Summary

Nier Regeneratie in Adult zebravis door Gentamicin geïnduceerd letsel

Published: August 03, 2015
doi:

Summary

Here we present a reliable method to study adult kidney regeneration by inducing acute kidney injury by gentamicin injection. We show that injury is dependent on gentamicin dosage and environmental temperature using in situ hybridization to label lhx1a+ developing new nephrons.

Abstract

The kidney is essential for fluid homeostasis, blood pressure regulation and filtration of waste from the body. The fundamental unit of kidney function is the nephron. Mammals are able to repair existing nephrons after injury, but lose the ability to form new nephrons soon after birth. In contrast to mammals, adult fish produce new nephrons (neonephrogenesis) throughout their lives in response to growth requirements or injury. Recently, lhx1a has been shown to mark nephron progenitor cells in the adult zebrafish kidney, however mechanisms controlling the formation of new nephrons after injury remain unknown. Here we show our method for robust and reproducible injury in the adult zebrafish kidney by intraperitoneal (i.p.) injection of gentamicin, which uses a noninvasive visual screening process to select for fish with strong but nonlethal injury. Using this method, we can determine optimal gentamicin dosages for injury and go on to demonstrate the effect of higher temperatures on kidney regeneration in zebrafish.

Introduction

De nier is essentieel voor vloeistof homeostase, regulering van de bloeddruk en filtratie van afvalstoffen uit het lichaam. Hoewel de zoogdieren zijn in staat om de bestaande nefronen te herstellen na een blessure met gedifferentieerde epitheliale cellen 1-4, lijken ze een pool van gereserveerde stamcellen 5 missen en niet in staat zijn om nieuwe nefronen de novo te vormen. In tegenstelling tot zoogdieren, volwassen vissen kunnen nieuwe nefronen tijdens het volwassen leven vormen voor de groei van de vis en in reactie op verwonding 6,7 ondersteunen. De zebravis, Danio rerio, is een waardevolle modelorganisme voor de studie van orgaanregeneratie 10/08 en heeft het potentieel om krachtige inzichten in toepassingen van engineering van de reparatie van menselijke nieren. De Tg (Lhx1a: EGFP) transgen 11 is aangetoond dat een pool van nefron progenitorcellen label in de volwassen zebravissen nier 12 echter mechanismen die de reactie van lhx1a + cellen letsel rEmain onduidelijk.

Het aminoglycoside gentamicine is een veel gebruikte antibioticum met bekende nefrotoxische en ototoxische effecten bij de mens 13. Intraperitoneale injectie van gentamicine is een gevestigde methode voor het induceren van acuut nierfalen in vis 6. Deze blessure in vis bootst het verlies van tubulair epitheel en littekenvorming van glomeruli die optreedt bij de mens na gentamicine overdosis 14. Het induceren schade in zebravis door gentamicine injectie is een geschikte wijze van aanbrengen van een sterke, synchrone regeneratie respons, met veel nieuwe nefronen geproduceerd en tegelijkertijd het doorlopen stadia van hun vorming, proliferatie en differentiatie.

Dit protocol Gegevens onze methode voor robuuste en reproduceerbare letsel in de volwassen zebravissen nier door gebruik te maken van een niet-invasieve visuele screening proces om uitschieters te minimaliseren. We profiteren van het feit dat de schade met gentamicine leidt tot de dood van epitheliale nierweefsel en het formaation van renale tubulaire casts, die vervolgens ophopen in massa's in de mesonephric leidingen en cloaca. Deze worden aangenomen door de vis en kan visueel worden waargenomen in het water. Dit stelt ons in staat om het scherm voor vissen met een sterke niet-dodelijke verwondingen, die vervolgens kunnen worden samengevoegd voor verdere experimenten. Het minimaliseren van de aantallen niet gewonde vis of vis die sterven voordat ze het eindpunt van het experiment leidt tot meer uniforme en efficiënte verzamelen van gegevens en analyse. Bovendien zijn geen speciale apparatuur of reagentia vereist, waardoor deze werkwijze rendabel en geschikt voor gebruik in een academische of lering instelling. Met onze werkwijze, hier tonen we de effecten van toenemende dosis gentamicine de nieren regeneratie en het effect van verhoogde temperatuur.

Protocol

OPMERKING: Ethiek Verklaring: Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met het Massachusetts General Hospital richtlijnen voor het gebruik van dieren in het onderzoek. 1. Advance Voorbereiding Bepalen hoeveel volwassen zebravissen 6-12 maanden oud te verwonden. Plan te verwonden 10-20% meer vis dan nodig zal zijn. Om variabiliteit te minimaliseren, gebruiken dezelfde leeftijd sibling vis samen opgefokt in de tank zodat ze ongeveer even groot en hebben minder genetisc…

Representative Results

Gentamicine schade kan visueel worden bevestigd door de waarneming van renale epitheliale afgietsels in water (figuur 1). Verschillende doseringen van gentamicine werd gebruikt om volwassen wildtype TuAB zebravissen verwonden, waardoor steeds lhx1a + celaggregaten in de regenererende nier (Figuur 1A – D). White worpen kan gemakkelijk worden gezien in het water 1 dag na de verwonding (figuur 1E – H). Een lage dosis gentamicine r…

