Effects of chronic forced circadian desynchronization on body weight and metabolism in male mice
Creators
- 1. National University of Quilmes
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Instituto Multidisciplinario de Biología Celular
Description
Physiological ReportsVolume 4, Issue 8 e12743 Original ResearchOpen Access Effects of chronic forced circadian desynchronization on body weight and metabolism in male mice Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaSearch for more papers by this authorAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaSearch for more papers by this authorAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaSearch for more papers by this authorJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaSearch for more papers by this authorDiego A. Golombek, Corresponding Author Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondence Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. Tel: +54 11 4365 7100 (5626) Fax: +544 11 4365 7101 E-mail: dgolombek@unq.edu.arSearch for more papers by this author Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaSearch for more papers by this authorAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaSearch for more papers by this authorAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaSearch for more papers by this authorJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaSearch for more papers by this authorDiego A. Golombek, Corresponding Author Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondence Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. Tel: +54 11 4365 7100 (5626) Fax: +544 11 4365 7101 E-mail: dgolombek@unq.edu.arSearch for more papers by this author First published: 28 April 2016 https://doi.org/10.14814/phy2.12743Citations: 30 Funding Information This work has been funded by Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET); Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MINCyT); Universidad Nacional de Quilmes, Argentina. AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Metabolic functions are synchronized by the circadian clock setting daily patterns of food intake, nutrient delivery, and behavioral activity. Here, we study the impact of chronic jet-lag (CJL) on metabolism, and test manipulations aimed to overcome potential alterations. We recorded weight gain in C57Bl/6 mice under chronic 6 h advances or delays of the light–dark cycle every 2 days (ChrA and ChrD, respectively). We have previously reported ChrA, but not ChrD, to induce forced desynchronization of locomotor activity rhythms in mice (Casiraghi et al. 2012). Body weight was rapidly increased under ChrA, with animals tripling the mean weight gain observed in controls by day 10, and doubling it by day 30 (6% vs. 2%, and 15% vs. 7%, respectively). Significant increases in retroperitoneal and epidydimal adipose tissue masses (172% and 61%, respectively), adipocytes size (28%), and circulating triglycerides (39%) were also detected. Daily patterns of food and water intake were abolished under ChrA. In contrast, ChrD had no effect on body weight. Wheel-running, housing of animals in groups, and restriction of food availability to hours of darkness prevented abnormal increase in body weight under ChrA. Our findings suggest that the observed alterations under ChrA may arise either from a direct effect of circadian disruption on metabolism, from desynchronization between feeding and metabolic rhythms, or both. Direction of shifts, timing of feeding episodes, and other reinforcing signals deeply affect the outcome of metabolic function under CJL. Such features should be taken into account in further studies of shift working schedules in humans. Introduction Circadian rhythms are ubiquitous in nature and are present at all levels of biological organization, regulating from cell cycle to sleep architecture, including multiple physiological and behavioral variables (Dibner et al. 2010; Golombek and Rosenstein 2010). Metabolic variables, as expected, are also controlled by the circadian system in mammals, including humans (Bailey et al. 2014). The array of central and peripheral circadian clocks keeps a tight control of energy metabolism and nutrients intake. While feeding provides the organism with energy sources essential to homeostasis, intake does not occur indistinctly across the day, but periodically based on the species natural temporal niche (diurnal or nocturnal). In general, major intake is coincident with wakefulness, locomotion, and high anabolic activity. Inversely, fasting correlates with rest and sleep, and mainly catabolic activity (Challet 2013). Homeostasis of food intake and energy metabolism in mammals is regulated by the central nervous system through a network of nuclei in the basal hypothalamus and the brain stem. In turn, these structures receive signals from peripheral tissues, as metabolites (glucose, fatty acids) and hormones (ghrelin from the stomach, leptin from adipose tissues, and insulin from the pancreas) (Bailey et al. 2014). Daily and circadian rhythms of food intake depend at least in part on the master circadian clock activity in the suprachiasmatic nuclei (SCN), since it is been long known that lesions in this region abolish feeding rhythms (van den Pol and Powley 1979) and alter metabolic variables such as the response to insulin and gluconeogenesis (Rudic et al. 2004). Moreover, mutations in the so-called clock genes can also affect the patterns of food intake (Loudon et al. 2007). Oscillations in energy expenditure and in the respiratory quotient have been well characterized (Challet 2013), and SCN lesions abolish these variations (Nagai et al. 1985). However, there are experimental evidences that point for a hierarchical SCN control of an integrated sleep-fasting-catabolism/wake-feeding-anabolism rhythm, involving secondary circadian oscillators in the brain and the digestive tract (Challet 2013). Circadian interactions between feeding and metabolism are of importance to set energy homeostasis. When animals are fasted, rhythms in circulating metabolites are maintained, demonstrating that these do not depend exclusively upon patterns of intake (Escobar et al. 1998); nevertheless, scheduled food restriction can modify these metabolic rhythms phases (Satoh et al. 2006). Availability of food can also have important effects on circadian function when it is restricted on a daily basis. Indeed, a vast amount of literature indicates the presence of a food-entrainable oscillator (FEO) regulating rhythmic anticipatory behavior to the presentation of food (Mistlberger 2011), although both the circadian nature and precise localization of such oscillator are still under study. Other features such as body temperature and corticosterone levels are synchronized by restricted feeding regimes (Mistlberger 2011). Even SCN-lesioned mice can recover certain circadian rhythmicity when fed on a periodical schedule (Mendoza 2007). Taking this bidirectional interaction between the circadian system and metabolism into account, it should not be surprising that disruption of biological rhythms impose negative effects on metabolism, leading to pathologies at various levels (Turek et al. 2005; Karatsoreos et al. 2011; Barclay et al. 2012). In the same way, metabolic disorders can alter circadian function with equally damaging consequences (Challet 2013). Human night and shift-workers are known to suffer from a diverse array of health complications (including metabolic syndrome), and recently the World Health Organization has declared shift-working as "potentially carcinogenic for human beings" (Straif et al. 2007; Golombek et al. 2013; Wang et al. 2014). The study of animal models of circadian disruption is a key tool to understand the basis of circadian stress-related disease and develop new alternatives. In this paper, we study the metabolic features of a model of forced desynchronization of the circadian system in mice through chronic jet-lag (a paradigm for shift working), that we recently developed (Casiraghi et al. 2012), and test potential strategies to prevent the complications observed in the model. Methods Animals C57Bl/6 male mice aged 3–4 months from the animal breeding facilities at the National University in La Plata (La Plata, Argentina) were used in all experiments. Upon arrival, animals were housed under a 12 h:12 h light:dark schedule (LD) with water and standard rodent diet ad libitum for at least 2 weeks before entering experimental conditions. The experimental protocols in this study were prepared according to the ARRIVE guidelines (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments), and approved by the Universidad Nacional de Quilmes IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) according to the NIH Guidelines. Experimental lighting schedules Light intensity in all schedules was set to 200–300 lux at cage level. Besides the control LD schedule already described, two chronic experimental jet-lag (CJL) schedules were used in the experiments (see [Casiraghi et al. 2012]). For chronic advancing jet-lag (ChrA), mice were subjected to a 6 h advance of the LD cycle every 2 days, accomplished through a 6 h shortening of every second dark phase. For chronic delaying jet-lag (ChrD), mice were subjected to a 6 h delay in the LD cycle every 2 days, through a 6 h lengthening of every second light phase. See Figure 1 for a schematic description of the experimental schedules. Figure 1Open in figure viewerPowerPoint Schematic design of the experimental lightning schedules: each row represents an entire day from 0 to 24 h. Darkness and light periods are indicates by the gray and clear areas, respectively. (A) ChrA consists in the chronic 6 h shortening of every two dark phases. The asterisks exemplify the times across the cycle when blood and tissue samples were obtained. (B) ChrD consists in the chronic 6 h lengthening of every two light phases. (C) RF + ChrA involves the ChrA schedule above with food availability restricted to the first (and in half the cases, only) 6 h of each dark phase (indicated with vertical stripes). Weight gain under CJL conditions All mice were 3–4 months at the start of each experiment, and were housed in individual cages (except when noted) with food and water ad libitum. Body weight and daily food intake was recorded twice a week, first through a "baseline period" under LD conditions for at least 2 weeks and then throughout the whole experimental lighting period, which starts at "day 0". The weight on day 0 for each animal was used to relativize all previous and subsequent recorded weights, by dividing them to the weight on day 0. This was performed to discard individual differences intra groups. Weight gain in groups under each of the CJL conditions tested was compared to groups of littermate animals under control LD conditions. Comparisons performed were: (1) ChrA versus LD (n = 17); (2) ChrA versus LD, with animals caged in groups of 3 or 4 (n = 22; see notes below); (3) ChrA versus LD, with running wheels available (n = 10); and (4) ChrD versus LD (n = 10). In the experiment in (2), as animals were housed in groups, it was not possible to measure food intake in individual animals. Weight and food intake recording, food and water supply, and bedding and cage changes were scheduled in accordance with the lightning schedules to avoid introducing novel cues from the external time. Food restriction to dark phases under ChrA After 2 weeks in individual cages under baseline conditions (LD, food and water ad-libitum), on day 0, the animals were divided in four groups (n = 6 for each group). Two of these were switched to ChrA, while the remaining groups were kept under the control LD schedule. One of the groups under each lighting condition was subjected to a feeding schedule in which food was made available only during the first 6 h of each dark phase of the light schedule, while water remained freely available (see Fig. 1C). In the remaining groups, individuals were fed ad libitum, although food was removed and readded to the cages along with that of the restricted groups as a sham intervention. In brief, the experiment involved the following groups: (1) mice under ChrA with food ad libitum (AL + ChrA); (2) mice under ChrA with food restricted to the dark hours (RF + ChrA); (3) mice under LD with food ad libitum (AL + LD); and (4) mice under LD with food restricted to the dark hours (RF + LD). Body weight (relative to the weight on day 0) and food intake were recorded every week. Locomotor activity rhythms To measure the general locomotor activity rhythms, infrared motion detectors were set on top of the cages and calibrated individually for each animal. Running wheel locomotor activity was measured using magnetic switches attached to the wheels. Both detectors were connected to a computer interface that records activity counts every five minutes for posterior time-series analysis (Archron, Buenos Aires, Argentina). Locomotor activity rhythms were determined for all experimental CJL schedules tested. The effect of running wheel activity, and of the restriction of food availability to darkness on locomotor rhythm synchronization under ChrA, were studied for the first time for this article. Determination of metabolic variables Mice were divided in two groups under normal LD (n = 16) or ChrA (n = 16) conditions; each group was then subdivided in groups of eight. The animals were weighted and killed by decapitation (JL30 and JL60). Samples were taken either at mid-light or mid-dark phases (see Fig. 1A). From all animals, we obtained: whole blood, whole retroperitoneal and epidydimal adipose tissues, and whole liver samples. Blood was collected in anti-coagulated tubes, while tissues were removed through dissection and stored in sterile containers by separately. Triglycerides, leptin, and glucose levels were measured in whole blood. Circulating triglycerides were determined using the TG Colour enzymatic assay (Wiener Lab, Buenos Aires, Argentina; sensitivity = 0.008 g/L, coefficient of variability = 1.82–2.11%) that involves a chromogen later detected by absorbance. Leptin was measured using a validated specific RIA assay (sensitivity = 0.05 ng/mL, coefficient of variability = 5–8%; [Giovambattista et al. 2000]). A commercial assay kit was used to measure plasma glucose levels (Bio System Lab., Buenos Aires, Argentina; sensitivity = 0.23 mg/dL). After being weighed, retroperitoneal adipose tissue was immediately fixed in 10% formaldehyde for 36 h. After fixation and dehydration, tissue samples were embedded in paraffin for histological observation, which was performed on 4–5 μm slices after hematoxylin–eosin staining. Morphometric and quantitative analyses were performed through a CCD camera coupled to the Image Pro Plus 6.0 software (Mediacy, Rockville, MD). For each sample, seven sections and three levels were chosen (4–5 animals for each group). Fifteen random microscope fields were analyzed for each section, giving a mean of 2500 total adipocytes for which the area was determined in each group through software analysis. Additionally, around JL30, we measured mean food and water intake during light and darkness phases across three nonconsecutive complete cycles in both the experimental ChrA and