y T b ritmos 2; ) De animales (N = 6), en la que el perfil de la melatonina en suero se sincroniza con la w R y T b ritmos, pero tiene un reducido (menos de 2 veces) de amplitud, y 3) los animales (N = 7) en el que la melatonina en suero Desynchronized ritmo fue de R y T w b ritmos.

Figura 1A-C muestra representativa de los registros w R, T b y los niveles de melatonina obtenidos en una rata (# 1 en la Tabla 1] que no mostraron desincronización o una reducción de la noche a día de la melatonina en suero ratio. Aunque los niveles de melatonina en los animales que pertenecen a este grupo son muy variables, todos los animales mostraron un alto noche a día ratio (Tabla 1]. Los valores medios de los parámetros circadianos de la I T w y b para este grupo de animales se muestran en la Tabla 2.

Figura 1D-F muestra dos actograms representante para w R y T b ritmos de la melatonina y de perfil para un animal (# 5 en el Cuadro 1], en la que la amplitud de la melatonina ritmo fue amortiguada (es decir, menos de 2 veces). En este grupo, los niveles pico de la melatonina mostró menos variabilidad (rango: 188-354 pg / ml) y el pico de los niveles fueron más bajos que los registrados en el grupo anterior (Cuadro 1]. Aunque en estos animales la amplitud de la melatonina ritmo se redujo, el libre funcionamiento período, la amplitud, y la de la mesor W R y T b ritmos no eran diferentes de los observados en el anterior grupo de animales (t-test, P> 0,1 en todos los casos, el cuadro 2].

Por último, la figura 1G-I muestra los registros de un animal (# 21), perteneciente al grupo en el que desincronización de la W R y T b ritmos se observó. Aunque estos animales, la melatonina tiene un perfil que se desynchronized de la W R y T b ritmos, los niveles de melatonina mostró una marcada variación más de las 24 h, y el pico de los valores no fueron diferentes de lo que se observó en los animales que no desynchronize (t - Test, P> 0,5, Tabla 1]. Aunque en estos animales, la melatonina se desynchronized ritmos de la W R y T b ritmos, no observamos ningún cambio significativo en τ, amplitud o mesor de los RW y ritmos b T (t-test, P> 0,1 en todos los casos , Tabla 2].

Discusión

La relación entre los ritmos circadianos de actividad locomotora y de la temperatura corporal ha sido investigado en varios estudios. En humanos, se ha informado de que el ritmo de la temperatura corporal es la fase avanzada con respecto al ritmo de actividad [16] y, en ocasiones, estos dos ritmos desynchronize Mayo [7, 8]. Sin embargo, estudios en otras especies de mamíferos no observar este fenómeno, ya sea en la nocturna o diurna en mamíferos [17, 18], lo que sugiere que estos animales en los ritmos circadianos de actividad locomotora y de la temperatura del cuerpo están estrechamente unidas y, muy probablemente, están controlados Por un solo marcapasos circadiano [1, 18]. Los datos obtenidos en este estudio apoyan este punto de vista, ya que indican que la w R y T b ritmos en ratas Wistar están estrechamente unidas. A pesar de que no tomaron precauciones especiales para evitar el enmascaramiento de la T b ritmo de la R w ritmo, se observó que no existen desincronización entre el R y T w b ritmos.

Nuestros resultados indican que la exposición a largo plazo a LL dim puede inducir desincronización del ritmo circadiano de la melatonina en suero, y la amplitud del ritmo circadiano de la melatonina en suero puede ser reducido drásticamente. Además, la observación de que la melatonina sigue siendo rítmica en un animal en el que w R y T b arrítmico se sugiere además que la regulación de la melatonina ritmicidad es independiente de la regulación de la actividad y funcionamiento rueda ritmos de la temperatura corporal. Estos resultados confirman y ampliar nuestro estudio reciente [15], mostrando que la alteración en algunos parámetros de la melatonina ritmo (es decir, desincronización y amplitud) no tuvo efectos en τ, de amplitud y de la mesor w R y T b ritmos. Ese resultado fue inesperado, porque se cree que la melatonina desempeña un papel importante en la regulación del sistema circadiano momento, así como de la temperatura del cuerpo [12, 14].

Reciente evidencia experimental sugiere que el SNC puede contener varios marcapasos circadiano. Por ejemplo, el ritmo circadiano de la arginina vasopresina y la liberación del polipéptido intestinal vasoactivo cultivadas en el SCN se rige por las diferentes poblaciones que pueden desynchronize los unos de los otros [19, 20]. División espontánea de la actividad locomotora en constante ritmo de luz brillante puede ser la consecuencia de las poblaciones de desincronización entre la izquierda y la derecha SNC [21]. Un muy reciente estudio utilizando un protocolo de desincronización forzada ha indicado la presencia de dos osciladores en el SCN anatómicamente subdivisiones [22], lo que sugiere que el SNC se compone de diferentes poblaciones de osciladores circadianos regionales que constituyen el control de los marcapasos circadiano productos específicos.

En los mamíferos, la glándula pineal es la principal fuente de melatonina circulante, y varios estudios han demostrado que la melatonina es la síntesis bajo el control de un marcapasos circadiano situado en el SNC a través de un itinerario multisynaptic [23]. Nuestro estudio sugiere que el marcapasos circadiano de conducción es más bien la síntesis de melatonina independiente del marcapasos circadiano (s) de conducción de la actividad locomotora y los ritmos de la temperatura corporal, ya que puede desynchronize o húmedo sin afectar a estos ritmos y, al mismo tiempo, puede permanecer rítmica Incluso en el caso de que R y T w b ritmos Mayo se convirtió en arrítmico.

Sorprendentemente, la amplitud de la reducción de la melatonina ritmo observado en varios animales (Tabla 1 y Figura 1F] fue causado por un claro aumento de los niveles basales de la melatonina y una disminución de los niveles pico. Ese resultado está bien, de acuerdo con nuestro estudio previo en el que informó de que pineal Arylalkylamine N-acetiltransferasa se reducen los niveles de ARNm en los animales expuestos a la LL dim [15], y sugiere que, en algunos animales, la señal por la que el SNC es el motor de la Ritmo circadiano de la melatonina pineal síntesis se puede reducir a largo plazo de la exposición a condiciones constantes. Sin embargo, hay que mencionar también que esta reducción en la amplitud de los ritmos de la melatonina en suero puede ser debido al hecho de que los niveles pico y valle se perdieron debido al limitado número de puntos de muestreo utilizado.

En conclusión, los datos presentados en este estudio apoyan la idea de que los mamíferos SNC se compone de una red de control que los marcapasos circadiano productos específicos, a fin de que en determinadas condiciones experimentales (es decir, la exposición constante a la luz débil o forzado desynchrony protocolos) estos marcapasos Mayo desynchronize. Nuestros datos también apoyo la idea de que en la rata los ritmos circadianos de actividad locomotora y de la temperatura del cuerpo son controlados por un único marcapasos.

Conflicto de intereses

El autor (s) declaran que no tienen interés en competencia.

Contribuciones de los autores

JA y NMB participó en la recopilación de datos y análisis de datos. JA redactado el manuscrito. GT dirigido el estudio y escribió la versión final del manuscrito. Todos los autores leído y aprobado la versión final del artículo.

Agradecimientos

Este trabajo recibió el apoyo de la NASA NCC 9-58 Acuerdo de Cooperación con el Consejo Nacional de Investigación Biomédica Espacial Instituto de GT