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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.41.2017.tde-03012017-105105
Document
Author
Full name
Danilo Eugênio de França Laurindo Flôres
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2016
Supervisor
Committee
Oda, Gisele Akemi (President)
Carvalho, José Eduardo de
Castrucci, Ana Maria de Lauro
Tiba, Paula Ayako
Title in Portuguese
Sincronização fótica e não fótica dos ritmos circadianos em roedores subterrâneos (Ctenomys aff. knighti) e roedores modelo de laboratório (Mus musculus)
Keywords in Portuguese
Arrastamento
Campo e laboratório
Light logger
Recompensa,Gene Period
Restrição alimentar
Abstract in Portuguese
Nosso grupo de pesquisa estuda ritmos circadianos em um roedor subterrâneo do gênero Ctenomys, o tuco-tuco. Nesta tese, apresentarei dados sobre sincronização fótica e não-fótica dos ritmos circadianos em tuco-tucos, e sobre sincronização não-fótica em camundongos. Investigamos a sincronização fótica em tuco-tucos por meio de uma abordagem conjunta de campo e laboratório. Inicialmente medimos o ciclo claro/escuro natural percebido por animais mantidos em áreas cercadas em campo, utilizando aparelhos light loggers que registraram continuamente o padrão temporal diário da exposição à luz. Em seguida, foi aplicado um modelo desse padrão de exposição à luz em laboratório, para testar o seu potencial como um sincronizador fótico dos ritmos circadianos dos tuco-tucos. O modelo consistiu em pulsos de luz aplicados uma vez por dia em diferentes momentos aleatórios. Apesar de carregar o mínimo de informação temporal, esse regime luminoso foi um sincronizador eficiente em muitos casos, tal como previsto anteriormente a partir de simulações computacionais de um oscilador matemático. Os resultados revelam que a sincronização de osciladores circadianos é ainda mais robusta do que se imaginava. Nosso segundo conjunto de experimentos avaliou a sincronização não-fótica em tuco-tucos, os quais são herbívoros, expostos a ciclos diários de disponibilidade de alimentos. Semelhante a outras espécies de roedores, tuco-tucos desenvolveram uma atividade antecipatória ao alimento, expressa diariamente antes da alimentação. Houve, no entanto, grande variabilidade inter-individual na expressão da atividade antecipatória, provavelmente relacionada com diferenças nas respostas metabólicas à restrição temporal do alimento. O trabalho final foi uma colaboração com o Dr. Shin Yamazaki, sobre sincronização não-fótica em camundongos do tipo selvagem e camundongos mutantes com ablação genética do relógio circadiano. Ciclos diários de alimentos palatáveis e de corrida em roda induziram ritmicidade autossustentada em camundongos mutantes arrítmicos, que não expressavam os genes Period, componentes importantes da maquinaria molecular que gera os ritmos circadianos nas células. Estes resultados sugerem a existência de novos osciladores circadianos que respondem a sinais diários de recompensa. Enquanto espécies modelo de laboratório, tais como o camundongo, podem trazer informações valiosas sobre os mecanismos fisiológicos, as espécies selvagens como o tuco-tuco podem nos dar pistas sobre o significado ecológico dos fenômenos circadianos
Title in English
Photic and non-photic synchronization of the circadian rhythms in subterranean rodents (Ctenomys aff. knighti) and laboratory model rodents (Mus musculus)
Keywords in English
Entrainment
Field and laboratory
Light logger
Period gene
Restricted feeding
Reward
Abstract in English
Our research group studies circadian rhythms in a subterranean rodent from the genus Ctenomys, the tuco-tuco. In this thesis, I will present data on photic and non-photic synchronization of circadian rhythms in tuco-tucos, as well as a study on non-photic synchronization in the laboratory mouse. Natural photic synchronization in tuco-tucos was verified with field and laboratory approaches. We initially measured the natural light/dark cycle experienced by tuco-tucos in semi natural field enclosures, by means of automatic light logger devices that continuously recorded the daily temporal pattern of light exposure. Next, a model of this light exposure pattern was applied to tuco-tucos in the laboratory, to test its potential as a photic synchronizer of the circadian rhythms. The model consisted of single light pulses applied once a day at varying random times. Despite the minimal timing information, this light regimen was a successful synchronizer in many instances, as predicted from previous computer simulations of a mathematical oscillator. These results revealed that the synchronization of circadian oscillators is even more robust than previously thought. Our second set of experiments evaluated the non-photic synchronization in the herbivorous tuco-tucos, by exposing animals to daily cycles of food availability. Similar to other rodent species, tuco-tucos in this protocol developed a circadian food anticipatory activity (FAA) right before the daily feeding time. However, there was great interindividual variability in FAA expression, likely related to differences in the metabolic responses to time-restricted feeding. The final work was a collaboration with Dr. Shin Yamazaki from the University of Texas Southwestern Medical Center, regarding non-photic synchronization in wildtype and mutant mice with genetic disruption of the circadian clock. Daily cycles of palatable food and wheel running induced self-sustaining rhythmicity in arrhythmic mutant mice, which do not express the Period genes, key components of the molecular machinery responsible for circadian rhythm generation within the cells. These results suggest the existence of novel circadian oscillators responsive to daily rewarding signals. While model laboratory species such as the mouse can bring valuable information on physiological mechanisms, wild species like the tuco-tuco can give us insights into the ecological meaning of circadian phenomena
 
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Publishing Date
2017-01-11
 
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