the LD control groups (n = 8 for each group). Statistical analysis Differences in relative weight gain curves in each experiment were analyzed through two-way analysis of variance (ANOVA), taking lighting schedules and repeated measures as factors. Differences in specific temporal points were determined using a posteriori Bonferroni contrasts. In the evaluation of restricted feeding schedules, time cuts were analyzed individually using two-way ANOVA and a posteriori Dunnett contrasts using the AL + LD group as control. For the comparison of metabolic variables, two-way ANOVA was used to analyze either differences between light and dark phases or between values at JL30 and JL60, in mice under ChrA or controls. Bonferroni contrasts were used to analyze intragroup differences in each case; that is light versus darkness or JL30 versus JL60. All the variables analyzed were studied to verify the normal distribution (Chi square test) and homogeneity of variances (Levene test) in data subsets. Hypothesis test was constructed by setting a 95% confidence level for rejecting the null hypothesis by chance (i.e., P = 0.05). ANOVA and contrasts were performed using Graph Pad Prism software (La Jolla, CA). Actograms and periodograms for the analysis of activity rhythms were performed using El Temps software (University of Barcelona, Spain). All plots presented show data as mean ± standard deviation. Results We have shown in a previous work that mice under the ChrA protocol display forced desynchronization of general locomotor activity rhythms (Fig. 2A; see [Casiraghi et al. 2012]). In short, forced desynchronized mice under this protocol display two components of locomotor activity, a short-period one (around 21.0 h) phase locked to the ChrA schedule, and a long period one (around 24.7 h) which runs in relative coordination. We also proposed a mathematical model of the dynamics of the circadian system under CJL schedules that supports the patterns of activity described (Casiraghi et al. 2012). Figure 2Open in figure viewerPowerPoint Double-plot actograms of: (A) locomotor activity of a mouse under the ChrA protocol showing two desynchronized components of activity rhythms; and (B) locomotor activity of a mouse under the ChrD protocol showing correct synchronization to the schedule. The intervals of different light schedules and the days under the experimental schedule are indicated to the left. (C, D) Relative body weight curves across over 30 days of animals: (C) under the ChrA schedule (n = 12 and 5 for the ChrA and the LD groups, respectively); and (D) under ChrD (n = 5 for each group). Day 0 indicates the day of the start of the CJL schedules, and recorded weights across the experiment are all relativized to the weight on this day for each animal. Curves were analyzed through two-way ANOVA including repeated measures as a factor. Results: (C) interaction ns., time P < 0,0001, jet-lag P < 0,01; (D) interaction ns., time P < 0,0001, jet-lag ns. Under this desynchronization protocol, mice show significantly increased body weight gain rates as compared to those of animals under control LD conditions (Fig. 2C; repeated measures two-way ANOVA: interaction ns., time under ChrA P < 0.0001, jet-lag P < 0.05). Animals under ChrA showed a mean 6% weight increase over the first 10 days and 15% by day 30 (vs. 2% and 7% in the LD group, respectively; see absolute weight values in Table 1). The effect remained consistent after over 60 and 80 days, with animals under ChrA showing a mean 25% and 28% increase in weight, respectively, versus the 15% and 16% increases observed for the control group (mean weight in grams ± SD: 60 days: ChrA = 34.5 ± 3.3, LD = 31.3 ± 2.6; 80 days: ChrA = 35.4 ± 3.7, LD = 31.6 ± 3.3). This effect was independent from total food intake, as both groups consumed similar daily amounts of food across the experiment (mean daily intake in grams ± SD: ChrA = 3.3 ± 0.3, LD = 3.5 ± 0.3; repeated measures two-way ANOVA: ns. for interaction, jet-lag and day). In contrast, animals under the delay protocol ChrD, which does not induce desynchronization of locomotor rhythms (Fig. 2B; locomotor activity shows an entrained rhythm with a period of 27 h, also characterized in [Casiraghi et al. 2012]), did not show differences in weight gain nor in food intake (mean daily intake in grams ± SD: ChrD = 3.7 ± 0.6, LD = 3.6 ± 0.4; repeated measures two-way ANOVA: ns. for interaction, jet-lag and day) when compared to littermate control mice under LD (Fig. 2D, and Table 1). Table 1. Summary of body weight evolution under different CJL protocols, indicating the n, and mean weights (±standard deviation) of each group at days 0, 10 and 30 (±1 day). The P column indicates whether differences between groups were significant according to the statistical analysis used (Chronic advances, Chronic delays, Advances plus wheel, and Advances in groups experiments: repeated measures two-way ANOVA; Restricted feeding experiment: two-way ANOVA followed by Dunnett contrasts against the AL − LD group, at day 30 [see Fig. 5]) Experiment Group n Mean weight ± SD (g) P day 0 day ~10 day ~30 Chronic advances ChrA 12 27.7 ± 1.5 29.5 ± 1.5 31.8 ± 2.6 <0.01 LD 5 27.2 ± 1.8 27.8 ± 2.0 29.1 ± 2.6 Chronic delays ChrD 5 27.6 ± 1.4 27.8 ± 0.9 29.0 ± 1.8 ns. LD 5 26.6 ± 1.2 27.0 ± 1.0 28.6 ± 0.8 Advances plus wheel ChrA + W 5 27.5 ± 1.0 27.8 ± 1.9 28.3 ± 2.2 ns. LD + W 5 28.8 ± 1.2 27.9 ± 1.1 29.3 ± 1.0 Advances in groups ChrA + G 11a 25.5 ± 2.0 26.9 ± 2.1 28.9 ± 2.2 ns. LD + G 11a 25.3 ± 1.2 26.7 ± 1.6 27.8 ± 1.6 Restricted feeding AL + ChrA 6 25.8 ± 2.2 27.7 ± 3 28.5 ± 2.9 <0.001 RF + ChrA 6 27.0 ± 1.1 27.3 ± 0.8 28.1 ± 1.2 ns. AL + LD 6 25.8 ± 1.6 26.1 ± 1.6 26.4 ± 1.0 RF + LD 6 25.1 ± 1.8 23.9 ± 1.6 25.6 ± 1.7 ns. a The 11 animals in each experimental group were housed in groups of 3 or 4 mice. We detected several metabolic alterations at different levels in animals under ChrA, some of which varied according to the time spent under the protocol (30 or 60 days after the start of ChrA; JL30 and JL60, respectively). Desynchronized mice showed increases in (mean % of increase vs. LD group): the levels of circulating triglycerides (39%), both retroperitoneal (172%) and epididymal (61%) adipose tissue masses, and in adipocytes area (28%) at JL60 (Fig. 3A–D; see Fig. 4 for histology images of adipose tissue). A slight increase in leptin levels was observed at JL60 (t-test, P < 0.05; mean at JL30 and JL6 ±SD, respectively: ChrA = 2.38 ± 1.21 ng/mL and 5.72 ± 1.52 ng/mL, LD = 2.05 ± 0.77 ng/mL and 4.17 ± 1.76 ng/mL). No differences were found in plasma glucose levels at either time point (mean at JL30 and JL60 ±SD, respectively: ChrA = 1.38 ± 0.30 mg/mL and 1.22 ± 0.21 mg/mL, LD = 1.50 ± 0.38 mg/mL and 1.33 ± 0.29 mg/mL; two-way ANOVA: interaction, day under ChrA, and jet-lag all ns.). At the behavioral level, we observed no light–dark variations in neither food nor water intake in mice under the desynchronizing protocol, in contrast to the robust patterns shown by control animals under LD which show maximal values during darkness (Fig. 3E and F). These animals also displayed a suppression of the light/dark patterns of circulating triglycerides and liver weight like those displayed by control mice (Fig. 3G and H), while they maintained light/dark variations in adipocytes area which, as stated above, was increased under ChrA (two-way ANOVA: interaction ns., light phase P < 0.0001, jet-lag P < 0.0001; Bonferroni contrasts to compare light and dark phases values within groups: LD P < 0.0001, ChrA P < 0.0001). Figure 3Open in figure viewerPowerPoint Metabolic variables after 30 and/or 60 days under the ChrA protocol. (A) Triglycerides levels in whole blood at JL30 and JL60 (n = 8 for each bar). (B) Mean retroperitoneal adipocytes area (n = 4 for each bar). (C) Retroperitoneal and (D) epidydimal adipose tissues masses (as % of body weight) (n = 8 for each bar in C–D). (E, F) Total amounts of (E) water and (F) food consumed in average during light and dark phases at JL30 in control and ChrA groups (n = 8 for both groups). (G) Triglycerides levels in whole blood at light and dark phases at JL30. (H) Liver weight (as % of body weight) at light and dark phases at JL30 (n = 4 for each bar in g and h). Two-way ANOVA analysis was performed in each case, with a posteriori Bonferroni contrasts within levels: 30 and 60 days in A–D; and LD and ChrA in E–H (asterisks indicate significant P values). Two-way ANOVA results: (A) interaction ns., day P < 0.05, jet-lag P < 0.001; (B) interaction P < 0.001, day P < 0.0001, jet-lag P < 0.05; (C) interaction P < 0.05, day P < 0.01, jet-lag P < 0.05; (D) interaction P < 0.05, day P < 0.001, jet-lag P < 0.01; (E) interaction P < 0.001, jet-lag ns., phase P < 0.01; (F)interaction P < 0.0001, jet-lag ns., phase P < 0.0001; (G) interaction P < 0.05, jet-lag P < 0.05, phase P < 0.05; (H) interaction ns., jet-lag P < 0.05, phase P < 0.01. Figure 4Open in figure viewerPowerPoint Histological analysis of retroperitoneal adipose tissue indicated an increase in adipocytes size in animals under ChrA (right) as compared to control animals under LD (left). See Figure 3B for quantification and analysis. To test if the abnormally increased weight gain observed under ChrA could be related to alterations in patterns of food intake, we designed a food restriction experiment in which animals were allowed to feed only during the first 6 h of the dark phases of their light schedule (see Methods). This restricted feeding schedule was phase locked to the ChrA schedule and because of that, to the short-period component of locomotor activity under forced desynchronization (which is entrained to ChrA; see [Casiraghi et al. 2012]). The experiment then comprised four groups of animals: the ad libitum-fed (AL) control group under LD, the restricted-feeding (RF) group under LD, the AL group under ChrA, and the RF group under ChrA. Figure 5 shows the relative weights and daily food intake at 11 days (after the acute effect of the onset of RF) and 30 days after the start of the ChrA and feeding schedules (see Table 1 for absolute weight changes). The RF protocol prevented the abnormal weight gain observed under ChrA at both time points, with no differences in food intake (mean daily intake in grams ± SD: AL + LD = 3.4 ± 0.3, RF + LD = 3.2 ± 0.3, AL + ChrA = 3.3 ± 0.4, RF + ChrA = 3.0 ± 0.3; two-way ANOVA analysis revealed no differences in intake at any of the time cuts). After 30 days, both RF + LD and RF + ChrA groups displayed weights undistinguishable from the control AL + LD group. The AL + ChrA, as expected, gained significantly more weight throughout the experiment. Interestingly, the RF schedule did not prevent the desynchronization of general locomotor activity rhythms described under ChrA (not shown). Figure 5Open in figure viewerPowerPoint Relative body weight of animals in the restricted feeding experiment, at days 11 and 30 after the start of the protocols (n = 6 for all groups). Weights were relativized to those of day 0 when protocols, lighting and/or dark phase-restricted feeding (RF), started. Data was analyzed through two-way ANOVA at specific time cuts across the experiment. Dunnett contrasts a posteriori against the control group (ad libitum fed LD group) were also performed (asterisks indicate significant P values). Two-way ANOVA results: Day 11) Weights: interaction ns., feeding P < 0,0001, jet-lag P < 0,0001; Day 30) Weights: interaction P < 0.05, feeding P < 0,01, jet-lag P < 0,001. We then studied whether reinforcing synchronization to ChrA could influence the outcome of the described alterations. We first tested the effect of wheel running on circadian behavior and metabolism under ChrA desynchronizing conditions. The inclusion of a running wheel in the cage of animals under the ChrA protocol completely abolished the desynchronization of locomotor activity rhythms. Animals displayed a single rhythmic component of running activity with a period of 21 h, phase locked to the light schedule (Fig. 6A and B). Access to the running wheel also prevented the observed changes in body weight gain when compared to animals under normal LD conditions which were also allowed to access running wheels, to control for the direct effects of exercise on body weight (Fig. 6C, and Table 1). Daily food intake did not differ between groups (mean daily intake in grams ± SD: ChrA + W = 3.4 ± 0.5, LD + W = 4.0 ± 0.3; repeated measures two-way ANOVA: ns. for interaction, jet-lag and day). Figure 6Open in figure viewerPowerPoint (A) Double-plot actogram and (B) corresponding Sokolove–Bushell periodogram of wheel running activity of a representative mouse under ChrA with access to a running wheel (ChrA + W) showing correct synchronization to the schedule (grayed areas indicate missing days of recording). The SB periodogram indicates a locomotor activity rhythm with a period of 21 h, consistent with the average period of the schedule (see [Casiraghi et al. 2012]). (C) Relative body weight curves of ChrA + W and control animals (LD + W; n = 5 for each group). Day 0 indicates the day of the start of the ChrA schedule, and recorded weights across the experiment are all relativized to the weight on day 0 for each animal. No differences between groups were found after analyzing curves through repe
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
