Dit protocol biedt een rendabele aanpak om te isoleren en karakteriseren van muis primaire renale tubulaire cellen die vervolgens sub kunnen worden gekweekt om te beoordelen renale biologische functies- ex vivo, met inbegrip van de mitochondriale Bioenergetica.
Mitochondriale dysfunctie in de renale tubulaire epitheliale cellen (TECs) kan leiden tot nierinsufficiëntie fibrose, een belangrijke oorzaak van chronische nierziekte (CKD). Beoordeling van mitochondriale functie in primaire TECs kunnen daarom waardevol inzicht in de bio-energetische status van de cellen, inzicht bijbrengen in de pathofysiologie van Cementovenstof. Terwijl er een aantal complexe protocollen beschikbaar voor de isolatie en zuivering van proximale tubuli in verschillende soorten zijn, ontbreekt het veld een kosteneffectieve methode die is geoptimaliseerd voor de tubulaire cel isolatie zonder de noodzaak voor de zuivering. Wij bieden hier een isolatie-protocol waarmee voor studies gericht op zowel primaire muis proximale en distale renale TECs. Naast voordelige reagentia en minimale dierlijke dit protocol voorgeschreven procedures, de geïsoleerde cellen hoge energie serviceniveaus te behouden na isolatie en kunnen sub gekweekte tot vier gangen, zodat voor continue studies. Bovendien, met behulp van een hoge doorvoersnelheid extracellulaire flux analyzer, beoordelen we de mitochondriale ademhaling direct in de geïsoleerde TECs in een 96-wells-plaat waarin we aanbevelingen voor de optimalisatie van de celdichtheid en samengestelde concentratie voorziet. Deze opmerkingen suggereren dat dit protocol kan worden gebruikt voor renale tubulaire ex vivo studies met een consistente, goed gestandaardiseerde productie van renale TECs. Dit protocol wellicht bredere toekomstige toepassingen te bestuderen van mitochondriale dysfunctie renale stoornissen voor drugontdekking of drug karakterisering doeleinden is gekoppeld.
Renale tubulaire epitheliale cellen (VEG) functie is sterk geassocieerd met de algehele gezondheidstoestand van de nier. Pathologische signalering in de nieren zorgt ervoor dat de dedifferentiation van TECs, die een belangrijke rol in de nier fibrose en chronische nier ziekte (CKD)1,2 speelt. De nier is een zeer energieke orgel, tweede alleen naar het hart in zuurstofverbruik, voornamelijk door middel van Mitochondriale oxidatieve fosforylatie3. Elektronenmicroscopie studies is gebleken een positieve correlatie van mitochondriale morfologische veranderingen op pathologische gebeurtenissen in de renale tubuli4. Mitochondriale dysfunctie in TECs veroorzaakt renale fibrose via epitheliale aan mesenchymale overgang5 en defecte vetzuur oxidatie6. Fibrose is een progressieve Renale pathologie die in Cementovenstof resulteert. Inzicht in de energetische status van renale TECs is daarom een noodzaak om te ontdekken de pathofysiologie van Cementovenstof.
