Dit protocol beschrijft een volledige nier werk-up die moet worden uitgevoerd in muismodellen van glomerulaire ziekte. De methoden toestaan voor gedetailleerde mechanistisch, functionele en structurele analyse van glomerulaire functie, die kan worden toegepast op alle Muismodellen van glomerulaire ziekte.
Het gebruik van lymfkliertest modellen om na te bootsen menselijke nierziekte wordt steeds gewoner. Ons onderzoek is gericht op de beoordeling van de functie van de glomerulaire diabetische nefropathie en podocyte-specifieke VEGF-A knock-out muizen; Dit protocol beschrijft daarom de volledige nier werk-up gebruikt in ons lab ter beoordeling van deze Muismodellen van glomerulaire ziekte, waardoor een enorme hoeveelheid informatie met betrekking tot de nieren en glomerulaire functie te worden verkregen uit een simpele muisklik. In vergelijking met alternatieve methoden gepresenteerd in de literatuur te beoordelen glomerulaire functie, maakt het gebruik van de methode beschreven in dit document het glomerulaire fenotype volledig worden geëvalueerd vanuit meerdere invalshoeken. Met behulp van deze methode, kan de onderzoeker het fenotype van de nier van het model te bepalen en beoordelen van het mechanisme over de vraag waarom het fenotype ontwikkelt. Deze vitale informatie over het mechanisme van de ziekte is vereist bij het onderzoeken van potentiële therapeutische mogelijkheden in deze modellen. De methoden toestaan voor gedetailleerde functionele beoordeling van de barrière van de glomerulaire filtratie door meting van de urine albumine Kreatinine ratio en individuele glomerulaire waterdoorlaatbaarheid, evenals zowel structurele als Ultra structurele onderzoek met behulp van de periodieke Zure Schiff Vlek- en elektronenmicroscopie. Bovendien maakt een analyse van de genen dysregulated op het niveau van mRNA en eiwit mechanistische analyse van glomerulaire functie. Dit protocol beschrijft het generieke maar flexibele methoden die kunnen worden toegepast op alle Muismodellen van glomerulaire ziekte.
Het gebruik van lymfkliertest modellen om na te bootsen menselijke nierziekte wordt steeds gewoner. Dergelijke lymfkliertest modellen bevatten spontane modellen zoals spontaan hypertensieve ratten (SHR)1, streptozotocin (STZ)-geïnduceerde diabetische ratten en muizen2, en de db/db type II diabetesmuizen3, genetisch gemanipuleerde modellen zoals primaire podocyte-specifieke focale segmentale glomerulaire sclerose (FSGS)4, de podocyte-specifieke vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF-A) knock-out (VEGF-A KO) model5, modellen en syndroom van Alport6modellen en verworven modellen zoals de 5/6 Nefrectomie7 en de unilaterale ureterale obstakel (UUO)-model8. Om te beoordelen de verschillende aspecten van de glomerulaire functie in deze modellen, zijn verschillende technieken beschikbaar. Het doel van deze paper methode is om aan te tonen van een uitgebreide werk-up die moet worden uitgevoerd in muismodellen van nierziekte teneinde volledig glomerulaire functie.
De grondgedachte achter het gebruik van deze methode is dat hierdoor het glomerulaire fenotype volledig worden geëvalueerd vanuit meerdere invalshoeken. Dit omvat de beoordeling van de glomerulaire permeabiliteit, zowel aan proteïne en te water, de glomerulaire structurele afwijkingen, veranderingen in de expressie/splitsen van mRNAs en eiwitten essentieel voor normale glomerulaire functie. Met behulp van deze methode, is de onderzoeker kunnen bepalen van het fenotype van de nier van het model en het beoordelen van het mechanisme over de vraag waarom het fenotype ontwikkelt. Dit is essentiële informatie over het mechanisme van ziekte, die vereist is bij het onderzoeken van potentiële therapeutische mogelijkheden in deze modellen.