التقارير الفسيولوجيةالمجلد 4، العدد 8 e12743 البحث الأصليآثار الوصول المفتوح لعدم التزامن اليومي القسري المزمن على وزن الجسم والتمثيل الغذائي في الفئران الذكور Leandro P. Casiraghi، Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología، Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET - CICPBA), La Plata, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET - CICPBA), La Plata, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. بيرنال، بوينس آيرس، الأرجنتينابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلف دييغو أ. غولومبيك، المؤلف المراسل دييغو أ. غولومبيك قسم العلوم والتكنولوجيا، الجامعة الوطنية للكويلم - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondence Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. هاتف: +54 11 4365 7100 (5626) فاكس: +544 11 4365 7101 البريد الإلكتروني: dgolombek@unq.edu.ar بحث لمزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف Leandro P. Casiraghi، Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología، Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET - CICPBA), La Plata, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET - CICPBA), La Plata, Argentinaابحث عن المزيد من الأبحاث لهذا المؤلفJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. بيرنال، بوينس آيرس، الأرجنتينابحث عن المزيد من الأبحاث التي كتبها هذا المؤلف دييغو أ. غولومبيك، المؤلف المراسل دييغو أ. غولومبيك قسم العلوم والتكنولوجيا، الجامعة الوطنية للكويلم - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondence Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. هاتف: +54 11 4365 7100 (5626) فاكس: +544 11 4365 7101 البريد الإلكتروني: dgolombek@unq.edu.ar البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف نشرت لأول مرة: 28 أبريل 2016 https://doi.org/10.14814/phy2.12743 اقتباسات: 30 معلومات التمويل تم تمويل هذا العمل من قبل المجلس الوطني للبحوث العلمية والتقنية (CONICET) ؛ وزير العلوم والتكنولوجيا والابتكار والإنتاج (MINCyT) ؛ الجامعة الوطنية للبحوث العلمية والتقنية، الأرجنتين. AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favouritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full - text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full - text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full - text version of this article with your friends and colleagues. معرفة المزيد .نسخ عنوان URL مشاركة الرابط مشاركة على FacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract تتم مزامنة وظائف الأيض من خلال الساعة البيولوجية التي تحدد الأنماط اليومية لتناول الطعام وتوصيل المغذيات والنشاط السلوكي. هنا، ندرس تأثير اضطراب الرحلات الجوية الطويلة المزمن (CJL) على التمثيل الغذائي، ونختبر التلاعب الذي يهدف إلى التغلب على التغييرات المحتملة. لقد سجلنا زيادة في الوزن في الفئران C57Bl/6 تحت تقدم أو تأخير مزمن لمدة 6 ساعات لدورة الضوء الداكن كل يومين (ChrA و ChrD، على التوالي). لقد أبلغنا سابقًا عن ChrA، ولكن ليس ChrD، للحث على إلغاء التزامن القسري لإيقاعات النشاط الحركي في الفئران (Casiraghi et al. 2012). تم زيادة وزن الجسم بسرعة تحت ChrA، حيث تضاعفت الحيوانات ثلاث مرات متوسط زيادة الوزن التي لوحظت في الضوابط بحلول اليوم العاشر، ومضاعفتها بحلول اليوم الثلاثين (6 ٪ مقابل 2 ٪، و 15 ٪ مقابل 7 ٪، على التوالي). كما تم الكشف عن زيادات كبيرة في كتل الأنسجة الدهنية خلف الصفاق والبطانة (172 ٪ و 61 ٪ على التوالي)، وحجم الخلايا الشحمية (28 ٪)، والدهون الثلاثية المنتشرة (39 ٪). ألغيت الأنماط اليومية لتناول الطعام والماء في ظل نظام ChrA. في المقابل، لم يكن لـ ChrD أي تأثير على وزن الجسم. أدى الركض على العجلات، وإيواء الحيوانات في مجموعات، وتقييد توافر الطعام لساعات من الظلام إلى منع الزيادة غير الطبيعية في وزن الجسم بموجب قانون حماية الطفل. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن التغييرات الملحوظة تحت ChrA قد تنشأ إما من تأثير مباشر لاضطراب الساعة البيولوجية على التمثيل الغذائي، أو من عدم التزامن بين التغذية والإيقاعات الأيضية، أو كليهما. يؤثر اتجاه التحولات وتوقيت نوبات التغذية والإشارات المعززة الأخرى تأثيرًا عميقًا على نتيجة الوظيفة الأيضية تحت CJL. يجب أن تؤخذ هذه الميزات في الاعتبار في مزيد من الدراسات لجداول عمل المناوبات في البشر. مقدمة الإيقاعات اليومية موجودة في كل مكان بطبيعتها وموجودة على جميع مستويات التنظيم البيولوجي، وتنظم من دورة الخلية إلى بنية النوم، بما في ذلك المتغيرات الفسيولوجية والسلوكية المتعددة (Dibner et al. 2010 ؛ غولومبيك وروزنشتاين 2010). كما يتم التحكم في المتغيرات الأيضية، كما هو متوقع، بواسطة النظام اليومي في الثدييات، بما في ذلك البشر (بيلي وآخرون. 2014). تحافظ مجموعة الساعات اليومية المركزية والمحيطية على تحكم محكم في استقلاب الطاقة وتناول العناصر الغذائية. في حين أن التغذية تزود الكائن الحي بمصادر الطاقة الأساسية للتوازن، إلا أن المدخول لا يحدث بشكل غير واضح على مدار اليوم، ولكنه يعتمد بشكل دوري على المكانة الزمنية الطبيعية للأنواع (النهارية أو الليلية). بشكل عام، يتزامن المدخول الرئيسي مع اليقظة والحركة والنشاط الابتنائي العالي. على العكس من ذلك، يرتبط الصيام بالراحة والنوم، وبشكل أساسي النشاط التقويضي (Challet 2013). يتم تنظيم التوازن في تناول الطعام واستقلاب الطاقة في الثدييات من قبل الجهاز العصبي المركزي من خلال شبكة من النوى في الوطاء القاعدي وجذع الدماغ. في المقابل، تتلقى هذه الهياكل إشارات من الأنسجة الطرفية، مثل المستقلبات (الجلوكوز والأحماض الدهنية) والهرمونات (الجريلين من المعدة، واللبتين من الأنسجة الدهنية، والأنسولين من البنكرياس) (بيلي وآخرون. 2014). تعتمد الإيقاعات اليومية والساعية لتناول الطعام جزئيًا على الأقل على نشاط الساعة البيولوجية الرئيسية في النوى فوق التصالبية (SCN)، حيث من المعروف منذ فترة طويلة أن الآفات في هذه المنطقة تلغي إيقاعات التغذية (van den Pol and Powley 1979) وتغير المتغيرات الأيضية مثل الاستجابة للأنسولين وتولد الجلوكوز (Rudic et al. 2004). علاوة على ذلك، يمكن أن تؤثر الطفرات في ما يسمى بجينات الساعة أيضًا على أنماط تناول الطعام (Loudon et al. 2007). تم تمييز التذبذبات في إنفاق الطاقة وفي حاصل التنفس بشكل جيد (Challet 2013)، وتلغي آفات SCN هذه الاختلافات (Nagai et al. 1985). ومع ذلك، هناك أدلة تجريبية تشير إلى تحكم هرمي في SCN لإيقاع هدم/استيقاظ استقلاب متكامل للنوم، بما في ذلك مذبذبات الساعة البيولوجية الثانوية في الدماغ والجهاز الهضمي (Challet 2013). التفاعلات اليومية بين التغذية والتمثيل الغذائي لها أهمية في ضبط توازن الطاقة. عندما تصوم الحيوانات، يتم الحفاظ على الإيقاعات في الأيضات المتداولة، مما يدل على أن هذه لا تعتمد حصريًا على أنماط المدخول (إسكوبار وآخرون. 1998) ؛ ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تقييد الطعام المجدول إلى تعديل مراحل الإيقاعات الأيضية هذه (ساتوه وآخرون. 2006). يمكن أن يكون لتوافر الطعام أيضًا تأثيرات مهمة على وظيفة الساعة البيولوجية عندما يتم تقييده يوميًا. في الواقع، تشير كمية هائلة من الأدبيات إلى وجود مذبذب قابل لإدخال الطعام (FEO) ينظم السلوك الاستباقي الإيقاعي لعرض الطعام (Mistlberger 2011)، على الرغم من أن الطبيعة اليومية والتوطين الدقيق لهذا المذبذب لا يزالان قيد الدراسة. تتم مزامنة ميزات أخرى مثل درجة حرارة الجسم ومستويات هرمون الكورتيكوستيرون من خلال أنظمة التغذية المقيدة (Mistlberger 2011). حتى الفئران المصابة بـ SCN يمكن أن تستعيد إيقاعًا معينًا للساعة البيولوجية عند إطعامها وفقًا لجدول دوري (Mendoza 2007). مع أخذ هذا التفاعل ثنائي الاتجاه بين النظام اليومي والتمثيل الغذائي في الاعتبار، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن اضطراب الإيقاعات البيولوجية يفرض تأثيرات سلبية على التمثيل الغذائي، مما يؤدي إلى أمراض على مستويات مختلفة (Turek et al. 2005 ؛ كاراتسوريوس وآخرون. 2011 ؛ باركلي وآخرون. 2012). وبنفس الطريقة، يمكن للاضطرابات الأيضية أن تغير وظيفة الساعة البيولوجية مع عواقب ضارة بنفس القدر (Challet 2013). من المعروف أن العاملين في الليل والورديات البشرية يعانون من مجموعة متنوعة من المضاعفات الصحية (بما في ذلك متلازمة التمثيل الغذائي)، وقد أعلنت منظمة الصحة العالمية مؤخرًا أن العمل بنظام الورديات "يحتمل أن يكون مسرطنًا للبشر" (Straif et al. 2007 ؛ جولومبيك وآخرون. 2013 ؛ وانغ وآخرون. 2014). تعد دراسة النماذج الحيوانية للاضطراب اليومي أداة رئيسية لفهم أساس المرض المرتبط بالإجهاد اليومي وتطوير بدائل جديدة. في هذه الورقة، ندرس السمات الأيضية لنموذج عدم التزامن القسري للنظام اليومي في الفئران من خلال تأخر السفر المزمن (نموذج للعمل بالتناوب)، الذي طورناه مؤخرًا (Casiraghi et al. 2012)، واختبار الاستراتيجيات المحتملة لمنع المضاعفات الملاحظة في النموذج. طرق تم استخدام الحيوانات C57Bl/6 ذكور فئران تتراوح أعمارهم بين 3–4 أشهر من مرافق تربية الحيوانات في الجامعة الوطنية في لا بلاتا (لا بلاتا، الأرجنتين) في جميع التجارب. عند الوصول، تم إيواء الحيوانات تحت ضوء 12 ساعة:12 ساعة: الجدول المظلم (LD) مع الماء والنظام الغذائي القياسي للقوارض حسب الرغبة لمدة أسبوعين على الأقل قبل الدخول في الظروف التجريبية. تم إعداد البروتوكولات التجريبية في هذه الدراسة وفقًا لإرشادات الوصول (البحوث الحيوانية: الإبلاغ في التجارب الحية)، وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (Universidad Nacional de Quilmes IACUC) وفقًا لإرشادات المعاهد الوطنية للصحة. جداول الإضاءة التجريبية تم ضبط شدة الضوء في جميع الجداول على 200–300 لوكس على مستوى القفص. إلى جانب جدول LD للتحكم الموصوف بالفعل، تم استخدام جدولين تجريبيين مزمنين للتأخر النفاث (CJL) في التجارب (انظر [Casiraghi et al. 2012]). بالنسبة للتأخر المزمن في السفر (ChrA)، تعرضت الفئران لتقدم 6 ساعات من دورة LD كل يومين، وتم تحقيق ذلك من خلال تقصير 6 ساعات من كل مرحلة مظلمة ثانية. بالنسبة للتأخير المزمن للتأخر النفاث (ChrD)، تعرضت الفئران لتأخير لمدة 6 ساعات في دورة LD كل يومين، من خلال إطالة لمدة 6 ساعات لكل مرحلة ضوئية ثانية. انظر الشكل 1 للحصول على وصف تخطيطي للجداول التجريبية. الشكل 1 التصميم التخطيطي المفتوح في عارض الأشكال لجداول البرق التجريبية: يمثل كل صف يومًا كاملاً من 0 إلى 24 ساعة. تشير فترات الظلام والضوء إلى المناطق الرمادية والواضحة، على التوالي. (أ) يتكون ChrA من التقصير المزمن لمدة 6 ساعات لكل مرحلتين مظلمتين. تمثل العلامات النجمية الأوقات عبر الدورة التي تم فيها الحصول على عينات الدم والأنسجة. (ب) يتكون ChrD من الإطالة المزمنة لمدة 6 ساعات لكل مرحلتين ضوئيتين. (ج) يتضمن RF + ChrA جدول ChrA أعلاه مع توفر الطعام المقيد بالأول (وفي نصف الحالات، فقط) 6 ساعات من كل مرحلة مظلمة (مشار إليها بخطوط عمودية). زيادة الوزن في ظل ظروف CJL كانت جميع الفئران من 3 إلى 4 أشهر في بداية كل تجربة، وتم وضعها في أقفاص فردية (باستثناء عندما لوحظت) مع الطعام والماء حسب الرغبة. تم تسجيل وزن الجسم وتناول الطعام اليومي مرتين في الأسبوع، أولاً من خلال "فترة خط الأساس" في ظل ظروف LD لمدة أسبوعين على الأقل ثم طوال فترة الإضاءة التجريبية بأكملها، والتي تبدأ من "اليوم 0". تم استخدام الوزن في اليوم 0 لكل حيوان لنسبة جميع الأوزان المسجلة السابقة واللاحقة، عن طريق تقسيمها إلى الوزن في اليوم 0. تم إجراء ذلك لتجاهل الاختلافات الفردية داخل المجموعات. تمت مقارنة زيادة الوزن في المجموعات تحت كل ظرف من ظروف CJL التي تم اختبارها بمجموعات الحيوانات النائمة تحت ظروف التحكم في LD. كانت المقارنات التي أجريت: (1) ChrA مقابل LD (n = 17) ؛ (2) ChrA مقابل LD، مع الحيوانات المحبوسة في مجموعات من 3 أو 4 (n = 22 ؛ انظر الملاحظات أدناه) ؛ (3) ChrA مقابل LD، مع توفر عجلات دوارة (n = 10) ؛ و (4) ChrD مقابل LD (n = 10). في التجربة في (2)، حيث تم إيواء الحيوانات في مجموعات، لم يكن من الممكن قياس تناول الطعام في الحيوانات الفردية. تم جدولة تسجيل الوزن وتناول الطعام، وإمدادات الطعام والماء، وتغيير الفراش والأقفاص وفقًا لجداول البرق لتجنب إدخال إشارات جديدة من الوقت الخارجي. تقييد الغذاء على المراحل المظلمة تحت ChrA بعد أسبوعين في أقفاص فردية في ظل ظروف خط الأساس (LD، الغذاء والماء ad - libitum)، في اليوم 0، تم تقسيم الحيوانات إلى أربع مجموعات (n = 6 لكل مجموعة). تم تحويل اثنتين من هذه إلى ChrA، في حين تم الاحتفاظ بالمجموعات المتبقية تحت جدول التعويضات المقطوعة. خضعت إحدى المجموعات تحت كل حالة إضاءة لجدول تغذية تم فيه توفير الطعام فقط خلال أول 6 ساعات من كل مرحلة مظلمة من جدول الإضاءة، بينما ظلت المياه متاحة مجانًا (انظر الشكل 1 ج). في المجموعات المتبقية، تم إطعام الأفراد حسب الرغبة، على الرغم من إزالة الطعام وقراءته في الأقفاص جنبًا إلى جنب مع المجموعات المحظورة كتدخل صوري. باختصار، تضمنت التجربة المجموعات التالية: (1) الفئران تحت ChrA مع الطعام حسب الرغبة (AL + ChrA) ؛ (2) الفئران تحت ChrA مع الطعام يقتصر على الساعات المظلمة (RF + ChrA) ؛ (3) الفئران تحت LD مع الطعام حسب الرغبة (AL + LD) ؛ و (4) الفئران تحت LD مع الطعام يقتصر على الساعات المظلمة (RF + LD). تم تسجيل وزن الجسم (بالنسبة للوزن في اليوم 0) وتناول الطعام كل أسبوع. إيقاعات النشاط الحركي لقياس إيقاعات النشاط الحركي العام، تم وضع كاشفات الحركة بالأشعة تحت الحمراء فوق الأقفاص ومعايرتها بشكل فردي لكل حيوان. تم قياس النشاط الحركي للعجلة الجارية باستخدام مفاتيح مغناطيسية متصلة بالعجلات. تم توصيل كلا الكاشفين بواجهة كمبيوتر تسجل عدد الأنشطة كل خمس دقائق لتحليل السلاسل الزمنية اللاحقة (Archron، بوينس آيرس، الأرجنتين). تم تحديد إيقاعات النشاط الحركي لجميع جداول CJL التجريبية التي تم اختبارها. تمت دراسة تأثير نشاط عجلة الركض، وتقييد توافر الغذاء للظلام على تزامن الإيقاع الحركي في ظل ChrA، لأول مرة في هذه المقالة. تحديد المتغيرات الأيضية تم تقسيم الفئران إلى مجموعتين تحت ظروف LD العادية (n = 16) أو ChrA (n = 16) ؛ ثم تم تقسيم كل مجموعة إلى مجموعات من ثمانية. تم ترجيح الحيوانات وقتلها بقطع الرأس (JL30 و JL60). تم أخذ العينات إما في مراحل منتصف الضوء أو منتصف الظلام (انظر الشكل 1 أ). من جميع الحيوانات، حصلنا على: دم كامل، وأنسجة شحمية كاملة خلف الصفاق وبدراني، وعينات كبد كاملة. تم جمع الدم في أنابيب مضادة للتخثر، بينما تمت إزالة الأنسجة من خلال التشريح وتخزينها في حاويات معقمة بشكل منفصل. تم قياس مستويات الدهون الثلاثية واللبتين والجلوكوز في الدم الكامل. تم تحديد الدهون الثلاثية المتداولة باستخدام المقايسة الأنزيمية الملونة TG (مختبر وينر، بوينس آيرس، الأرجنتين ؛ الحساسية = 0.008 جم/لتر، معامل التباين = 1.82-2.11 ٪) التي تنطوي على مولد الكروم الذي تم اكتشافه لاحقًا عن طريق الامتصاص. تم قياس اللبتين باستخدام اختبار RIA محدد تم التحقق منه (الحساسية = 0.05 نانوغرام/مل، معامل التباين = 5-8 ٪؛ [جيوفامباتيستا وآخرون. 2000]). تم استخدام مجموعة اختبار تجارية لقياس مستويات الجلوكوز في البلازما (مختبر النظام الحيوي.، بوينس آيرس، الأرجنتين ؛ الحساسية = 0.23 ملغ/ديسيلتر). بعد وزنها، تم تثبيت الأنسجة الدهنية خلف الصفاق على الفور في 10 ٪ من الفورمالديهايد لمدة 36 ساعة. بعد التثبيت والجفاف، تم تضمين عينات الأنسجة في البارافين للملاحظة النسيجية، والتي تم إجراؤها على شرائح 4–5 ميكرومتر بعد تلطيخ الهيماتوكسيلين- أيوزين. تم إجراء التحليلات المورفومترية والكمية من خلال كاميرا CCD مقترنة ببرنامج Image Pro Plus 6.0 (Mediacy، Rockville، MD). لكل عينة، تم اختيار سبعة أقسام وثلاثة مستويات (4–5 حيوانات لكل مجموعة). تم تحليل خمسة عشر حقلًا مجهرًا عشوائيًا لكل قسم، مما أعطى متوسطًا لإجمالي 2500 خلية شحمية تم تحديد المساحة لها في كل مجموعة من خلال تحليل البرامج. بالإضافة إلى ذلك، حول JL30، قمنا بقياس متوسط تناول الطعام والماء خلال مرحلتي الضوء والظلام عبر ثلاث دورات كاملة غير متتالية في كل من مجموعتي التحكم التجريبيتين ChrA و LD (n = 8 لكل مجموعة). تم تحليل الاختلافات في منحنيات زيادة الوزن النسبي في كل تجربة من خلال تحليل التباين ثنائي الاتجاه (ANOVA)، مع أخذ جداول الإضاءة والمقاييس المتكررة كعوامل. تم تحديد الاختلافات في نقاط زمنية محددة باستخدام تباين بونفيروني خلفي. في تقييم جداول التغذية المقيدة، تم تحليل تخفيضات الوقت بشكل فردي باستخدام ANOVA ثنائي الاتجاه وتناقضات Dunnett الخلفية باستخدام مجموعة AL + LD كعنصر تحكم. لمقارنة المتغيرات الأيضية، تم استخدام ANOVA ثنائي الاتجاه لتحليل إما الاختلافات بين مراحل الضوء والظلام أو بين القيم في JL30 و JL60، في الفئران تحت ChrA أو الضوابط. تم استخدام تباين بونفيروني لتحليل الاختلافات داخل المجموعة في كل حالة ؛ أي الضوء مقابل الظلام أو JL30 مقابل JL60. تمت دراسة جميع المتغيرات التي تم تحليلها للتحقق من التوزيع الطبيعي (اختبار مربع CHI) وتجانس الفروق (اختبار Levene) في مجموعات البيانات الفرعية. تم بناء اختبار الفرضية من خلال تحديد مستوى ثقة 95 ٪ لرفض الفرضية الصفرية عن طريق الصدفة (أي، P = 0.05). تم إجراء ANOVA والتباينات باستخدام برنامج Graph Pad Prism (La Jolla، CA). تم إجراء Actograms و Periodograms لتحليل إيقاعات النشاط باستخدام برنامج El Temps (جامعة برشلونة، إسبانيا). تُظهر جميع المخططات المقدمة البيانات كمتوسط ± انحراف معياري. النتائج لقد أظهرنا في عمل سابق أن الفئران بموجب بروتوكول ChrA أجبرت على إلغاء تزامن إيقاعات النشاط الحركي العام (الشكل 2A ؛ انظر [Casiraghi et al. 2012]). باختصار، تعرض الفئران غير المتزامنة القسرية بموجب هذا البروتوكول مكونين من النشاط الحركي، مرحلة قصيرة المدة (حوالي 21.0 ساعة) مقفلة بجدول ChrA، وفترة طويلة (حوالي 24.7 ساعة) تعمل بالتنسيق النسبي. كما اقترحنا نموذجًا رياضيًا لديناميكيات النظام اليومي بموجب جداول CJL التي تدعم أنماط النشاط الموصوفة (Casiraghi et al. 2012). الشكل 2 مفتوح في عارض الشكل مخططات مخطط PowerPoint المزدوجة لـ: (أ) النشاط الحركي للفأرة تحت بروتوكول ChrA الذي يظهر مكونين غير متزامنين لإيقاعات النشاط ؛ و (ب) النشاط الحركي للفأرة تحت بروتوكول ChrD الذي يظهر المزامنة الصحيحة للجدول الزمني. يشار إلى الفترات الزمنية لجداول الإضاءة المختلفة والأيام تحت الجدول التجريبي إلى اليسار. (C، D) منحنيات وزن الجسم النسبية عبر أكثر من 30 يومًا من الحيوانات: (C) بموجب جدول ChrA (n = 12 و 5 لمجموعات ChrA و LD، على التوالي) ؛ و (D) تحت ChrD (n = 5 لكل مجموعة). يشير اليوم 0 إلى يوم بدء جداول CJL، ويتم ربط الأوزان المسجلة عبر التجربة بالوزن في هذا اليوم لكل حيوان. تم تحليل المنحنيات من خلال ANOVA ثنائي الاتجاه بما في ذلك التدابير المتكررة كعامل. النتائج: (ج) التفاعل ns.، الوقت P < 0,0001، تأخر الرحلة P < 0,01 ؛ (د) التفاعل ns.، الوقت P < 0,0001، تأخر الرحلة ns. بموجب بروتوكول عدم التزامن هذا، تظهر الفئران زيادة كبيرة في معدلات زيادة وزن الجسم مقارنة بتلك الخاصة بالحيوانات الخاضعة لظروف LD (الشكل 2C ؛ التدابير المتكررة في اتجاهين ANOVA: التفاعل ns.