Discussion

De zebravis is ideaal voor het bestuderen regeneratie van volwassen organen, inclusief de volwassen nier mesonephric 6. Recente studies hebben gebruik van moleculaire merkers en nieuwe transgene reporter lijnen die de stappen die tijdens regeneratie nefron beter te karakteriseren en welke cellen verantwoordelijk 7,12 zou kunnen zijn. Observatie van urine afgietsels is al meer dan een eeuw nierziekte bij de mens 16 diagnosticeren. Hier gebruiken we de aanwezigheid van afgietsels als een e…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by NIH grant F32DK091998 to CNK; NIH grant RO1DK041071 and Harvard Stem Cell Institute grant D001229 to IAD. The authors thank Neil Hukriede for the lhx1ain situ probe.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
gentamicin sodium sulfate Sigma G1264 TOXIC, purity varies from batch to batch
plastic transfer pipets Fisher 13-711-7M
1 ml Norm-Ject syringes Electron Microscopy Sciences 72520 green plastic syringes, ordinary 1ml syringes are OK, but harder to read accurately
30G1/2 needles Becton Dickinson 305106
ethyl 3-aminobenzoaate methanesulfonate salt (tricaine) Sigma A5040 IRRITANT
16% paraformaldehyde Electron Microscopy Sciences 15710 Make 4% in 1xPBS for working solution

References

  1. Humphreys, B. D., et al. Intrinsic epithelial cells repair the kidney after injury. Cell Stem Cell. 2, 284-291 (2008).
  2. Humphreys, B. D., et al. Repair of injured proximal tubule does not involve specialized progenitors. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 9226-9231 (2011).
  3. Guo, J. K., Cantley, L. G. Cellular maintenance and repair of the kidney. Annu Rev Physiol. 72, 357-376 (2010).
  4. Cirio, M. C., de Groh, E. D., de Caestecker, M. P., Davidson, A. J., Hukriede, N. A. Kidney regeneration: common themes from the embryo to the adult. Pediatr Nephrol. , (2013).
  5. Little, M. H., Bertram, J. F. Is there such a thing as a renal stem cell. J Am Soc Nephrol. 20, 2112-2117 (2009).
  6. Reimschuessel, R. A fish model of renal regeneration and development. ILAR J. 42, 285-291 (2001).
  7. Zhou, W., Boucher, R. C., Bollig, F., Englert, C., Hildebrandt, F. Characterization of mesonephric development and regeneration using transgenic zebrafish. Am J Physiol Renal Physiol. 299, F1040-F1047 (2010).
  8. Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298, 2188-2190 (2002).
  9. Goessling, W., et al. APC mutant zebrafish uncover a changing temporal requirement for wnt signaling in liver development. Dev Biol. 320, 161-174 (2008).
  10. Pisharath, H., Rhee, J. M., Swanson, M. A., Leach, S. D., Parsons, M. J. Targeted ablation of beta cells in the embryonic zebrafish pancreas using E. coli nitroreductase. Mech Dev. 124, 218-229 (2007).
  11. Swanhart, L. M., et al. Characterization of an lhx1a transgenic reporter in zebrafish. Int J Dev Biol. 54, 731-736 (2010).
  12. Diep, C. Q., et al. Identification of adult nephron progenitors capable of kidney regeneration in zebrafish. Nature. 470, 95-100 (2011).
  13. Lopez-Novoa, J. M., Quiros, Y., Vicente, L., Morales, A. I., Lopez-Hernandez, F. J. New insights into the mechanism of aminoglycoside nephrotoxicity: an integrative point of view. Kidney Int. 79, 33-45 (2011).
  14. Hentschel, D. M., et al. Acute renal failure in zebrafish: a novel system to study a complex disease. Am J Physiol Renal Physiol. 288, F923-F929 (2005).
  15. Gerlach, G. F., Schrader, L. N., Wingert, R. A. Dissection of the adult zebrafish kidney. J Vis Exp. , (2011).
  16. Fogazzi, G. B., Cameron, J. S. Urinary microscopy from the seventeenth century to the present day. Kidney Int. 50, 1058-1068 (1996).
  17. Nachtrab, G., Czerwinski, M., Poss, K. D. Sexually dimorphic fin regeneration in zebrafish controlled by androgen/GSK3 signaling. Curr Biol. 21, 1912-1917 (2011).
  18. Zhou, W., Hildebrandt, F. Inducible podocyte injury and proteinuria in transgenic zebrafish. J Am Soc Nephrol. 23, 1039-1047 (2012).
  19. Huang, J., et al. A zebrafish model of conditional targeted podocyte ablation and regeneration. Kidney Int. 83, 1193-1200 (2013).

Play Video

Cite This Article
Kamei, C. N., Liu, Y., Drummond, I. A. Kidney Regeneration in Adult Zebrafish by Gentamicin Induced Injury. J. Vis. Exp. (102), e51912, doi:10.3791/51912 (2015).

View Video