In de literatuur is het een gemeenschappelijk optreden te worden gepresenteerd met een muismodel van glomerulaire ziekte waar het fenotype wordt bepaald door een verhoogd niveau van eiwit in de urine. Er is echter bewijs om te suggereren dat een enkele methode om te bepalen van de glomerulaire functie niet altijd effectief is; meten van de urine albumine uitscheiding tarief of de urine albumine Kreatinine ratio (uACR) biedt alleen informatie op totale nierfunctie, en niet van de afzonderlijke glomeruli. Eerdere studies hebben aangetoond dat de permeabiliteit in verschillende glomeruli van de dezelfde nier5,9,10 variëren kan. Bovendien, is beoordeling van de permeabiliteit van individuele glomeruli een gevoeliger manier beoordelen glomerulaire functie; de techniek van het meten van de individuele glomerulaire waterdoorlaatbaarheid (LpA / Vik) gebleken meer gevoelig voor veranderingen in het glomerulaire functie dan het meten van de uACR9. Deze test is het nuttig in muismodellen die resistent zijn tegen Proteïnurie, zoals die op een achtergrond van c57BL/6-11. Het voordeel van de huidige methode papier is dat het onderzoekt zowel de totale renale permeabiliteit aan albumine, alsmede de individuele glomerulaire permeabiliteit voor water.
Onderzoek van de glomerulaire structurele afwijkingen wordt vaak beoordeeld door een batterij van vlekken zoals periodieke Zure Schiff (BK), trichrome, en zilveren vlekken. Deze kunnen een opgeleide renale patholoog te beoordelen van het niveau van nierziekte via een methode van scoren. Hoewel alle goede methoden, veranderingen in het glomerulaire macro-structuur niet altijd worden nageleefd modellen acute nier schade12. Deze methode stelt voor dat de glomerulaire ultra-structuur naast het uitvoeren van de technieken van de renale histologie hierboven beschreven, ook moet worden beoordeeld via elektronenmicroscopie (EM). Een gekleurd glomerulus kunt kijken relatief normale onder een regelmatige lichte Microscoop; echter, na beoordeling met EM, kleine veranderingen in het glomerulaire kelder membraan (GBM) breedte, podocyte voet proces geweest, endothelial fenestrations, en de sub-podocyte ruimte dekking wordt geanalyseerd. Het is daarom essentieel dat zowel de glomerulaire ultra-micro-structuur en wordt beoordeeld om te bepalen van het mechanisme van de glomerulaire dysfunctie.
Naast de beoordeling van glomerulaire structurele afwijkingen, moeten veranderingen in mRNA en eiwit expressie en splicing, evenals eiwit activering (b.v., fosforylatie) worden onderzocht om te verder het ophelderen van de mechanismen van de glomerulaire ziekte. Wanneer we kijken naar glomerulaire ziekte, of, bijvoorbeeld wanneer KO/over-expressing een gen concreet in glomerulaire cellen, zoals de podocyte-specifieke VEGF-A KO muis5, is het belangrijk dat de eiwitten en mRNA wijzigingen alleen binnen worden onderzocht de glomerulaire cellen, en niet de hele nier. Dit protocol beschrijft een methode waarin de glomeruli zijn geïsoleerd van de muis nier cortex, en vervolgens het eiwit/RNA worden geïsoleerd. Hierdoor kan specifieke analyse van het eiwit/mRNA disregulatie in de glomeruli van het model van de ziekte.
Dit protocol beschrijft een volledige nier werk-up die moet worden uitgevoerd in muismodellen van glomerulaire ziekte, waardoor een enorme hoeveelheid informatie met betrekking tot de nieren en glomerulaire functie te worden verkregen uit een simpele muisklik. De methoden toestaan voor gedetailleerde mechanistisch, functionele en structurele analyse van glomerulaire functie, die kan worden toegepast op alle Muismodellen van glomerulaire ziekte.