، الوقت تحت ChrA P < 0.0001، jet - lag P < 0.05). أظهرت الحيوانات تحت ChrA متوسط زيادة في الوزن بنسبة 6 ٪ خلال الأيام العشرة الأولى و 15 ٪ بحلول اليوم 30 (مقابل 2 ٪ و 7 ٪ في مجموعة LD، على التوالي ؛ انظر قيم الوزن المطلق في الجدول 1). ظل التأثير ثابتًا بعد أكثر من 60 و 80 يومًا، حيث أظهرت الحيوانات تحت ChrA زيادة في الوزن بنسبة 25 ٪ و 28 ٪ على التوالي، مقابل الزيادات بنسبة 15 ٪ و 16 ٪ التي لوحظت لمجموعة التحكم (متوسط الوزن بالجرام ± SD: 60 يومًا: ChrA = 34.5 ± 3.3، LD = 31.3 ± 2.6 ؛ 80 يومًا: ChrA = 35.4 ± 3.7، LD = 31.6 ± 3.3). كان هذا التأثير مستقلاً عن إجمالي تناول الطعام، حيث استهلكت كلتا المجموعتين كميات يومية متشابهة من الطعام عبر التجربة (متوسط المدخول اليومي بالجرام ± SD: ChrA = 3.3 ± 0.3، LD = 3.5 ± 0.3 ؛ التدابير المتكررة في اتجاهين ANOVA: ns للتفاعل، تأخر السفر واليوم). وعلى النقيض من ذلك، فإن الحيوانات بموجب بروتوكول التأخير ChrD، الذي لا يحفز عدم تزامن الإيقاعات الحركية (الشكل 2B ؛ يُظهر النشاط الحركي إيقاعًا محبوسًا مع فترة 27 ساعة، تتميز أيضًا في [Casiraghi et al. 2012])، لم تظهر اختلافات في زيادة الوزن ولا في تناول الطعام (متوسط المدخول اليومي بالجرام ± SD: ChrD = 3.7 ± 0.6، LD = 3.6 ± 0.4 ؛ التدابير المتكررة في اتجاهين ANOVA: ns للتفاعل، تأخر السفر واليوم) عند مقارنتها بفئران التحكم في الفئران تحت LD (الشكل 2D، والجدول 1). الجدول 1. ملخص تطور وزن الجسم بموجب بروتوكولات CJL المختلفة، مع الإشارة إلى n، ومتوسط الأوزان (± الانحراف المعياري) لكل مجموعة في الأيام 0 و 10 و 30 (± يوم واحد). يشير العمود P إلى ما إذا كانت الاختلافات بين المجموعات مهمة وفقًا للتحليل الإحصائي المستخدم (التقدم المزمن، والتأخير المزمن، والتقدم زائد العجلة، والتقدم في تجارب المجموعات: التدابير المتكررة في اتجاهين ANOVA ؛ تجربة التغذية المقيدة: ANOVA في اتجاهين تليها تناقضات Dunnett ضد مجموعة AL - LD، في اليوم 30 [انظر الشكل. 5]) مجموعة التجارب n متوسط الوزن ± SD (g) P اليوم 0 اليوم ~10 اليوم ~30 السلف المزمنة ChrA 12 27.7 ± 1.5 29.5 ± 1.5 31.8 ± 2.6 <0.01 LD 5 27.2 ± 1.8 27.8 ± 2.0 29.1 ± 2.6 التأخيرات المزمنة ChrD 5 27.6 ± 1.4 27.8 ± 0.9 29.0 ± 1.8 ns. LD 5 26.6 ± 1.2 27.0 ± 1.0 28.6 ± 0.8 تقدم زائد عجلة ChrA + W 5 27.5 ± 1.0 27.8 ± 1.9 28.3 ± 2.2 ns. LD + W 5 28.8 ± 1.2 27.9 ± 1.1 29.3 ± 1.0 التقدم في مجموعات ChrA + G 11A 25.5 ± 2.0 26.9 ± 2.1 28.9 ± 2.2 ns. LD + G 11A 25.3 ± 1.2 26.7 ± 1.6 27.8 ± 1.6 تغذية مقيدة AL + ChrA 6 25.8 ± 2.2 27.7 ± 3 28.5 ± 2.9 <0.001 RF + ChrA 6 27.0 ± 1.1 27.3 ± 0.8 28.1 ± 1.2 ns. AL + LD 6 25.8 ± 1.6 26.1 ± 1.6 26.4 ± 1.0 RF + LD 6 25.1 ± 1.8 23.9 ± 1.6 25.6 ± 1.7 ns. تم إيواء الحيوانات الـ 11 في كل مجموعة تجريبية في مجموعات من 3 أو 4 فئران. اكتشفنا العديد من التغييرات الأيضية على مستويات مختلفة في الحيوانات تحت ChrA، والتي اختلف بعضها وفقًا للوقت الذي يقضيه بموجب البروتوكول (30 أو 60 يومًا بعد بدء ChrA ؛ JL30 و JL60، على التوالي). أظهرت الفئران غير المتزامنة زيادات في (متوسط النسبة المئوية للزيادة مقابل مجموعة LD): مستويات الدهون الثلاثية المنتشرة (39 ٪)، كل من كتل الأنسجة الدهنية خلف الصفاق (172 ٪) والبربخ (61 ٪)، وفي منطقة الخلايا الدهنية (28 ٪) في JL60 (الشكل. 3A - D ؛ انظر الشكل 4 للحصول على صور الأنسجة للأنسجة الدهنية). لوحظت زيادة طفيفة في مستويات اللبتين عند JL60 (اختبار t، P < 0.05 ؛ المتوسط عند JL30 و JL6 ±SD، على التوالي: ChrA = 2.38 ± 1.21 نانوغرام/مل و 5.72 ± 1.52 نانوغرام/مل، LD = 2.05 ± 0.77 نانوغرام/مل و 4.17 ± 1.76 نانوغرام/مل). لم يتم العثور على اختلافات في مستويات الجلوكوز في البلازما في أي من النقطتين الزمنيتين (المتوسط عند JL30 و JL60 ±SD، على التوالي: ChrA = 1.38 ± 0.30 مجم/مل و 1.22 ± 0.21 مجم/مل، LD = 1.50 ± 0.38 مجم/مل و 1.33 ± 0.29 مجم/مل ؛ ANOVA ثنائي الاتجاه: التفاعل، اليوم تحت ChrA، و jet - lag all ns.). على المستوى السلوكي، لم نلاحظ أي اختلافات في تناول الطعام أو الماء في الفئران بموجب بروتوكول عدم التزامن، على النقيض من الأنماط القوية التي تظهرها حيوانات التحكم تحت LD والتي تظهر قيمًا قصوى أثناء الظلام (الشكل 3E و F). كما أظهرت هذه الحيوانات قمعًا للأنماط الخفيفة/المظلمة للدهون الثلاثية المنتشرة ووزن الكبد مثل تلك التي تظهرها فئران التحكم (الشكل 3G و H)، في حين حافظوا على الاختلافات الخفيفة/المظلمة في منطقة الخلايا الشحمية التي، كما هو مذكور أعلاه، تم زيادتها تحت ChrA (ANOVA ثنائي الاتجاه: التفاعل ns.، المرحلة الخفيفة P < 0.0001، التأخر النفاث P < 0.0001 ؛ تباين Bonferroni لمقارنة قيم الأطوار الخفيفة والمظلمة داخل المجموعات: LD P < 0.0001، ChrA P < 0.0001). الشكل 3 افتح في عارض الشكلمتغيرات استقلاب PowerPoint بعد 30 و/أو 60 يومًا بموجب بروتوكول ChrA. (أ) مستويات الدهون الثلاثية في الدم الكامل عند JL30 و JL60 (العدد = 8 لكل شريط). (ب) متوسط مساحة الخلايا الشحمية خلف الصفاق (العدد = 4 لكل شريط). (ج) كتل الأنسجة الدهنية خلف الصفاق و (د) الأنسجة الدهنية فوق الدودية (كنسبة مئوية من وزن الجسم) (العدد = 8 لكل شريط في C - D). (هـ، و) إجمالي كميات (هـ) الماء و (و) الطعام المستهلك في المتوسط خلال مرحلتي الضوء والظلام في JL30 في مجموعتي التحكم و ChrA (العدد = 8 لكلا المجموعتين). (ز) مستويات الدهون الثلاثية في الدم الكامل في المراحل الخفيفة والمظلمة في JL30. (ح) وزن الكبد (كنسبة مئوية من وزن الجسم) في الأطوار الخفيفة والمظلمة في JL30 (العدد = 4 لكل شريط في g و h). تم إجراء تحليل ANOVA ثنائي الاتجاه في كل حالة، مع تباين بونفيروني خلفي داخل المستويات: 30 و 60 يومًا في A - D ؛ و LD و ChrA في E - H (تشير العلامات النجمية إلى قيم P كبيرة). نتائج أنوفا ثنائية الاتجاه: (أ) التفاعل ns.، اليوم P < 0.05، jet - lag P < 0.001 ؛ (ب) التفاعل P < 0.001، اليوم P < 0.0001، jet - lag P < 0.05 ؛ (ج) التفاعل P < 0.05، اليوم P < 0.01، jet - lag P < 0.05 ؛ (د) التفاعل P < 0.05، اليوم P < 0.001، jet - lag P < 0.01 ؛ (هـ) التفاعل P < 0.001، jet - lag ns.، المرحلة P < 0.01 ؛ (و)التفاعل P < 0.0001، jet - lag ns.، المرحلة P < 0.0001 ؛ (ز) التفاعل P < 0.05، jet - lag P < 0.05، المرحلة P < 0.05 ؛ (ح) التفاعل P < 0.05، jet - lag P < 0.01. الشكل 4 أشار التحليل النسيجي المفتوح في عارض الشكل بوربوينت للأنسجة الدهنية خلف الصفاق إلى زيادة في حجم الخلايا الشحمية في الحيوانات تحت ChrA (يمين) مقارنة بالحيوانات المراقبة تحت LD (يسار). انظر الشكل 3 ب للقياس الكمي والتحليل. لاختبار ما إذا كانت الزيادة غير الطبيعية في الوزن التي لوحظت في ظل ChrA يمكن أن تكون مرتبطة بالتغييرات في أنماط تناول الطعام، قمنا بتصميم تجربة تقييد الطعام التي يُسمح فيها للحيوانات بالتغذية فقط خلال أول 6 ساعات من المراحل المظلمة من جدول الإضاءة الخاص بها (انظر الطرق). تم تقييد جدول التغذية المقيد هذا بالمرحلة وفقًا لجدول ChrA وبسبب ذلك، إلى المكون قصير الفترة للنشاط الحركي تحت إلغاء التزامن القسري (الذي تم حصره في ChrA ؛ انظر [Casiraghi et al. 2012]). ثم شملت التجربة أربع مجموعات من الحيوانات: المجموعة الضابطة حسب الرغبة (AL) تحت LD، ومجموعة التغذية المقيدة (RF) تحت LD، ومجموعة AL تحت ChrA، ومجموعة RF تحت ChrA. يوضح الشكل 5 الأوزان النسبية وتناول الطعام اليومي في 11 يومًا (بعد التأثير الحاد لظهور التردد الراديوي) و 30 يومًا بعد بدء ChrA وجداول التغذية (انظر الجدول 1 للتغيرات المطلقة في الوزن). منع بروتوكول التردد اللاسلكي زيادة الوزن غير الطبيعية التي لوحظت تحت ChrA في كلتا النقطتين الزمنيتين، مع عدم وجود اختلافات في تناول الطعام (متوسط المدخول اليومي بالجرام ± SD: AL + LD = 3.4 ± 0.3، RF + LD = 3.2 ± 0.3، AL + ChrA = 3.3 ± 0.4، RF + ChrA = 3.0 ± 0.3 ؛ كشف تحليل ANOVA ثنائي الاتجاه عن عدم وجود اختلافات في المدخول في أي من التخفيضات الزمنية). بعد 30 يومًا، عرضت كل من مجموعات RF + LD و RF + ChrA أوزانًا لا يمكن تمييزها عن مجموعة AL + LD الضابطة. اكتسب AL + ChrA، كما هو متوقع، وزنًا أكبر بكثير طوال التجربة. ومن المثير للاهتمام أن جدول الترددات اللاسلكية لم يمنع عدم تزامن إيقاعات النشاط الحركي العام الموصوفة تحت ChrA (غير موضحة). الشكل 5 مفتوح في عارض الشكل وزن الجسم النسبي للحيوانات في تجربة التغذية المقيدة، في اليومين 11 و 30 بعد بدء البروتوكولات (العدد = 6 لجميع المجموعات). تم ربط الأوزان بتلك الخاصة باليوم 0 عندما بدأت البروتوكولات والإضاءة و/أو التغذية المقيدة بالمرحلة المظلمة (RF). تم تحليل البيانات من خلال ANOVA ثنائي الاتجاه في فترات زمنية محددة عبر التجربة. يتناقض داننيت مع المجموعة الضابطة (ad libitum fed LD group) التي تم إجراؤها أيضًا (تشير العلامات النجمية إلى قيم P كبيرة). نتائج أنوفا ثنائية الاتجاه: اليوم 11) الأوزان: التفاعل ns.، التغذية P < 0,0001، تأخر الرحلة P < 0,0001 ؛ اليوم 30) الأوزان: التفاعل P < 0.05، التغذية P < 0,01، تأخر الرحلة P < 0,001. ثم درسنا ما إذا كان تعزيز التزامن مع ChrA يمكن أن يؤثر على نتيجة التعديلات الموصوفة. اختبرنا أولاً تأثير تشغيل العجلة على سلوك الساعة البيولوجية والتمثيل الغذائي في ظل ظروف عدم التزامن ChrA. أدى إدراج عجلة دوارة في قفص الحيوانات بموجب بروتوكول ChrA إلى إلغاء تزامن إيقاعات النشاط الحركي تمامًا. عرضت الحيوانات مكونًا إيقاعيًا واحدًا لنشاط الجري مع فترة 21 ساعة، تم تثبيت الطور وفقًا لجدول الإضاءة (الشكل 6A و B). كما منع الوصول إلى عجلة الجري التغيرات الملحوظة في زيادة وزن الجسم عند مقارنتها بالحيوانات في ظل ظروف LD العادية التي سُمح لها أيضًا بالوصول إلى عجلات الجري، للتحكم في التأثيرات المباشرة للتمرين على وزن الجسم (الشكل 6C، والجدول 1). لم يختلف المدخول الغذائي اليومي بين المجموعات (متوسط المدخول اليومي بالجرام ± SD: ChrA + W = 3.4 ± 0.5، LD + W = 4.0 ± 0.3 ؛ التدابير المتكررة في اتجاهين ANOVA: ns للتفاعل، تأخر السفر واليوم). الشكل 6 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint (A) مخطط مزدوج و (B) مخطط دوري Sokolove - Bushell المقابل لنشاط تشغيل العجلات لفأرة تمثيلية تحت ChrA مع إمكانية الوصول إلى عجلة دوارة (ChrA + W) تظهر المزامنة الصحيحة للجدول الزمني (تشير المناطق الرمادية إلى أيام التسجيل المفقودة). يشير المخطط الدوري SB إلى إيقاع النشاط الحركي مع فترة 21 ساعة، بما يتفق مع متوسط فترة الجدول الزمني (انظر [Casiraghi et al. 2012]). (ج) منحنيات وزن الجسم النسبية لـ ChrA + W وحيوانات التحكم (LD + W ؛ n = 5 لكل مجموعة). يشير اليوم 0 إلى يوم بدء جدول CHRA، ويتم ربط جميع الأوزان المسجلة عبر التجربة بالوزن في اليوم 0 لكل حيوان. لم يتم العثور على اختلافات بين المجموعات بعد تحليل المنحنيات من خلال التكرارTranslated Description (French)
Physiological ReportsVolume 4, Issue 8 e12743 Original ResearchOpen Access Effects of chronic forced circadian desynchronization on body weight and metabolism in male mice Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentineRecherche pour plus d'articles par cet auteurDiego A. Golombek, auteur correspondant Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentine Correspondance Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentine. Tél : +54 11 4365 7100 (5626) Fax : +544 11 4365 7101 E-mail : dgolombek@unq.edu.arRecherchez d'autres articles de cet auteur Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentineRecherche pour plus d'articles de cet auteurJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentineRecherche pour plus d'articles par cet auteurDiego A. Golombek, auteur correspondant Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentine Correspondance Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentine. Tél : +54 11 4365 7100 (5626) Fax : +544 11 4365 7101 E-mail : dgolombek@unq.edu.arRecherche pour plus d'articles par cet auteur Première publication : 28 avril 2016 https://doi.org/10.14814/phy2.12743Citations : 30 Informations sur le financement Ce travail a été financé par le Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) ; Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MINCyT) ; Universidad Nacional de Quilmes, Argentine. AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAjouter aux favorisTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. En savoir plus.Copier l'URL Partager un lienPartager surFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Les fonctions métaboliques sont synchronisées par l'horloge circadienne qui définit les modèles quotidiens d'apport alimentaire, de livraison de nutriments et d'activité comportementale. Ici, nous étudions l'impact du décalage horaire chronique (CJL) sur le métabolisme et testons des manipulations visant à surmonter les altérations potentielles. Nous avons enregistré un gain de poids chez des souris C57Bl/6 sous des avances chroniques de 6 h ou des retards du cycle lumière-obscurité tous les 2 jours (ChrA et ChrD, respectivement). Nous avons déjà signalé que la ChrA, mais pas la ChrD, induisait une désynchronisation forcée des rythmes d'activité locomotrice chez la souris (Casiraghi et al. Le poids corporel a rapidement augmenté sous ChrA, les animaux triplant le gain de poids moyen observé chez les témoins au jour 10 et le doublant au jour 30 (6 % contre 2 % et 15 % contre 7 %, respectivement). Des augmentations significatives des masses tissulaires adipeuses rétropéritonéales et épidydimales (172 % et 61 %, respectivement), de la taille des adipocytes (28 %) et des triglycérides circulants (39 %) ont également été détectées. Les habitudes quotidiennes de consommation de nourriture et d'eau ont été abolies sous ChrA. En revanche, la ChrD n'a eu aucun effet sur le poids corporel. Le fonctionnement des roues, l'hébergement des animaux en groupes et la restriction de la disponibilité de la nourriture à des heures d'obscurité ont empêché une augmentation anormale du poids corporel sous ChrA. Nos résultats suggèrent que les altérations observées sous ChrA peuvent provenir soit d'un effet direct de la perturbation circadienne sur le métabolisme, soit de la désynchronisation entre l'alimentation et les rythmes métaboliques, soit des deux. La direction des quarts de travail, le moment des épisodes d'alimentation et d'autres signaux de renforcement affectent profondément le résultat de la fonction métabolique sous CJL. De telles caractéristiques devraient être prises en compte dans d'autres études sur les horaires de travail posté chez l'homme. Introduction Les rythmes circadiens sont omniprésents dans la nature et sont présents à tous les niveaux de l'organisation biologique, régulant du cycle cellulaire à l'architecture du sommeil, y compris de multiples variables physiologiques et comportementales (Dibner et al. 2010 ; Golombek et Rosenstein 2010). Les variables métaboliques, comme prévu, sont également contrôlées par le système circadien chez les mammifères, y compris les humains (Bailey et al. 2014). La gamme d'horloges circadiennes centrales et périphériques maintient un contrôle étroit du métabolisme énergétique et de l'apport en nutriments. Bien que l'alimentation fournisse à l'organisme des sources d'énergie essentielles à l'homéostasie, l'apport ne se produit pas indistinctement tout au long de la journée, mais périodiquement en fonction de la niche temporelle naturelle de l'espèce (diurne ou nocturne). En général, l'apport majeur coïncide avec l'éveil, la locomotion et une activité anabolique élevée. Inversement, le jeûne est corrélé au repos et au sommeil, et principalement à l'activité catabolique (Challet 2013). L'homéostasie de l'apport alimentaire et du métabolisme énergétique chez les mammifères est régulée par le système nerveux central à travers un réseau de noyaux dans l'hypothalamus basal et le tronc cérébral. À leur tour, ces structures reçoivent des signaux des tissus périphériques, sous forme de métabolites (glucose, acides gras) et d'hormones (ghréline de l'estomac, leptine des tissus adipeux et insuline du pancréas) (Bailey et al. Les rythmes quotidiens et circadiens de l'apport alimentaire dépendent au moins en partie de l'activité de l'horloge circadienne principale dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), car on sait depuis longtemps que les lésions dans cette région abolissent les rythmes d'alimentation (van den Pol et Powley 1979) et modifient les variables métaboliques telles que la réponse à l'insuline et la gluconéogenèse (Rudic et al. De plus, les mutations dans les gènes dits d'horloge peuvent également affecter les schémas d'apport alimentaire (Loudon et al. Les oscillations de la dépense énergétique et du quotient respiratoire ont été bien caractérisées (Challet 2013), et les lésions SCN abolissent ces variations (Nagai et al. Cependant, il existe des preuves expérimentales qui indiquent un contrôle hiérarchique SCN d'un rythme intégré de jeûne-sommeil-catabolisme/éveil-alimentation-anabolisme, impliquant des oscillateurs circadiens secondaires dans le cerveau et le tube digestif (Challet 2013). Les interactions circadiennes entre l'alimentation et le métabolisme sont importantes pour définir l'homéostasie énergétique. Lorsque les animaux