Er zijn 20 > celtypes in de volwassen nier7. De functie van TECs studeren, is een primaire cultuur van de renale epitheliale cellen nodig als een platform voor moleculaire biologie toepassingen zoals chemische behandelingen en genetische manipulaties. Belangrijk is dat kunnen genetische manipulaties worden gedaan in vivo in muizen via Transgenese of met behulp van AAV gene levering technieken8 zodat de geïsoleerde primaire cellen zou al genetisch worden gemanipuleerd. Het isolement van primaire renale tubulaire cellen uit muizen9,10, ratten11,12,13, hoektanden14, konijnen15,16en mens17 ,18 is gemeld met zuivering stappen voor zuivere proximale tubulaire cellen opleveren. In deze eerder gepubliceerde protocollen die zich op de isolatie van proximale tubulaire cellen richten, werden kleurovergang centrifugeren en sorteren van experimenten uitgevoerd voor zuivering doeleinden19. Terwijl deze protocollen waardevol zijn voor het bestuderen van de proximale tubuli, zijn ze niet voldoende wanneer zowel de distale als de proximale tubuli nodig zijn om te worden bestudeerd. Onze studie over het syndroom van Alport is bijvoorbeeld gebleken dat zowel de distale als de proximale renale tubuli spelen een belangrijke rol in de ziekte progressie20, en daarom beide soorten de renale tubuli in cultuur moeten worden onderzocht. Een recente studie over fluoride renale toxiciteit toonde ook aan dat de pathologische veranderingen in zowel de proximale en distale tubuli21 plaatsvonden. Daarom is dit protocol van de isolatie is ontworpen en geoptimaliseerd voor zowel de distale als de proximale tubulaire cellen van muis nieren met een minimale kostprijs van reagentia en eenvoudige procedures. Anderzijds kunnen onderzoekers nog volgen van het protocol tot stap 3.1 en zuivering stappen9 vanaf dit punt naar voren voor de isolatie van pure proximale tubulaire cellen toevoegen.
De geïsoleerde cellen hoog energetische risiconiveaus en renale epitheliale kenmerken behouden na de subculturen aan 4 passages. Met behulp van een hoge doorvoersnelheid extracellulaire flux analyzer, beoordelen wij de mitochondriale ademhaling direct in de geïsoleerde TECs in een 96-wells-plaat, die tot verdere inzichten in cel dichtheid optimalisatie leidt. Deze opmerkingen suggereren dat dit protocol kan worden toegepast op de renale tubulaire ex vivo studies met een consistente, goed gestandaardiseerde productie van renale TECs. Een extra betekenis van dit protocol is het mogelijk gebruik ervan als een instrument van de hoge doorvoer voor de ex vivo -karakterisering van de mitochondriale Bioenergetica in renale tubulaire cellen proximale en distale. Dus kan het dienen als een platform voor drugontdekking of drug karakterisering doeleinden van renale aandoeningen.
We een protocol waarmee voor de efficiënte isolatie van muis renale tubulaire epitheliale cellen (TECs) geoptimaliseerd en bleek dat de cellen een extracellulaire flux-analyse te evalueren van de mitochondriale ademhaling in aanwezigheid van vetzuur – sub gekweekt kunnen worden en/of glucose gebaseerde substraten. Dit protocol is ontworpen voor studies gericht op zowel de distale als de proximale tubulaire cellen en fungeert als een kader om te bouwen van complexere experimenten opstelt voor het begrijpen van TEC pathologie-geassocieerde nierziekten. Vergeleken met eerder gepubliceerde protocollen9,10,19, deze methode vereist geen kleurovergang scheidingen met lange centrifugeren maal of een ruime antilichaam-gebruik voor het sorteren en daarom biedt een meer efficiënte en geoptimaliseerde gids voor onderzoekers die werken op het renale tubulaire metabole gebied. Er zijn verschillende kritische stappen in dit protocol, met inbegrip van de spijsvertering, de re-collectie, en de beplating dichtheid en de samengestelde optimalisatie voor de extracellulaire flux assay.
Het kiezen van het juiste type van collagenase en optimale concentratie is de sleutel tot een succesvolle spijsvertering en dissociatie van de tubulaire cellen van renale weefsels. Vergeleken met andere soorten collagenases, bevat type 2 collagenase relatief hogere niveaus van protease-activiteit, staat distantiëren van compacte renale structuren. Om de kans op besmetting als gevolg van een langdurige perfusie en spijsvertering tijd minimaliseren, was 0,013% type 2 collagenase geperfundeerd op 30 mL/min. De renale capsule is alleen verwijderd nadat beide nieren waren van het dier geoogst en in een gesteriliseerde cel cultuur kap overgebracht. De nieren waren gehakt in kleine stukjes en bleef hun incubatie met 10 mL van een spijsvertering buffer voor een andere 5 min. voor een volledige spijsvertering en de maximale vrijlating van de tubulaire cellen.