Dit protocol beschrijft een volledige nier werk-up die moet worden uitgevoerd in muismodellen van glomerulaire ziekte, waardoor een enorme hoeveelheid informatie met betrekking tot de nieren en glomerulaire functie te worden verkregen uit een simpele muisklik. De kritische stappen in elke methode voorzien in gedetailleerde mechanistisch, functionele en structurele analyse van glomerulaire functie, met inbegrip van de beoordeling van de permeabiliteit van de nieren als geheel (uACR en plasma Kreatinine metingen), de doorlaatbaarheid van individuele glomeruli (glomerulaire LpA / Vik), onderzoek van de structurele wijzigingen (PAS Trichrome blauw en EM), eiwit lokalisatie (IF), en de glomerulaire genexpressie (RT-PCR en het westelijke bevlekken). Deze methoden zijn de sleutel tot de volledige beoordeling van de glomerulaire functie in muismodellen van nierziekte.
Bij de beoordeling van de permeabiliteit van de GFB, hebben tal van studies gekozen voor het gebruik van de conventionele uACR of 24 h albumine excretie snelheid als een doeltreffende maatregel17,18. Hoewel deze technieken toestaan beoordelingvan de GFB permeabiliteit als geheel, staat het niet toe voor de beoordeling van de individuele glomerulaire permeabiliteit en variatie onder de glomeruli. Eerdere studies hebben gevonden meting van de glomerulaire LpA / Vi een gevoeliger maatregel van wijzigingen in de GFB permeabiliteit5,9. Inderdaad, in de representatieve resultaten aangetoond in dit document, op 14 weken na de inductie van VEGF-A KO, VEGF-A KO X Neph-VEGF-A165b muizen hebben een aanzienlijk lager uACR t.o.v. VEGF-A KO muizen; Dit resultaat komt echter niet tot uiting in de glomerulaire LpA / Vik metingen, waar VEGF-A165b belette niet aanzienlijk dat verhoogt in de GFB permeabiliteit (Figuur 1 es Figuur 2)5. Dit toont het belang van het gebruik van meerdere tests te beoordelen van zowel de permeabiliteit van de nier en de permeabiliteit van individuele glomeruli. Bovendien, de glomerulaire LpA / Vik oncometric assay suggereert dat de doorlaatbaarheid van individuele glomeruli van de dezelfde nier kan sterk variëren, met name in ziekte modellen5,10, 19. een beperking tot het meten van de glomerulaire LpA / Vik is dat het kan alleen worden uitgevoerd op de experimentele eindpunt; Dus, regelmatig uACR metingen moeten geven een indicatie van het experimentele eindpunt.
Naast de beoordeling van de functionele fenotype, moedigt de huidige methode ook een evaluatie van de structurele en ultrastructurele fenotype. Dit kan gedaan worden met behulp van een aantal vlekken zoals PAS, trichrome, en zilveren vlekken; elke om te beoordelen van verschillende aspecten van de glomerulaire morfologie. In acute modellen van glomerulaire ziekte, die vaak het geval in muismodellen is, is moeilijk te detecteren eventuele belangrijke structurele afwijkingen met behulp van deze vlekken, tenzij u een opgeleide renale patholoog. Daarom, uitvoeren van EM wordt voorgesteld om het beoordelen van de ultrastructuur van de GFB, waarmee de kwantitatieve meting van parameters zoals de GBM endothelial fenestrae grootte en aantal en podocyte kenmerken. Dergelijke metingen vereist minimale opleiding uit te voeren en kan de onderzoeker om de cel-typen/structuren beïnvloed in een model van de ziekte. In het voorbeeld in de representatieve resultaten, de muis VEGF-A KO bleek te zijn van een milde model van glomerulaire ziekte, dus waren geen grote structurele afwijkingen aanwezig op de PAS kleuring. Echter de podocyte-specifieke VEGF-A KO, er veranderingen aan de GBM podocytes en de endotheliale cellen veroorzaken bij het onderzoek van de glomerulaire ultra-structuur-5. Helaas, de voorbereiding van de nier voor EM beschreven in de huidige methode niet mogelijk detectie van het endotheel glycocalyx, waarvan ook bekend is dat aanzienlijke gevolgen hebben voor de permeabiliteit van de GFB19. Om nauwkeurige meting van de glycocalyx-diepte, moet de nier perfuse-vaste met 2,5% Glutaaraldehyde met 1% Alcian blauw voor endothelial glycocalyx etikettering, zoals beschreven in Oltean et al.19.