sont à jeun, les rythmes des métabolites circulants sont maintenus, démontrant que ceux-ci ne dépendent pas exclusivement des schémas d'ingestion (Escobar et al. 1998) ; néanmoins, la restriction alimentaire programmée peut modifier ces phases des rythmes métaboliques (Satoh et al. La disponibilité de la nourriture peut également avoir des effets importants sur la fonction circadienne lorsqu'elle est restreinte quotidiennement. En effet, une grande quantité de littérature indique la présence d'un oscillateur entraînable par la nourriture (FEO) régulant le comportement rythmique anticipatoire à la présentation de la nourriture (Mistlberger 2011), bien que la nature circadienne et la localisation précise de cet oscillateur soient encore à l'étude. D'autres caractéristiques telles que la température corporelle et les niveaux de corticostérone sont synchronisées par des régimes alimentaires restreints (Mistlberger 2011). Même les souris à lésions SCN peuvent retrouver une certaine rythmicité circadienne lorsqu'elles sont nourries selon un calendrier périodique (Mendoza 2007). Compte tenu de cette interaction bidirectionnelle entre le système circadien et le métabolisme, il ne devrait pas être surprenant que la perturbation des rythmes biologiques impose des effets négatifs sur le métabolisme, conduisant à des pathologies à différents niveaux (Turek et al. 2005 ; Karatsoreos et al. 2011 ; Barclay et al. De la même manière, les troubles métaboliques peuvent altérer la fonction circadienne avec des conséquences tout aussi dommageables (Challet 2013). Les travailleurs de nuit et les travailleurs postés sont connus pour souffrir d'un large éventail de complications de santé (y compris le syndrome métabolique), et récemment, l'Organisation mondiale de la santé a déclaré que le travail posté était « potentiellement cancérogène pour les êtres humains » (Straif et al. 2007 ; Golombek et al. 2013 ; Wang et al. 2014). L'étude des modèles animaux de perturbation circadienne est un outil clé pour comprendre la base des maladies liées au stress circadien et développer de nouvelles alternatives. Dans cet article, nous étudions les caractéristiques métaboliques d'un modèle de désynchronisation forcée du système circadien chez la souris par le décalage horaire chronique (un paradigme pour le travail posté), que nous avons récemment développé (Casiraghi et al. 2012), et testons des stratégies potentielles pour prévenir les complications observées dans le modèle. Méthodes Des souris mâles C57Bl/6 animales âgées de 3 à 4 mois provenant des installations d'élevage de l'Université nationale de La Plata (La Plata, Argentine) ont été utilisées dans toutes les expériences. À l'arrivée, les animaux ont été hébergés sous un programme de 12 h :12 h clair :sombre (LD) avec de l'eau et un régime standard de rongeurs ad libitum pendant au moins 2 semaines avant d'entrer dans des conditions expérimentales. Les protocoles expérimentaux de cette étude ont été préparés selon les directives ARRIVE (Animal Research : Reporting In Vivo Experiments), et approuvés par l'Universidad Nacional de Quilmes IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) selon les directives NIH. Horaires d'éclairage expérimental L'intensité lumineuse dans tous les horaires a été fixée à 200–300 lux au niveau de la cage. Outre le calendrier de LD témoin déjà décrit, deux calendriers expérimentaux chroniques de décalage horaire (CJL) ont été utilisés dans les expériences (voir [Casiraghi et al. 2012]). Pour le décalage horaire chronique (ChrA), les souris ont été soumises à une avance de 6 h du cycle LD tous les 2 jours, accomplie par un raccourcissement de 6 h d'une phase sombre sur deux. Pour le décalage horaire retardateur chronique (CHRD), les souris ont été soumises à un retard de 6 h dans le cycle LD tous les 2 jours, par un allongement de 6 h d'une phase légère sur deux. Voir la figure 1 pour une description schématique des calendriers expérimentaux. Figure 1Ouvrir dans la visionneuse de figuresConception schématique PowerPoint des programmes expérimentaux de foudre : chaque ligne représente une journée entière de 0 à 24 h. Les périodes d'obscurité et de lumière sont indiquées respectivement par les zones grises et claires. (A) La ChrA consiste en un raccourcissement chronique de 6 h toutes les deux phases sombres. Les astérisques illustrent les moments du cycle où des échantillons de sang et de tissus ont été obtenus. (B) La ChrD consiste en l'allongement chronique de 6 h toutes les deux phases légères. (C) RF + ChrA implique le calendrier ChrA ci-dessus avec une disponibilité de nourriture limitée à la première (et dans la moitié des cas, seulement) 6 h de chaque phase sombre (indiquée par des bandes verticales). Prise de poids dans des conditions CJL Toutes les souris avaient 3–4 mois au début de chaque expérience et étaient logées dans des cages individuelles (sauf indication contraire) avec de la nourriture et de l'eau ad libitum. Le poids corporel et l'apport alimentaire quotidien ont été enregistrés deux fois par semaine, d'abord pendant une « période de référence » dans des conditions de DL pendant au moins 2 semaines, puis pendant toute la période d'éclairage expérimental, qui commence au « jour 0 ». Le poids au jour 0 pour chaque animal a été utilisé pour relativiser tous les poids enregistrés précédents et suivants, en les divisant par le poids au jour 0. Cela a été effectué pour éliminer les différences individuelles intra-groupes. La prise de poids dans les groupes dans chacune des conditions CJL testées a été comparée à des groupes d'animaux en couches dans des conditions LD témoins. Les comparaisons effectuées étaient : (1) ChrA par rapport à la LD (n = 17) ; (2) ChrA par rapport à la LD, avec des animaux en cage dans des groupes de 3 ou 4 (n = 22 ; voir les notes ci-dessous) ; (3) ChrA par rapport à la LD, avec des roues de roulement disponibles (n = 10) ; et (4) ChrD par rapport à la LD (n = 10). Dans l'expérience de (2), comme les animaux étaient hébergés en groupes, il n'a pas été possible de mesurer l'apport alimentaire chez les animaux individuels. L'enregistrement du poids et de la consommation de nourriture, l'approvisionnement en nourriture et en eau, ainsi que les changements de literie et de cage ont été programmés conformément aux calendriers de foudre pour éviter d'introduire de nouveaux signaux provenant de l'heure extérieure. Restriction alimentaire aux phases sombres sous ChrA Après 2 semaines dans des cages individuelles dans des conditions de base (LD, nourriture et eau ad-libitum), au jour 0, les animaux ont été divisés en quatre groupes (n = 6 pour chaque groupe). Deux d'entre eux ont été passés à ChrA, tandis que les groupes restants ont été maintenus sous le calendrier de LD de contrôle. Un des groupes sous chaque condition d'éclairage a été soumis à un programme d'alimentation dans lequel la nourriture n'était mise à disposition que pendant les 6 premières heures de chaque phase sombre du programme d'éclairage, tandis que l'eau restait librement disponible (voir Fig. 1C). Dans les groupes restants, les individus ont été nourris ad libitum, bien que la nourriture ait été retirée et lue dans les cages avec celle des groupes restreints comme une intervention fictive. En bref, l'expérience a impliqué les groupes suivants : (1) des souris sous ChrA avec de la nourriture ad libitum (AL + ChrA) ; (2) des souris sous ChrA avec de la nourriture limitée aux heures sombres (RF + ChrA) ; (3) des souris sous LD avec de la nourriture ad libitum (AL + LD) ; et (4) des souris sous LD avec de la nourriture limitée aux heures sombres (RF + LD). Le poids corporel (par rapport au poids au jour 0) et l'apport alimentaire ont été enregistrés chaque semaine. Rythmes de l'activité locomotrice Pour mesurer les rythmes de l'activité locomotrice générale, des détecteurs de mouvement infrarouges ont été placés sur le dessus des cages et calibrés individuellement pour chaque animal. L'activité locomotrice des roues de roulement a été mesurée à l'aide d'interrupteurs magnétiques fixés aux roues. Les deux détecteurs ont été connectés à une interface informatique qui enregistre les comptes d'activité toutes les cinq minutes pour l'analyse des séries chronologiques postérieures (Archron, Buenos Aires, Argentine). Les rythmes d'activité locomotrice ont été déterminés pour tous les programmes expérimentaux de CJL testés. L'effet de l'activité de la roue en marche et de la restriction de la disponibilité de la nourriture à l'obscurité sur la synchronisation du rythme locomoteur sous ChrA ont été étudiés pour la première fois pour cet article. Détermination des variables métaboliques Les souris ont été divisées en deux groupes dans des conditions normales de LD (n = 16) ou de ChrA (n = 16) ; chaque groupe a ensuite été subdivisé en groupes de huit. Les animaux ont été pesés et tués par décapitation (JL30 et JL60). Les échantillons ont été prélevés soit à mi-jour, soit à mi-obscurité (voir Fig. 1A). De tous les animaux, nous avons obtenu : du sang total, des tissus adipeux rétropéritonéaux et épidydimaux entiers et des échantillons de foie entier. Le sang a été prélevé dans des tubes anticoagulés, tandis que les tissus ont été prélevés par dissection et stockés dans des récipients stériles séparément. Les taux de triglycérides, de leptine et de glucose ont été mesurés dans le sang total. Les triglycérides circulants ont été déterminés à l'aide du test enzymatique TG Colour (Wiener Lab, Buenos Aires, Argentine ; sensibilité = 0,008 g/L, coefficient de variabilité = 1,82-2,11 %) qui implique un chromogène détecté ultérieurement par absorbance. La leptine a été mesurée à l'aide d'un test RIA spécifique validé (sensibilité = 0,05 ng/mL, coefficient de variabilité = 5–8% ; [Giovambattista et al. 2000]). Un kit de dosage commercial a été utilisé pour mesurer les taux de glucose plasmatique (Bio System Lab., Buenos Aires, Argentine ; sensibilité = 0,23 mg/dL). Après avoir été pesé, le tissu adipeux rétropéritonéal a été immédiatement fixé dans du formaldéhyde à 10% pendant 36 h. Après fixation et déshydratation, des échantillons de tissus ont été inclus dans de la paraffine pour l'observation histologique, qui a été réalisée sur des tranches de 4–5 μm après coloration à l'hématoxyline-éosine. Des analyses morphométriques et quantitatives ont été effectuées à l'aide d'une caméra CCD couplée au logiciel Image Pro Plus 6.0 (Mediacy, Rockville, MD). Pour chaque échantillon, sept sections et trois niveaux ont été choisis (4–5 animaux pour chaque groupe). Quinze champs microscopiques aléatoires ont été analysés pour chaque section, donnant une moyenne de 2500 adipocytes totaux pour lesquels la surface a été déterminée dans chaque groupe par analyse logicielle. De plus, autour de JL30, nous avons mesuré la consommation moyenne de nourriture et d'eau pendant les phases de lumière et d'obscurité sur trois cycles complets non consécutifs dans les groupes de contrôle expérimental ChrA et LD (n = 8 pour chaque groupe). Analyse statistique Les différences dans les courbes de gain de poids relatif dans chaque expérience ont été analysées par analyse bidirectionnelle de la variance (ANOVA), en prenant comme facteurs les horaires d'éclairage et les mesures répétées. Les différences de points temporels spécifiques ont été déterminées à l'aide de contrastes de Bonferroni a posteriori. Dans l'évaluation des horaires d'alimentation restreints, les coupures de temps ont été analysées individuellement en utilisant l'ANOVA bidirectionnelle et les contrastes de Dunnett a posteriori en utilisant le groupe AL + LD comme contrôle. Pour la comparaison des variables métaboliques, l'ANOVA bidirectionnelle a été utilisée pour analyser soit les différences entre les phases claire et sombre, soit entre les valeurs à JL30 et JL60, chez les souris sous ChrA ou témoins. Les contrastes de Bonferroni ont été utilisés pour analyser les différences intragroupes dans chaque cas ; c'est-à-dire la lumière par rapport à l'obscurité ou JL30 par rapport à JL60. Toutes les variables analysées ont été étudiées pour vérifier la distribution normale (test du Chi carré) et l'homogénéité des variances (test de Levene) dans les sous-ensembles de données. Le test d'hypothèse a été construit en fixant un niveau de confiance de 95 % pour rejeter l'hypothèse nulle par hasard (c.-à-d., P = 0,05). L'ANOVA et les contrastes ont été effectués à l'aide du logiciel Graph Pad Prism (La Jolla, CA). Des actuogrammes et des périodogrammes pour l'analyse des rythmes d'activité ont été réalisés à l'aide du logiciel El Temps (Université de Barcelone, Espagne). Tous les graphiques présentés montrent les données sous forme de moyenne ± écart type. Résultats Nous avons montré dans un travail antérieur que les souris sous le protocole ChrA affichent une désynchronisation forcée des rythmes d'activité locomotrice générale (Fig. 2A ; voir [Casiraghi et al. En bref, les souris désynchronisées forcées selon ce protocole présentent deux composantes de l'activité locomotrice, une phase de courte durée (environ 21,0 h) verrouillée sur le calendrier ChrA, et une phase de longue durée (environ 24,7 h) qui fonctionne en coordination relative. Nous avons également proposé un modèle mathématique de la dynamique du système circadien sous les calendriers CJL qui soutient les modèles d'activité décrits (Casiraghi et al. 2012). Figure 2Ouvrir dans la figure viewerPowerPoint Actogrammes à double tracé de : (A) l'activité locomotrice d'une souris sous le protocole ChrA montrant deux composantes désynchronisées des rythmes d'activité ; et (B) l'activité locomotrice d'une souris sous le protocole ChrD montrant une synchronisation correcte avec le calendrier. Les intervalles des différents horaires d'éclairage et les jours sous l'horaire expérimental sont indiqués à gauche. (C, D) Courbes de poids corporel relatif sur plus de 30 jours d'animaux : (C) selon le programme ChrA (n = 12 et 5 pour les groupes ChrA et LD, respectivement) ; et (D) sous ChrD (n = 5 pour chaque groupe). Le jour 0 indique le jour du début des horaires CJL, et les poids enregistrés dans l'expérience sont tous relativisés par rapport au poids de ce jour pour chaque animal. Les courbes ont été analysées par ANOVA bidirectionnelle en incluant des mesures répétées comme facteur. Résultats : (C) interaction ns., temps P < 0,0001, décalage horaire P < 0,01 ; (D) interaction ns., temps P < 0,0001, décalage horaire ns. Dans le cadre de ce protocole de désynchronisation, les souris présentent des taux de gain de poids corporel significativement accrus par rapport à ceux des animaux dans des conditions de LD témoin (Fig. 2C ; mesures répétées ANOVA bidirectionnelle : interaction ns., temps sous ChrA P < 0,0001, jet-lag P < 0,05). Les animaux sous ChrA ont montré une augmentation de poids moyenne de 6% au cours des 10 premiers jours et de 15% au jour 30 (contre 2% et 7% dans le groupe LD, respectivement ; voir les valeurs de poids absolues dans le tableau 1). L'effet est resté constant après plus de 60 et 80 jours, les animaux sous ChrA montrant une augmentation moyenne de 25 % et 28 % du poids, respectivement, par rapport aux augmentations de 15 % et 16 % observées pour le groupe témoin (poids moyen en grammes ± ET : 60 jours : ChrA = 34,5 ± 