Hoewel, na de spijsvertering, de schorsing van het weefsel wordt doorgegeven via een 70-µm filter verwijderen van zeer grote weefsel stukken, zal er wel onverteerd tubuli die het filter passeren en blijven binnen de celsuspensie en vergulde krijgen op de cultuur schotel. Het duurt het langer dan normaal voor deze tubuli vrij te geven van de tubulaire cellen en stevig aan de cultuur-schotel. Het is daarom nogal belangrijk te verzamelen van de celsuspensie samen en centrifugeer om pellet de niet-vastgemaakte buisjes en cellen op de tweede dag na de cel beplating. Deze lage snelheid centrifugeren stap verder verwijdert van andere celtypes die lichter dan de tubulaire cellen zijn en zorgt voor een niet-vastgemaakte buisjes en tubulaire cellen te regelen.
De identificatie van goede celdichtheid is de eerste en belangrijkste stap voor een succesvolle extracellulaire flux assay. De resultaten toonden aan dat 40.000 cellen per putje op een XF96-microplate is ideaal voor primaire tubulaire cellen in zowel een vetzuur en een glucose gebaseerde ademhaling assay (Figuur 3 c). In dit protocol, werden geïsoleerde tubulaire cellen gebruikt voor de bepaling van de extracellulaire flux op passages 1 en 2. De cellen sub gekweekt om de passage van 3, hoewel ze een uitdrukking van de tubulaire markers (Figuur 2) en een nette prestatie in de Bioenergetica assays (figuur 3A onderhouden), en verminderde basale ademhaling niveaus ten opzichte van passage 2 toonde (zie afbeelding door het vergelijken van OCR in de meest rechtse panelen van figuur 3A van Figuur 3 c). Deze daling kan niet van invloed op de aanzienlijk gezonde tubulaire cellen (bijvoorbeeld degenen geïsoleerd van jonge wild-type muizen). Echter voor studies over cellen geïsoleerd van Cementovenstof Muismodellen die al een verminderde mitochondriale ademhaling, kan hogere passages van de cellen een verdere daling van de basale ademhaling waardoor de resultaten van de bepaling van de extracellulaire flux. In de studies hier gevoerd, de cellen van zowel passage 1 en passage 2 toonde hoge basale ademhaling niveaus. Daarom, naar aanleiding van dit protocol raden we deze twee vroege passages voor mitochondriale ademhaling studies met cellen van zowel de gezonde als de zieke dieren geïsoleerd. Cellen van passage 2 moeten nog steeds in aanmerking worden genomen indien de subcultuur van passage 1 geen voldoende cellen voor de flux assay oplevert. Naast Bioenergetica studies toont onze vorige onderzoek aan dat primaire TECs bij passage 3 zeer nuttig zijn voor behandelingen, met verbindingen gevolgd door eiwitten en RNA studies (gegevens niet worden weergegeven kunnen). Dat gezegd zijnde, stellen we voor dat onderzoekers met behulp van dit protocol te isoleren van de tubulaire cellen zorgvuldig de optimale doorgang voor diverse toepassingen kiest.
Het werkingsprincipe van de extracellulaire flux-analyse is gebaseerd op de interacties tussen de ingespoten verbindingen en de ademhaling ketencomplexen en het effect van de uncoupler. Oligomycin is een inhibitor van de omwenteling van complexe V (ATP-synthase) en wordt gebruikt om ATP-linked zuurstofverbruik en het zuurstofverbruik die vereist is voor het overwinnen van het reguliere proton-lek in een mitochondriale binnenste membraan32te onderscheiden. FCCP reddingsprocedure zuurstofverbruik van de ATP productie door het verstoren van de Mitochondriale membraanpotentiaal. Het biedt dus een meting van de maximale ademhaling capaciteit zoals het omzeilt de beperkte capaciteit van een proton ion efflux van ATP-synthase doordat een proton transport via het membraan. Antimycin-A, een complexe III-inhibitor, en rotenon, een complex ik blocker, af de gehele mitochondriale ademhaling waardoor een differentiatie tussen de mitochondriale vs. de niet-mitochondriale zuurstofverbruik in te sluiten in combinatie worden gebruikt de cellen. Deze verbindingen moeten altijd voor een bepaalde celtype voordat de extracellulaire flux-test om te bepalen van de optimale concentraties dat de opbrengst van de optimale OCR-curven worden getitreerd. Hier, raden we 1 µM van oligomycin, 1 µM van FCCP en 2 µM van rotenon/antimycin A voor de extracellulaire flux assay op primaire TECs.