Zodra het functionele en structurele fenotype zijn beoordeeld, kunnen de expressie/activatie patronen van verschillende genen en wegen dan specifiek in de glomeruli worden beoordeeld. Voorafgaande Ultra structurele evaluatie kan geven wat informatie over de cel typen/glomerulaire structuren betrokken, die aangeeft of podocyte – of endotheel-specifieke genen/trajecten dienen te worden onderzocht. Bijvoorbeeld in de representatieve resultaten van de muizen VEGF-A KO, werd een vermindering van het aantal endothelial fenestrae waargenomen (figuur 3D); Daarom werd de glomerulaire eiwit expressie van een endothelial markering bekend te worden betrokken bij de VEGF-A-traject onderzocht; VEGFR-2 (figuur 4B)5. Naast de uitdrukking van eiwitten in de glomeruli, kan ook hun localisatie worden gevisualiseerd met behulp van als. In een studie door Zhang et al.20, werd podocyte-specifieke overexpressie van GLUT1 bevestigd in de podocytes door als mede het lokaliseren van de verhoogde GLUT1 met podocin.
In vergelijking met alternatieve methoden gepresenteerd in de literatuur te beoordelen glomerulaire functie, maakt het gebruik van de methode beschreven in dit document aan het beoordelen van de nierfunctie in muismodellen van glomerulaire ziekte het glomerulaire fenotype volledig worden geëvalueerd van meerdere aspecten. Met behulp van deze methode, is de onderzoeker kunnen bepalen van het fenotype van de nier van het model en het beoordelen van het mechanisme over de vraag waarom het fenotype ontwikkelt. Deze vitale informatie over het mechanisme van de ziekte is vereist bij het onderzoeken van potentiële therapeutische mogelijkheden in deze modellen. Deze methode kan eenvoudig worden toegepast op toekomstige onderzoek naar glomerulaire functie, zowel bij de beoordeling van ziekte fenotypes en potentiële therapeutics.
Kortom, beschrijft dit generieke en flexibele protocol een volledige nier werk-up voor Muismodellen van glomerulaire ziekte, waardoor een enorme hoeveelheid informatie met betrekking tot de nieren en glomerulaire functie te worden verkregen uit een simpele muisklik. De methoden toestaan voor gedetailleerde mechanistisch, functionele en structurele analyse van glomerulaire functie, die kan worden toegepast op alle Muismodellen van glomerulaire ziekte.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd gesteund door de Britse Hartstichting, Richard Bright VEGF Research Trust en het MRC.