3,3, LD = 31,3 ± 2,6 ; 80 jours : ChrA = 35,4 ± 3,7, LD = 31,6 ± 3,3). Cet effet était indépendant de l'apport alimentaire total, car les deux groupes ont consommé des quantités quotidiennes similaires de nourriture au cours de l'expérience (apport quotidien moyen en grammes ± ET : ChrA = 3,3 ± 0,3, LD = 3,5 ± 0,3 ; mesures répétées de l'ANOVA bidirectionnelle : ns. pour l'interaction, le décalage horaire et le jour). En revanche, les animaux sous le protocole de retard ChrD, qui n'induit pas de désynchronisation des rythmes locomoteurs (Fig. 2B ; l'activité locomotrice montre un rythme entraîné avec une période de 27 h, également caractérisée dans [Casiraghi et al. 2012]), n'a pas montré de différences dans la prise de poids ni dans l'apport alimentaire (apport quotidien moyen en grammes ± ET : ChrD = 3,7 ± 0,6, LD = 3,6 ± 0,4 ; mesures répétées de l'ANOVA bidirectionnelle : ns. pour l'interaction, le décalage horaire et le jour) par rapport aux souris témoins à la naissance sous LD (Fig. 2D et tableau 1). Tableau 1. Résumé de l'évolution du poids corporel sous différents protocoles CJL, indiquant les poids n et moyens (±écart type) de chaque groupe aux jours 0, 10 et 30 (±1 jour). La colonne P indique si les différences entre les groupes étaient significatives selon l'analyse statistique utilisée (Avances chroniques, Retards chroniques, Avances plus roue et Avances dans les expériences de groupes : mesures répétées ANOVA bidirectionnelle ; Expérience d'alimentation restreinte : ANOVA bidirectionnelle suivie de Contrastes de Dunnett contre le groupe AL − LD, au jour 30 [voir Fig. 5]) Groupe expérimental n Poids moyen ± ET (g) P jour 0 jour ~10 jour ~30 Avances chroniques ChrA 12 27,7 ± 1,5 29,5 ± 1,5 31,8 ± 2,6 <0,01 DL 5 27,2 ± 1,8 27,8 ± 2,0 29,1 ± 2,6 Retards chroniques ChrD 5 27,6 ± 1,4 27,8 ± 0,9 29,0 ± 1,8 ns. LD 5 26,6 ± 1,2 27,0 ± 1,0 28,6 ± 0,8 Avances plus roue ChrA + W 5 27,5 ± 1,0 27,8 ± 1,9 28,3 ± 2,2 ns. LD + W 5 28,8 ± 1,2 27,9 ± 1,1 29,3 ± 1,0 Avancées dans les groupes ChrA + G 11a 25,5 ± 2,0 26,9 ± 2,1 28,9 ± 2,2 ns. LD + G 11a 25,3 ± 1,2 26,7 ± 1,6 27,8 ± 1,6 Alimentation restreinte AL + ChrA 6 25,8 ± 2,2 27,7 ± 3 28,5 ± 2,9 <0,001 RF + ChrA 6 27,0 ± 1,1 27,3 ± 0,8 28,1 ± 1,2 ns. AL + LD 6 25,8 ± 1,6 26,1 ± 1,6 26,4 ± 1,0 RF + LD 6 25,1 ± 1,8 23,9 ± 1,6 25,6 ± 1,7 ns. a Les 11 animaux de chaque groupe expérimental ont été hébergés dans des groupes de 3 ou 4 souris. Nous avons détecté plusieurs altérations métaboliques à différents niveaux chez les animaux sous ChrA, dont certaines variaient en fonction du temps passé sous le protocole (30 ou 60 jours après le début de ChrA ; JL30 et JL60, respectivement). Les souris désynchronisées ont montré des augmentations de (% moyen d'augmentation par rapport au groupe LD) : les taux de triglycérides circulants (39%), à la fois rétropéritonéaux (172%) et épididymaires (61%) des masses de tissu adipeux, et de la surface des adipocytes (28%) à JL60 (Fig. 3A–D ; voir Fig. 4 pour les images histologiques du tissu adipeux). Une légère augmentation des taux de leptine a été observée à JL60 (test t, P < 0,05 ; moyenne à JL30 et JL6 ±ET, respectivement : ChrA = 2,38 ± 1,21 ng/mL et 5,72 ± 1,52 ng/mL, LD = 2,05 ± 0,77 ng/mL et 4,17 ± 1,76 ng/mL). Aucune différence n'a été trouvée dans les taux de glucose plasmatique à l'un ou l'autre point dans le temps (moyenne à JL30 et JL60 ±ET, respectivement : ChrA = 1,38 ± 0,30 mg/mL et 1,22 ± 0,21 mg/mL, LD = 1,50 ± 0,38 mg/mL et 1,33 ± 0,29 mg/mL ; ANOVA bidirectionnelle : interaction, jour sous ChrA et décalage horaire toutes les ns). Au niveau comportemental, nous n'avons observé aucune variation lumière-obscurité dans la consommation de nourriture ou d'eau chez les souris sous le protocole de désynchronisation, contrairement aux modèles robustes présentés par les animaux témoins sous LD qui montrent des valeurs maximales pendant l'obscurité (Fig. 3E et F). Ces animaux présentaient également une suppression des schémas lumière/obscurité des triglycérides circulants et du poids du foie comme ceux affichés par les souris témoins (Fig. 3G et H), tout en maintenant des variations lumière/obscurité dans la zone adipocytaire qui, comme indiqué ci-dessus, était augmentée sous ChrA (ANOVA bidirectionnelle : interaction ns., phase légère P < 0,0001, décalage horaire P < 0,0001 ; contraste de Bonferroni pour comparer les valeurs des phases claire et sombre au sein des groupes : LD P < 0,0001, ChrA P < 0,0001). Figure 3Ouvrir dans la visionneuse de figuresVariables métaboliques PowerPoint après 30 et/ou 60 jours sous le protocole ChrA. (A) Taux de triglycérides dans le sang total à JL30 et JL60 (n = 8 pour chaque barre). (B) Surface moyenne des adipocytes rétropéritonéaux (n = 4 pour chaque barre). (C) Masses de tissus adipeux rétropéritonéaux et (D) épidydimaux (en % du poids corporel) (n = 8 pour chaque barre en C–D). (E, F) Quantités totales d'eau (E) et d'aliments (F) consommées en moyenne pendant les phases claires et sombres à JL30 dans les groupes témoins et ChrA (n = 8 pour les deux groupes). (G) Taux de triglycérides dans le sang total aux phases claire et foncée à JL30. (H) Poids du foie (en % du poids corporel) aux phases claire et foncée à JL30 (n = 4 pour chaque barre en g et h). Une analyse ANOVA bidirectionnelle a été réalisée dans chaque cas, avec des contrastes de Bonferroni a posteriori à l'intérieur des niveaux : 30 et 60 jours en A-J ; et LD et ChrA en E–H (les astérisques indiquent des valeurs de P significatives). Résultats ANOVA bidirectionnels : (A) interaction ns., jour P < 0,05, décalage horaire P < 0,001 ; (B) interaction P < 0,001, jour P < 0,0001, décalage horaire P < 0,05 ; (C) interaction P < 0,05, jour P < 0,01, décalage horaire P < 0,05 ; (D) interaction P < 0,05, jour P < 0,001, décalage horaire P < 0,01 ; (E) interaction P < 0,001, décalage horaire ns., phase P < 0,01 ; (F)interaction P < 0,0001, décalage horaire ns., phase P < 0,0001 ; (G) interaction P < 0,05, décalage horaire P < 0,05, phase P < 0,05 ; (H) interaction ns., décalage horaire P < 0,05, phase P < 0,01. Figure 4Open in figure viewerPowerPoint L'analyse histologique du tissu adipeux rétropéritonéal a indiqué une augmentation de la taille des adipocytes chez les animaux sous ChrA (à droite) par rapport aux animaux témoins sous LD (à gauche). Voir la figure 3B pour la quantification et l'analyse. Pour tester si la prise de poids anormalement accrue observée sous ChrA pouvait être liée à des altérations des schémas d'apport alimentaire, nous avons conçu une expérience de restriction alimentaire dans laquelle les animaux n'étaient autorisés à se nourrir que pendant les 6 premières heures des phases sombres de leur programme de lumière (voir Méthodes). Ce programme d'alimentation restreint a été verrouillé en phase avec le programme ChrA et, de ce fait, avec la composante à courte période de l'activité locomotrice sous désynchronisation forcée (qui est entraînée vers ChrA ; voir [Casiraghi et al. 2012]). L'expérience comprenait alors quatre groupes d'animaux : le groupe témoin ad libitum-fed (AL) sous LD, le groupe à alimentation restreinte (RF) sous LD, le groupe AL sous ChrA et le groupe RF sous ChrA. La figure 5 montre les poids relatifs et la prise alimentaire quotidienne à 11 jours (après l'effet aigu de l'apparition de la RF) et 30 jours après le début du ChrA et des programmes d'alimentation (voir le tableau 1 pour les changements de poids absolus). Le protocole RF a empêché le gain de poids anormal observé sous ChrA aux deux points temporels, sans différence dans l'apport alimentaire (apport quotidien moyen en grammes ± ET : AL + LD = 3,4 ± 0,3, RF + LD = 3,2 ± 0,3, AL + ChrA = 3,3 ± 0,4, RF + ChrA = 3,0 ± 0,3 ; l'analyse ANOVA bidirectionnelle n'a révélé aucune différence dans l'apport à aucune des réductions de temps). Après 30 jours, les groupes RF + LD et RF + ChrA présentaient des poids indiscernables du groupe témoin AL + LD. L'AL + ChrA, comme prévu, a pris beaucoup plus de poids tout au long de l'expérience. Fait intéressant, le programme RF n'a pas empêché la désynchronisation des rythmes d'activité locomotrice générale décrits sous ChrA (non représentés). Figure 5Open in figure viewerPowerPoint Poids corporel relatif des animaux dans l'expérience d'alimentation restreinte, aux jours 11 et 30 après le début des protocoles (n = 6 pour tous les groupes). Les poids ont été relativisés à ceux du jour 0 lorsque les protocoles, l'éclairage et/ou l'alimentation à phase restreinte (RF) sombre, ont commencé. Les données ont été analysées par ANOVA bidirectionnelle à des intervalles de temps spécifiques à travers l'expérience. Des contrastes de Dunnett a posteriori par rapport au groupe témoin (groupe LD nourri ad libitum) ont également été réalisés (les astérisques indiquent des valeurs de P significatives). Résultats ANOVA bidirectionnels : Jour 11) Poids : interaction ns., alimentation P < 0,0001, décalage horaire P < 0,0001 ; Jour 30) Poids : interaction P < 0,05, alimentation P < 0,01, décalage horaire P < 0,001. Nous avons ensuite étudié si le renforcement de la synchronisation avec ChrA pouvait influencer le résultat des altérations décrites. Nous avons d'abord testé l'effet du roulement de roue sur le comportement circadien et le métabolisme dans des conditions de désynchronisation de ChrA. L'inclusion d'une roue de roulement dans la cage des animaux sous le protocole ChrA a complètement aboli la désynchronisation des rythmes d'activité locomotrice. Les animaux présentaient une seule composante rythmique de l'activité de course avec une période de 21 h, phase verrouillée au programme d'éclairage (Fig. 6A et B). L'accès à la roue de roulement a également empêché les changements observés dans le gain de poids corporel par rapport aux animaux dans des conditions normales de LD qui étaient également autorisés à accéder aux roues de roulement, pour contrôler les effets directs de l'exercice sur le poids corporel (Fig. 6C et tableau 1). L'apport alimentaire quotidien ne différait pas entre les groupes (apport quotidien moyen en grammes ± ET : ChrA + W = 3,4 ± 0,5, LD + W = 4,0 ± 0,3 ; mesures répétées de l'ANOVA bidirectionnelle : ns. pour l'interaction, le décalage horaire et le jour). Figure 6Ouvrir dans la visionneuse de figuresPowerPoint (A) Actogramme à double tracé et (B) périodogramme Sokolove-Bushell correspondant de l'activité de roulement de roue d'une souris représentative sous ChrA avec accès à une roue de roulement (ChrA + W) montrant une synchronisation correcte avec le calendrier (les zones grisées indiquent les jours d'enregistrement manquants). Le périodogramme SB indique un rythme d'activité locomotrice avec une période de 21 h, compatible avec la période moyenne du planning (voir [Casiraghi et al. 2012]). (C) Courbes de poids corporel relatif des animaux ChrA + W et témoins (LD + W ; n = 5 pour chaque groupe). Le jour 0 indique le jour du début du programme ChrA, et les poids enregistrés dans l'expérience sont tous relativisés au poids du jour 0 pour chaque animal. Aucune différence entre les groupes n'a été trouvée après avoir analysé les courbes en les répétantTranslated Description (Spanish)
Informes fisiológicosVolumen 4, Número 8 e12743 Investigación originalAcceso abierto Efectos de la desincronización circadiana forzada crónica sobre el peso corporal y el metabolismo en ratones machos Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaBuscar más artículos de este autorAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaBuscar más artículos de este autorAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaBuscar más artículos de este autorJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaBuscar más artículos de este autorDiego A. Golombek, Autor Correspondiente Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondencia Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. Tel: +54 11 4365 7100 (5626) Fax: +544 11 4365 7101 E-mail: dgolombek@unq.edu.arBusque más artículos de este autor Leandro P. Casiraghi, Leandro P. Casiraghi Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaBuscar más artículos de este autorAna Alzamendi, Ana Alzamendi Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaBuscar más artículos de este autorAndrés Giovambattista, Andrés Giovambattista Unidad de Neuroendocrinología, IMBICE (CONICET-CICPBA), La Plata, ArgentinaBuscar más artículos de este autorJuan J. Chiesa, Juan J. Chiesa Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, ArgentinaBuscar más artículos de este autorDiego A. Golombek, Autor Correspondiente Diego A. Golombek Departamento de Ciencia y Tecnología, Universidad Nacional de Quilmes - CONICET. Bernal, Buenos Aires, Argentina Correspondencia Diego Andrés Golombek, Roque Sáenz Peña 353, B1876BXD Bernal, Buenos Aires, Argentina. Tel: +54 11 4365 7100 (5626) Fax: +544 11 4365 7101 E-mail: dgolombek@unq.edu.arBusque más artículos de este autor Primera publicación: 28 de abril de 2016 https://doi.org/10.14814/phy2.12743Citations: 30 Funding Information Este trabajo ha sido financiado por el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET); Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva (MINCyT); Universidad Nacional de Quilmes, Argentina. AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Más información.Copiar URL Compartir un enlaceCompartir enFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Las funciones metabólicas están sincronizadas por el reloj circadiano que establece patrones diarios de ingesta de alimentos, suministro de nutrientes y actividad conductual. Aquí, estudiamos el impacto del jet-lag crónico (CJL) en el metabolismo y probamos manipulaciones destinadas a superar posibles alteraciones. Registramos el aumento de peso en ratones C57Bl/6 bajo avances crónicos de 6 h o retrasos del ciclo luz-oscuridad cada 2 días (ChrA y ChrD, respectivamente). Hemos informado previamente que ChrA, pero no ChrD, induce la desincronización forzada de los ritmos de actividad locomotora en ratones (Casiraghi et al. 2012). El peso corporal aumentó rápidamente bajo ChrA, con animales que triplicaron el aumento de peso medio observado en los controles en el día 10 y lo duplicaron en el día 30 (6% frente a 2% y 15% frente a 7%, respectivamente). También se detectaron aumentos significativos en las masas de tejido adiposo retroperitoneal y epididimal (172% y 61%, respectivamente), el tamaño de los adipocitos (28%) y los triglicéridos circulantes (39%). Los patrones diarios de ingesta de alimentos y agua se suprimieron bajo ChrA. Por el contrario, la ChrD no tuvo ningún efecto sobre el peso corporal. El funcionamiento de las ruedas, el alojamiento de los animales en grupos y la restricción de la disponibilidad de alimentos a horas de oscuridad impidieron un aumento anormal del peso corporal bajo ChrA. Nuestros hallazgos sugieren que las alteraciones observadas bajo ChrA pueden surgir de un efecto directo de la interrupción circadiana en el metabolismo, de la desincronización entre la alimentación y los ritmos metabólicos, o de ambos. La dirección de los cambios, el momento de los episodios de alimentación y otras señales de refuerzo afectan profundamente el resultado de la función metabólica bajo CJL. Tales características deben tenerse en cuenta en estudios adicionales de