Ter afronding: dit protocol voorziet een eenvoudige en kosteneffectieve manier te isoleren van de renale primaire proximale en distale buisvormige epitheliale cellen die kunnen worden gebruikt voor de beoordeling van mitochondriale Bioenergetica ex vivo. Terwijl dit protocol kan bruikbaar zijn in een breed scala van studies van de moleculaire biologie het verkennen van de biologische functie van renale tubulaire epitheliale cellen, erkennen wij zijn beperkingen wanneer u het toepast op studies nodig puur proximaal of DISTAAL tubuli. Bijvoorbeeld, studies over de Lowe syndroom, een selectieve proximale buisvormige dysfunctie33of studies over distale renale tubulaire acidose, een distale buisvormige dysfunctie34, zou vereisen een meer verfijnde protocol voor cel isolatie en zuivering. Echter biedt voor de meerderheid van de studies die vergelijk tubuli vs. de glomeruli, en voor studies op het scherm van potentiële mitochondriale ademhaling regelgevers in de tubulaire cellen in het algemeen, het protocol een haalbaar hoge doorvoer-aanpak. Daarom kan dit protocol hebben brede toepassingen te bestuderen van mitochondriale dysfunctie renale stoornissen voor drug discovery of doel validatie doeleinden is gekoppeld.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door de volgende subsidies voor Lina A. Shehadeh: het National Institute of Health (R56HL132209 en 1R01HL140468) en het onderzoeksinstituut voor hart van Miami.
Collagen I Rat Protein, Tail | ThermoFisher Scientific | A1048301 | |
Acetic Acid | J.T.Baker | 9508 | |
Collagenase Type II | Worthington | LS004176 | |
PBS | Sigma | D8537 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Gibco | 25200056 | |
Renal Epithelial Cell Growth Medium 2 Kit | PromoCell | C-26130 | |
2-Deoxy glucose | Sigma | D6134 | |
Glucose | Sigma | G8270 | |
L-Carnitine | Sigma | C0283 | |
Etomoxir | Sigma | E-1905 | |
Oligomycin | Sigma | 75351 | |
Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy) phenylhydrazone (FCCP) | Sigma | C2920 | |
Rotenone | Sigma | R8875 | |
Antimycin-A | Sigma | A8674 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma | A7030 | |
Sodium palmitate | Sigma | P9767 | |
NaCl | Sigma | S7653 | |
Sodium pyruvate | Sigma | P5280 | |
L-Glutamine 200mM solution | Sigma | G7513 | |
DMEM powder | Sigma | D5030-1L | |
Hoechst 33342 | LifeTechnologies | H3570 | |
Trypan Blue Staining (0.4%) | LifeTechnologies | T10282 | |
Counting Slides | Bio-Rad | 145-0011 | |
Micro Dissecting Forceps | Roboz | RS-5101 | |
TC10 automated cell counter | Bio-Rad | 506BR2119 | |
MINIPULS 3 Peristaltic Pump | Gilson Inc. | GM3P | |
Seahorse XFe96 Analyzer | Seahorse Bioscience | S7800A | |
Seahorse XFe96 FluxPack (includes sensor cartridges, microplates, and calibrant) | Seahorse Bioscience | 10260-100 |