Metabolic Cages | Harvard Apparatus | 52-6731 | |
Tris buffered saline (10x) | Sigma-Aldrich | T5912-1L | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A2058 | |
Mouse Albumin ELISA Quantitation Set | Bethyl Laboratories | E90-134 | |
TMB ELISA Substrate solution | ThermoFisher Scientific | 34028 | |
Sulphuric acid | Sigma-Aldrich | 339741 | |
SPECTRstar nano | BMG Labtech | SPECTRstar nano or equivalent | |
RNAlater stabilisation solution | ThermoFisher Scientific | AM7020 | |
4-15% precast protein gel | BIORAD | 4568084 | |
4x Laaemmli Sample buffer | BIORAD | 161-0747 | |
Mini Trans-Blot cell | BIORAD | 1703930 | |
10x Tris running buffer | BIORAD | 1610732 | |
Coomassie Brilliant Blue Dye | ThermoFisher Scientific | 20278 | |
Creatinine Companion | Exocell | 1012 Strip Plate | |
Glutaraldehyde Solution | Sigma-Aldrich | G5882 | |
Sodium Cacodylate | Sigma-Aldrich | C0250 | |
10x Phosphate Buffered Saline | ThermoFisher Scientific | AM9625 | |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S7653 | |
Sodium Acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | |
Sodium Phosphate | Sigma-Aldrich | 342483 | |
Sodium Bicarbonate | Sigma-Aldrich | S5761 | |
Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M2643 | |
Calcium Chloride | Sigma-Aldrich | C5670 | |
D(+)Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | |
EDTA Blood Collection tubes | BD | 367835 | |
23-25G Needle | BD | PMC0735 | |
EDTA | Sigma-Aldrich | E9884 | |
10 ml Glass Vial | Thomas Scientific | 0914X10 | |
Falcon 10 ml Polypropylene Tubes | ThermoFisher Scientific | 10110101 | |
0.5 ml Tubes | ThermoFisher Scientific | 10681894 | |
Disposable Tissue Molds | ThermoFisher Scientific | 22-363-553 | |
Mouse Surgical Disection Kit | ThermoFisher Scientific | 13-005-204 | |
Optimal Cutting Medium | ThermoFisher Scientific | 23-730-571 | |
4% Paraformaldehyde | ThermoFisher Scientific | AAJ19943K2 | |
Glass Capillary Tubes | Harvard Apparatus | EC1 64-0770 | |
Glomerular Permeability Rig | Built at the Univeristy of Bristol – not comercially available | Citation of LpA rig: Salmon et al. 2006; J. Physiol | |
Stainless Steel Sieves | Cole-Parmer | WZ-59984 | |
Periodic Acid-Schiff (PAS) Staining System | Sigma-Aldrich | 395B-1KT | |
Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3136 | |
Xylene | MerckMillipore | 108298 | |
Poly-Prep Slides | Sigma-Aldrich | P0425-72EA | |
Mounting Medium | ThermoFisher Scientific | 8030 | |
Osmium tetroxide solution | Sigma-Aldrich | 75632 | |
Aradite Resin | Agar Scientific | CY212 | |
Uranyl Acetate | Agar Scientific | AGR1260A | |
Lead Citrate | Agar Scientific | AGR1210 | |
Cryostat | ThermoFisher Scientific | e.g. 957000H | |
Hydrophobic Pen | Abcam | ab2601 | |
Nephrin (1243-1256) Antibody | Acris | BP5030 | |
Anti-Podocin | Sigma-Aldrich | P0372-200UL | |
Anti-CD31 | BD Biosciences | 550274 | |
Alexa Fluor Secondary Antibody | ThermoFisher Scientific | A32732 | |
Vectashield Mounting Medium with DAPI | Vector Labs | H-1200 | |
NP40 Cell Lysis Buffer | ThermoFisher Scientific | FNN0021 | |
Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail | ThermoFisher Scientific | 78437X4 | |
10x Transfer Buffer | BIORAD | 1610734 | |
PVDF Membrane | ThermoFisher Scientific | LC2002 | |
HRP-Conjugated Secondary Antibodies | Abcam | ab6721 | |
ECF Substrate for Western Blotting | Fisher | 10713387 | |
TRIzol | ThermoFisher Scientific | 15596018 | |
Dnase I | New England Biolabs | M0303S | |
M-MLV Reverse Transcriptase | New England Biolabs | M053S | |
Oligo dT | ThermoFisher Scientific | 18418012 | |
Random Primers | ThermoFisher Scientific | 48190011 | |
dNTP | ThermoFisher Scientific | 18427088 | |
Ribonuclease Inhibitor | ThermoFisher Scientific | 10777019 | |
DEPC Water | ThermoFisher Scientific | AM9915G | |
Fluorescent Light Miscroscope | Leica Microsystems | ||
Image J Analysis Software | Image J | ||
PCR Thermocycler | ThermoFisher Scientific | ||
TEM Microscope | Britannica |