horarios de trabajo por turnos en humanos. Introducción Los ritmos circadianos son de naturaleza ubicua y están presentes en todos los niveles de organización biológica, regulando desde el ciclo celular hasta la arquitectura del sueño, incluidas múltiples variables fisiológicas y de comportamiento (Dibner et al. 2010; Golombek y Rosenstein 2010). Las variables metabólicas, como se esperaba, también están controladas por el sistema circadiano en mamíferos, incluidos los humanos (Bailey et al. 2014). La variedad de relojes circadianos centrales y periféricos mantiene un control estricto del metabolismo energético y la ingesta de nutrientes. Si bien la alimentación proporciona al organismo fuentes de energía esenciales para la homeostasis, la ingesta no se produce indistintamente a lo largo del día, sino periódicamente en función del nicho temporal natural de la especie (diurno o nocturno). En general, la ingesta importante coincide con la vigilia, la locomoción y la alta actividad anabólica. Por el contrario, el ayuno se correlaciona con el descanso y el sueño, y principalmente con la actividad catabólica (Challet 2013). La homeostasis de la ingesta de alimentos y el metabolismo energético en los mamíferos está regulada por el sistema nervioso central a través de una red de núcleos en el hipotálamo basal y el tronco encefálico. A su vez, estas estructuras reciben señales de los tejidos periféricos, como metabolitos (glucosa, ácidos grasos) y hormonas (grelina del estómago, leptina de los tejidos adiposos e insulina del páncreas) (Bailey et al. 2014). Los ritmos diarios y circadianos de ingesta de alimentos dependen al menos en parte de la actividad del reloj circadiano maestro en los núcleos supraquiasmáticos (SCN), ya que se sabe desde hace tiempo que las lesiones en esta región abolen los ritmos de alimentación (van den Pol y Powley 1979) y alteran variables metabólicas como la respuesta a la insulina y la gluconeogénesis (Rudic et al. 2004). Además, las mutaciones en los llamados genes reloj también pueden afectar los patrones de ingesta de alimentos (Loudon et al. 2007). Las oscilaciones en el gasto energético y en el cociente respiratorio han sido bien caracterizadas (Challet 2013), y las lesiones de SCN suprimen estas variaciones (Nagai et al. 1985). Sin embargo, existen evidencias experimentales que apuntan a un control jerárquico del SCN de un ritmo integrado sueño-ayuno-catabolismo/vigilia-alimentación-anabolismo, que involucra osciladores circadianos secundarios en el cerebro y el tracto digestivo (Challet 2013). Las interacciones circadianas entre la alimentación y el metabolismo son importantes para establecer la homeostasis energética. Cuando los animales están en ayunas, se mantienen los ritmos en los metabolitos circulantes, lo que demuestra que estos no dependen exclusivamente de los patrones de ingesta (Escobar et al. 1998); sin embargo, la restricción programada de alimentos puede modificar estas fases de los ritmos metabólicos (Satoh et al. 2006). La disponibilidad de alimentos también puede tener efectos importantes sobre la función circadiana cuando se restringe a diario. De hecho, una gran cantidad de literatura indica la presencia de un oscilador entrante de alimentos (feo) que regula el comportamiento anticipatorio rítmico a la presentación de alimentos (Mistlberger 2011), aunque tanto la naturaleza circadiana como la localización precisa de dicho oscilador aún están en estudio. Otras características como la temperatura corporal y los niveles de corticosterona se sincronizan mediante regímenes de alimentación restringida (Mistlberger 2011). Incluso los ratones lesionados por SCN pueden recuperar cierta ritmicidad circadiana cuando se alimentan en un horario periódico (Mendoza 2007). Teniendo en cuenta esta interacción bidireccional entre el sistema circadiano y el metabolismo, no debería sorprender que la interrupción de los ritmos biológicos imponga efectos negativos sobre el metabolismo, dando lugar a patologías en varios niveles (Turek et al. 2005; Karatsoreos et al. 2011; Barclay et al. 2012). Del mismo modo, los trastornos metabólicos pueden alterar la función circadiana con consecuencias igualmente perjudiciales (Challet 2013). Se sabe que los trabajadores humanos nocturnos y por turnos sufren una amplia gama de complicaciones de salud (incluido el síndrome metabólico), y recientemente la Organización Mundial de la Salud ha declarado que el trabajo por turnos es "potencialmente cancerígeno para los seres humanos" (Straif et al. 2007; Golombek et al. 2013; Wang et al. 2014). El estudio de modelos animales de disrupción circadiana es una herramienta clave para comprender las bases de las enfermedades relacionadas con el estrés circadiano y desarrollar nuevas alternativas. En este trabajo, estudiamos las características metabólicas de un modelo de desincronización forzada del sistema circadiano en ratones a través del jet-lag crónico (un paradigma para el trabajo por turnos), que desarrollamos recientemente (Casiraghi et al. 2012), y probamos posibles estrategias para prevenir las complicaciones observadas en el modelo. Métodos En todos los experimentos se utilizaron ratones macho C57Bl/6 de 3–4 meses de edad de las instalaciones de cría de animales de la Universidad Nacional de La Plata (La Plata, Argentina). A su llegada, los animales se alojaron en un horario de 12 h:12 h de luz:oscuridad (LD) con agua y dieta estándar para roedores ad libitum durante al menos 2 semanas antes de ingresar a las condiciones experimentales. Los protocolos experimentales en este estudio se prepararon de acuerdo con las pautas de Array (Animal Research: Reporting In Vivo Experiments), y fueron aprobados por la Universidad Nacional de Quilmes IACUC (Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales) de acuerdo con las Pautas de los NIH. Programas de iluminación experimentales La intensidad de la luz en todos los programas se estableció en 200–300 lux a nivel de jaula. Además del programa de LD de control ya descrito, se utilizaron dos programas de jet-lag experimental crónico (CJL) en los experimentos (véase [Casiraghi et al. 2012]). Para el jet-lag de avance crónico (ChrA), los ratones se sometieron a un avance de 6 h del ciclo LD cada 2 días, logrado a través de un acortamiento de 6 h de cada segunda fase oscura. Para el jet-lag de retraso crónico (ChrD), los ratones se sometieron a un retraso de 6 h en el ciclo LD cada 2 días, a través de un alargamiento de 6 h de cada segunda fase de luz. Consulte la Figura 1 para obtener una descripción esquemática de los programas experimentales. Figura 1Abrir en el visor de figurasPowerPoint Diseño esquemático de los horarios experimentales de rayos: cada fila representa un día entero de 0 a 24 h. La oscuridad y los periodos de luz se indican por las zonas grises y claras, respectivamente. (A) ChrA consiste en el acortamiento crónico de 6 h de cada dos fases oscuras. Los asteriscos ejemplifican los momentos a lo largo del ciclo en que se obtuvieron muestras de sangre y tejido. (B) ChrD consiste en el alargamiento crónico de 6 h de cada dos fases ligeras. (C) RF + ChrA implica el cronograma de ChrA anterior con disponibilidad de alimentos restringida a la primera (y en la mitad de los casos, solo) 6 h de cada fase oscura (indicada con rayas verticales). Aumento de peso en condiciones de CJL Todos los ratones tenían 3–4 meses al comienzo de cada experimento y se alojaron en jaulas individuales (excepto cuando se indicó) con comida y agua ad libitum. El peso corporal y la ingesta diaria de alimentos se registraron dos veces por semana, primero a través de un "período de referencia" en condiciones de LD durante al menos 2 semanas y luego durante todo el período de iluminación experimental, que comienza en el "día 0". El peso en el día 0 para cada animal se utilizó para relativizar todos los pesos registrados anteriores y posteriores, dividiéndolos por el peso en el día 0. Esto se realizó para descartar diferencias individuales dentro de los grupos. El aumento de peso en grupos en cada una de las condiciones de CJL probadas se comparó con grupos de animales de la misma camada en condiciones de LD de control. Las comparaciones realizadas fueron: (1) ChrA versus LD (n = 17); (2) ChrA versus LD, con animales enjaulados en grupos de 3 o 4 (n = 22; ver notas a continuación); (3) ChrA versus LD, con ruedas rodantes disponibles (n = 10); y (4) ChrD versus LD (n = 10). En el experimento en (2), como los animales se alojaron en grupos, no fue posible medir la ingesta de alimentos en animales individuales. El registro del peso y la ingesta de alimentos, el suministro de alimentos y agua, y los cambios de camas y jaulas se programaron de acuerdo con los horarios de rayos para evitar la introducción de señales novedosas desde el momento externo. Restricción de alimentos a fases oscuras bajo ChrA Después de 2 semanas en jaulas individuales en condiciones basales (LD, alimentos y agua ad-libitum), el día 0, los animales se dividieron en cuatro grupos (n = 6 para cada grupo). Dos de estos se cambiaron a ChrA, mientras que los grupos restantes se mantuvieron bajo el programa de LD de control. Uno de los grupos bajo cada condición de iluminación se sometió a un programa de alimentación en el que los alimentos estaban disponibles solo durante las primeras 6 h de cada fase oscura del programa de luz, mientras que el agua permanecía disponible gratuitamente (ver Fig. 1C). En los grupos restantes, los individuos fueron alimentados ad libitum, aunque se retiró la comida y se volvió a añadir a las jaulas junto con la de los grupos restringidos como una intervención simulada. En resumen, el experimento involucró a los siguientes grupos: (1) ratones bajo ChrA con comida ad libitum (AL + ChrA); (2) ratones bajo ChrA con comida restringida a las horas oscuras (RF + ChrA); (3) ratones bajo LD con comida ad libitum (AL + LD); y (4) ratones bajo LD con comida restringida a las horas oscuras (RF + LD). El peso corporal (en relación con el peso en el día 0) y la ingesta de alimentos se registraron cada semana. Ritmos de actividad locomotora Para medir los ritmos generales de actividad locomotora, se colocaron detectores de movimiento infrarrojos en la parte superior de las jaulas y se calibraron individualmente para cada animal. La actividad locomotora de la rueda móvil se midió utilizando interruptores magnéticos conectados a las ruedas. Ambos detectores se conectaron a una interfaz informática que registra los recuentos de actividad cada cinco minutos para el análisis posterior de series temporales (Archron, Buenos Aires, Argentina). Los ritmos de actividad locomotora se determinaron para todos los programas experimentales de CJL probados. El efecto de la actividad de la rueda móvil y de la restricción de la disponibilidad de alimentos a la oscuridad en la sincronización del ritmo locomotor bajo ChrA, se estudiaron por primera vez para este artículo. Determinación de las variables metabólicas Los ratones se dividieron en dos grupos en condiciones normales de LD (n = 16) o ChrA (n = 16); cada grupo se subdividió en grupos de ocho. Los animales se pesaron y se sacrificaron por decapitación (JL30 y JL60). Las muestras se tomaron en fases de media luz o media oscuridad (ver Fig. 1A). De todos los animales, se obtuvieron: muestras de sangre completa, tejidos adiposos retroperitoneales y epididimales completos y muestras de hígado completo. La sangre se recogió en tubos anticoagulados, mientras que los tejidos se extrajeron mediante disección y se almacenaron en recipientes estériles por separado. Los niveles de triglicéridos, leptina y glucosa se midieron en sangre total. Los triglicéridos circulantes se determinaron mediante el ensayo enzimático TG Colour (Wiener Lab, Buenos Aires, Argentina; sensibilidad = 0.008 g/L, coeficiente de variabilidad = 1.82–2.11%) que involucra un cromógeno detectado posteriormente por absorbancia. La leptina se midió utilizando un ensayo RIA específico validado (sensibilidad = 0.05 ng/mL, coeficiente de variabilidad = 5–8%; [Giovambattista et al. 2000]). Se utilizó un kit de ensayo comercial para medir los niveles de glucosa en plasma (Bio System Lab., Buenos Aires, Argentina; sensibilidad = 0.23 mg/dL). Después de ser pesado, el tejido adiposo retroperitoneal se fijó inmediatamente en formaldehído al 10% durante 36 h. Después de la fijación y la deshidratación, las muestras de tejido se incrustaron en parafina para observar histológicamente, lo que se realizó en cortes de 4–5 μm después de la tinción con hematoxilina-eosina. Los análisis morfométricos y cuantitativos se realizaron a través de una cámara CCD acoplada al software Image Pro Plus 6.0 (Mediacy, Rockville, MD). Para cada muestra, se eligieron siete secciones y tres niveles (4–5 animales para cada grupo). Se analizaron quince campos de microscopio aleatorios para cada sección, dando una media de 2500 adipocitos totales para los cuales se determinó el área en cada grupo mediante análisis de software. Además, alrededor de JL30, medimos la ingesta media de alimentos y agua durante las fases de luz y oscuridad en tres ciclos completos no consecutivos tanto en los grupos de control de ChrA experimental como en los de LD (n = 8 para cada grupo). Análisis estadístico Las diferencias en las curvas de aumento de peso relativo en cada experimento se analizaron a través del análisis de varianza bidireccional (ANOVA), tomando como factores los programas de iluminación y las medidas repetidas. Las diferencias en puntos temporales específicos se determinaron utilizando contrastes a posteriori de Bonferroni. En la evaluación de los horarios de alimentación restringidos, los cortes de tiempo se analizaron individualmente utilizando ANOVA bidireccional y contrastes Dunnett a posteriori utilizando el grupo AL + LD como control. Para la comparación de variables metabólicas, se utilizó ANOVA bidireccional para analizar las diferencias entre las fases de luz y oscuridad o entre los valores en JL30 y JL60, en ratones bajo ChrA o controles. Se utilizaron contrastes de Bonferroni para analizar las diferencias intragrupo en cada caso; es decir, luz versus oscuridad o JL30 versus JL60. Todas las variables analizadas se estudiaron para verificar la distribución normal (prueba de Chi cuadrado) y la homogeneidad de las varianzas (prueba de Levene) en los subconjuntos de datos. La prueba de hipótesis se construyó estableciendo un nivel de confianza del 95% para rechazar la hipótesis nula por casualidad (es decir, P = 0.05). ANOVA y los contrastes se realizaron utilizando el software Graph Pad Prism (La Jolla, CA). Los actogramas y periodogramas para el análisis de los ritmos de actividad se realizaron utilizando el software El Temps (Universidad de Barcelona, España). Todas las gráficas presentadas muestran los datos como media ± desviación estándar. Resultados Hemos demostrado en un trabajo anterior que los ratones bajo el protocolo ChrA muestran una desincronización forzada de los ritmos generales de actividad locomotora (Fig. 2A; véase [Casiraghi et al. 2012]). En resumen, los ratones desincronizados forzados bajo este protocolo muestran dos componentes de la actividad locomotora, uno de período corto (alrededor de 21.0 h) de fase bloqueada al cronograma de ChrA, y uno de período largo (alrededor de 24.7 h) que se ejecuta en coordinación relativa. También propusimos un modelo matemático de la dinámica del sistema circadiano bajo horarios de CJL que respalda los patrones de actividad descritos (Casiraghi et al. 2012). Figura 2Abrir en el visor de figurasPowerPoint Actogramas de doble gráfica de: (A) actividad locomotora de un ratón bajo el protocolo ChrA que muestra dos componentes desincronizados de los ritmos de actividad; y (B) actividad locomotora de un ratón bajo el protocolo ChrD que muestra la sincronización correcta con el cronograma. Los intervalos de los diferentes programas de luz y los días bajo el programa experimental se indican a la izquierda. (C, D) Curvas de peso corporal relativo en más de 30 días de animales: (C) bajo el programa ChrA (n = 12 y 5 para los grupos ChrA y LD, respectivamente); y (D) bajo ChrD (n = 5 para cada grupo). El día 0 indica el día del inicio de los programas de CJL, y los pesos registrados en todo el experimento se relativizan al peso en este día para cada animal. Las curvas se analizaron a través de ANOVA bidireccional que incluyó medidas repetidas como factor. Resultados: (C) ns de interacción, tiempo P < 0,0001, desfase horario P < 0,01; (D) ns de interacción, tiempo P < 0,0001, desfase horario ns. Bajo este protocolo de desincronización, los ratones muestran tasas de aumento de peso corporal significativamente mayores en comparación con las de los animales en condiciones de LD de control (Fig. 2C; ANOVA bidireccional de medidas repetidas: interacción ns., tiempo bajo ChrA P < 0.0001, desfase horario P < 0.05). Los animales bajo ChrA mostraron un aumento medio del 6% en peso durante los primeros 10 días y del 15% en el día 30 (frente al 2% y el 7% en el grupo LD, respectivamente; ver los valores absolutos de peso en la Tabla 1). El efecto se mantuvo constante después de más de 60 y 80 días, con animales bajo ChrA que mostraron un aumento medio del 25% y 28% en el peso, respectivamente, frente a los aumentos del 15% y 16% observados para el grupo de control (peso medio en gramos ± SD: 60 días: ChrA = 34.5 ± 3.3, LD = 31.3 ± 2.6; 80 días: ChrA = 35.4 ± 3.7, LD = 31.6 ± 3.3). Este efecto fue independiente de la ingesta total de alimentos, ya que ambos grupos consumieron cantidades diarias similares de alimentos a lo largo del experimento (ingesta diaria media en gramos ± SD: ChrA = 3.3 ± 0.3, LD = 3.5 ± 0.3; medidas repetidas ANOVA bidireccional: ns. para interacción, jet-lag y día). Por el contrario, los animales bajo el protocolo de retraso ChrD, que no induce la desincronización de los ritmos locomotores (Fig. 2B; la actividad locomotora muestra un ritmo arrastrado con un período de 27 h, también caracterizado en [Casiraghi et al. 2012]), no mostró diferencias en el aumento de peso ni en la ingesta de alimentos (ingesta diaria media en gramos ± SD: ChrD = 3.7 ± 0.6, LD = 3.6 ± 0.4; medidas repetidas ANOVA bidireccional: ns. para interacción, jet-lag y día) en comparación con los ratones de control de compañeros de camada bajo LD (Fig. 2D, y Tabla 1). Tabla 1. Resumen de la evolución del peso corporal bajo diferentes protocolos de CJL, indicando los n, y pesos medios (± desviación estándar) de cada grupo en los días 0, 10 y 30 (±1 día). La columna P indica si las diferencias entre los grupos fueron significativas de acuerdo con el análisis estadístico utilizado (Avances crónicos, Retrasos crónicos, Avances más rueda y Avances en los grupos experimentos: medidas repetidas ANOVA bidireccional; Experimento de alimentación restringida: ANOVA bidireccional seguido de contrastes de Dunnett contra el grupo AL-LD, en el día 30 [ver Fig. 5]) Grupo experimental n Peso medio ± SD (g) P día 0 día ~10 día ~30 Avances crónicos ChrA 12 27.7 ± 1.5 29.5 ± 1.5 31.8 ± 2.6 <0.01 LD 5 27.2 ± 1.8 27.8 ± 2.0 29.1 ± 2.6 Retrasos crónicos ChrD 5 27.6 ± 1.4 27.8 ± 0.9 29.0 ± 1.8 ns. LD 5 26.6 ± 1.2 27.0 ± 1.0 28.6 ± 0.8 Avances más rueda ChrA + W 5 27.5 ± 1.0 27.8 ± 1.9 28.3 ± 2.2 ns. LD + W 5 28.8 ± 1.2 27.9 ± 1.1 29.3 ± 1.0 Avances en grupos ChrA + G 11a 25.5 ± 2.0 26.9 ± 2.1 28.9 ± 2.2 ns. LD + G 11a 25.3 ± 1.2 26.7 ± 1.6 27.8 ± 1.6 Alimentación restringida AL + ChrA 6 25.8 ± 2.2 27.7 ± 3 28.5 ± 2.9 <0.001 RF + ChrA 6 27.0 ± 1.1 27.3 ± 0.8 28.1 ± 1.2 ns. AL + LD 6 25.8 ± 1.6 26.1 ± 1.6 26.4 ± 1.0 RF + LD 6 25.1 ± 1.8 23.9 ± 1.6 25.6 ± 1.7 ns a Los 11 animales en cada grupo experimental se alojaron en grupos de 3 o 4 ratones. Detectamos varias alteraciones metabólicas a diferentes niveles en animales bajo ChrA, algunas de las cuales variaron según el tiempo transcurrido bajo el protocolo (30 o 60 días después del inicio de ChrA; JL30 y JL60, respectivamente). Los ratones desincronizados mostraron aumentos en las masas de tejido adiposo (% medio de aumento frente al grupo LD): los niveles de triglicéridos circulantes (39%), tanto retroperitoneales (172%) como epididimales (61%), y en el área de adipocitos (28%) en JL60 (Fig. 3A–D; véase la Fig. 4 para las imágenes histológicas del tejido adiposo). Se observó un ligero aumento en los niveles de leptina en JL60 (prueba t, P < 0.05; media en JL30 y JL6 ±SD, respectivamente: ChrA = 2.38 ± 1.21 ng/mL y 5.72 ± 1.52 ng/mL, LD = 2.05 ± 0.77 ng/mL y 4.17 ± 1.76 ng/mL). No se encontraron diferencias en los niveles de glucosa en plasma en ninguno de los puntos de tiempo (media en JL30 y JL60 ±SD, respectivamente: ChrA = 1.38 ± 0.30 mg/mL y 1.22 ± 0.21 mg/mL, LD = 1.50 ± 0.38 mg/mL y 1.33 ± 0.29 mg/mL; ANOVA bidireccional: interacción, día bajo ChrA, y jet-lag todos ns.). A nivel de comportamiento, no observamos variaciones de luz-oscuridad ni en la ingesta de alimentos ni de agua en ratones bajo el protocolo de desincronización, en contraste con los patrones robustos mostrados por los animales de control bajo LD que muestran valores máximos durante la oscuridad (Fig. 3E y F). Estos animales también mostraron una supresión de los patrones de luz/oscuridad de los triglicéridos circulantes y el peso del hígado como los mostrados por los ratones de control (Fig. 3G y H), mientras que mantuvieron variaciones de luz/oscuridad en el área de los adipocitos que, como se indicó anteriormente, aumentaron bajo ChrA (ANOVA bidireccional: interacción ns., fase de luz P < 0,0001, desfase horario P < 0,0001; Bonferroni contrasta para comparar los valores de las fases de luz y oscuridad dentro de los grupos: LD P < 0,0001, ChrA P < 0,0001). Figura 3Abrir en el visor de figurasVariables metabólicas de PowerPoint después de 30 y/o 60 días bajo el protocolo ChrA. (A) Niveles de triglicéridos en sangre total en JL30 y JL60 (n = 8 para cada barra). (B) Área media de adipocitos retroperitoneales (n = 4 para cada barra). (C) Masas de tejidos adiposos retroperitoneales y (D) epididimales (como % del peso corporal) (n = 8 para cada barra en C–D). (E, F) Cantidades totales de (E) agua y (F) alimentos consumidos en promedio durante las fases de luz y oscuridad en JL30 en los grupos de control y ChrA (n = 8 para ambos grupos). (G) Niveles de triglicéridos en sangre total en las fases clara y oscura en JL30. (H) Peso del hígado (como % del peso corporal) en las fases clara y oscura en JL30 (n = 4 para cada barra en g y h). Se realizó un análisis ANOVA bidireccional en cada caso, con contrastes a posteriori de Bonferroni dentro de los niveles: 30 y 60 días en A–D; y LD y ChrA en E–H (los asteriscos indican valores de P significativos). Resultados ANOVA bidireccionales: (A) interacción ns., día P < 0,05, desfase horario P < 0,001; (B) interacción P < 0,001, día P < 0,0001, desfase horario P < 0,05; (C) interacción P < 0,05, día P < 0,01, desfase horario P < 0,05; (D) interacción P < 0,05, día P < 0,001, desfase horario P < 0,01; (E) interacción P < 0,001, desfase horario ns., fase P < 0,01; (F)interacción P < 0,0001, desfase horario ns., fase P < 0,0001; (G) interacción P < 0,05, desfase horario P < 0,05, fase P < 0,05; (H) interacción ns., desfase horario P < 0,05, fase P < 0,01. Figura 4Abierto en el visor de figurasEl análisis histológico de PowerPoint del tejido adiposo retroperitoneal indicó un aumento en el tamaño de los adipocitos en animales bajo ChrA (derecha) en comparación con los animales de control bajo LD (izquierda). Consulte la Figura 3B para la cuantificación y el análisis. Para probar si el aumento de peso anormalmente mayor observado bajo ChrA podría estar relacionado con alteraciones en los patrones de ingesta de alimentos, diseñamos un experimento de restricción de alimentos en el que se permitió que los animales se alimentaran solo durante las primeras 6 h de las fases oscuras de su horario de luz (ver Métodos). Este programa de alimentación restringido se bloqueó en fase al programa de ChrA y, debido a eso, al componente de período corto de la actividad locomotora bajo desincronización forzada (que se arrastra a ChrA; véase [Casiraghi et al. 2012]). El experimento luego comprendió cuatro grupos de animales: el grupo de control alimentado ad libitum (AL) bajo LD, el grupo de alimentación restringida (RF) bajo LD, el grupo AL bajo ChrA y el grupo RF bajo ChrA. La Figura 5 muestra los pesos relativos y la ingesta diaria de alimentos a los 11 días (después del efecto agudo del inicio de la FR) y 30 días después del inicio de la ACr y los horarios de alimentación (consulte la Tabla 1 para conocer los cambios absolutos de peso). El protocolo de RF previno el aumento de peso anormal observado bajo ChrA en ambos puntos de tiempo, sin diferencias en la ingesta de alimentos (ingesta diaria media en gramos ± SD: AL + LD = 3.4 ± 0.3, RF + LD = 3.2 ± 0.3, AL + ChrA = 3.3 ± 0.4, RF + ChrA = 3.0 ± 0.3; el análisis ANOVA bidireccional no reveló diferencias en la ingesta en ninguno de los cortes de tiempo). Después de 30 días, ambos grupos RF + LD y RF + ChrA mostraron pesos indistinguibles del grupo AL + LD de control. El AL + ChrA, como se esperaba, ganó significativamente más peso a lo largo del experimento. Curiosamente, el programa de RF no impidió la desincronización de los ritmos generales de actividad locomotora descritos en ChrA (no mostrado). Figura 5Abrir en el visor de figurasPowerPoint Peso corporal relativo de los animales en el experimento de alimentación restringida, los días 11 y 30 después del inicio de los protocolos (n = 6 para todos los grupos). Los pesos se relativizaron a los del día 0 cuando comenzaron los protocolos, la iluminación y/o la alimentación restringida en fase oscura (RF). Los datos se analizaron a través de ANOVA bidireccional en cortes de tiempo específicos a lo largo del experimento. También se realizaron contrastes a posteriori de Dunnett contra el grupo de control (grupo LD alimentado ad libitum) (los asteriscos indican valores P significativos). Resultados ANOVA bidireccional: Día 11) Pesos: interacción ns., alimentación P < 0,0001, jet-lag P < 0,0001; Día 30) Pesos: interacción P < 0,05, alimentación P < 0,01, jet-lag P < 0,001. Luego estudiamos si reforzar la sincronización con ChrA podría influir en el resultado de las alteraciones descritas. Primero probamos el efecto del funcionamiento de la rueda en el comportamiento circadiano y el metabolismo en condiciones de desincronización de ChrA. La inclusión de una rueda móvil en la jaula de los animales bajo el protocolo ChrA abolió por completo la desincronización de los ritmos de actividad locomotora. Los animales mostraron un solo componente rítmico de la actividad de carrera con un período de 21 h, fase bloqueada al horario de luz (Fig. 6A y B). El acceso a la rueda móvil también impidió los cambios observados en el aumento de peso corporal en comparación con los animales en condiciones normales de LD a los que también se les permitió acceder a las ruedas móviles, para controlar los efectos directos del ejercicio sobre el peso corporal (Fig. 6C y Tabla 1). La ingesta diaria de alimentos no difirió entre los grupos (ingesta diaria media en gramos ± SD: ChrA + W = 3.4 ± 0.5, LD + W = 4.0 ± 0.3; medidas repetidas ANOVA bidireccional: ns. para interacción, jet-lag y día). Figura 6Abrir en el visor de figurasPowerPoint (A) Actograma de doble gráfico y (B) periodograma Sokolove-Bushell correspondiente de la actividad de desplazamiento de la rueda de un ratón representativo bajo ChrA con acceso a una rueda de desplazamiento (ChrA + W) que muestra la sincronización correcta con el horario (las áreas en gris indican los días de grabación que faltan). El periodograma SB indica un ritmo de actividad locomotora con un periodo de 21 h, consistente con el periodo medio del programa (ver [Casiraghi et al. 2012]). (C) Curvas de peso corporal relativo de ChrA + W y animales de control (LD + W; n = 5 para cada grupo). El día 0 indica el día del inicio del programa de ChrA, y los pesos registrados en todo el experimento se relativizan al peso en el día 0 para cada animal. No se encontraron diferencias entre los grupos después de analizar las curvas a través de repeticionesFiles
phy2.12743.pdf
Files
(15.9 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e9fed753920bda2aac07c600ec09395b
|
15.9 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار عدم التزامن اليومي القسري المزمن على وزن الجسم والتمثيل الغذائي في الفئران الذكور
- Translated title (French)
- Effets de la désynchronisation circadienne forcée chronique sur le poids corporel et le métabolisme chez les souris mâles
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la desincronización circadiana forzada crónica sobre el peso corporal y el metabolismo en ratones machos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2344886610
- DOI
- 10.14814/phy2.12743
References
- https://openalex.org/W1493018252
- https://openalex.org/W1963487125
- https://openalex.org/W1965036088
- https://openalex.org/W1965275927
- https://openalex.org/W1966328197
- https://openalex.org/W1966711735
- https://openalex.org/W1979292274
- https://openalex.org/W1980983198
- https://openalex.org/W1981206448
- https://openalex.org/W2009255384
- https://openalex.org/W2013244539
- https://openalex.org/W2027348582
- https://openalex.org/W2043225484
- https://openalex.org/W2045513891
- https://openalex.org/W2047324057
- https://openalex.org/W2048245879
- https://openalex.org/W2055117977
- https://openalex.org/W2056135606
- https://openalex.org/W2056265088
- https://openalex.org/W2058275399
- https://openalex.org/W2071586932
- https://openalex.org/W2082777888
- https://openalex.org/W2088237067
- https://openalex.org/W2089305500
- https://openalex.org/W2091325044
- https://openalex.org/W2104310168
- https://openalex.org/W2106249179
- https://openalex.org/W2106997306
- https://openalex.org/W2108349852
- https://openalex.org/W2114108518
- https://openalex.org/W2119484329
- https://openalex.org/W2124336794
- https://openalex.org/W2128479698
- https://openalex.org/W2132467794
- https://openalex.org/W2133221833
- https://openalex.org/W2134377844
- https://openalex.org/W2136841005
- https://openalex.org/W2141917949
- https://openalex.org/W2143210222
- https://openalex.org/W2145523773
- https://openalex.org/W2147712103
- https://openalex.org/W2152043154
- https://openalex.org/W2162291086
- https://openalex.org/W2164617868
- https://openalex.org/W2164628441
- https://openalex.org/W2169535060
- https://openalex.org/W2169786971
- https://openalex.org/W2182943525
- https://openalex.org/W43604078