Este protocolo describe un work-up de riñón completo que debe ser llevado a cabo en modelos de ratón de la enfermedad glomerular. Los métodos permiten análisis funcional, estructural y mecánico de la función glomerular, que puede ser aplicado a todos los modelos de ratón de la enfermedad glomerular.
El uso de modelos murinos para imitar la enfermedad de riñón humano se está volviendo cada vez más común. Nuestra investigación se centra en la evaluación de la función glomerular en la nefropatía diabética y específicos del Podocito VEGF-A knock-out ratones; por lo tanto, este protocolo describe el work-up de riñón completo utilizado en nuestro laboratorio para evaluar estos modelos de ratón de la enfermedad glomerular, lo que permite una gran cantidad de información sobre riñón y función glomerular de un ratón. En comparación con los métodos alternativos presentados en la literatura para evaluar la función glomerular, el uso del método descrito en este documento permite el fenotipo glomerular a evaluarse completamente desde múltiples aspectos. Mediante este método, el investigador puede determinar el fenotipo de riñón del modelo y evaluar el mecanismo en cuanto a por qué se desarrolla el fenotipo. Esta información vital en el mecanismo de la enfermedad es necesaria examinar posibles vías terapéuticas en estos modelos. Los métodos permiten detallada evaluación funcional de la barrera de filtración glomerular mediante la medida de la proporción de albúmina en orina creatinina y permeabilidad glomerular individuales, así como la examinación tanto estructural como ultra estructural usando el ácido periódico de Schiff y microscopia electrónica. Además, el análisis de la desregulación de genes a nivel de mRNA y proteína permite análisis mecanicista de la función glomerular. Este protocolo describe los métodos genéricos pero adaptables que se pueden aplicar a todos los modelos de ratón de la enfermedad glomerular.
El uso de modelos murinos para imitar la enfermedad de riñón humano se está volviendo cada vez más común. Tales modelos murinos incluyen modelos espontáneos como espontáneamente hipertensas (SHR) de ratas1, streptozotocin (STZ)-indujo ratas diabéticas y ratones2y db/db tipo II ratones diabéticos3modelos modificados genéticamente tales como primaria específicos del Podocito segmentaria glomerular esclerosis focal (FSGS) modelos4, el Podocito-específicos del factor de crecimiento endotelial A (VEGF-A) knock-out (KO VEGF-A) modelo5, y el síndrome de Alport modelos6y adquiridos modelos como la nefrectomía 5/6 del7 y la obstrucción ureteral unilateral (UUO) modelo8. Para evaluar los diferentes aspectos de la función glomerular en estos modelos, hay varias técnicas. El propósito de este papel de método es demostrar un work-up global que se debe realizar en modelos de ratón de la enfermedad renal para evaluar plenamente la función glomerular.
La lógica detrás del uso de este método es que permite el fenotipo glomerular a evaluarse completamente desde múltiples aspectos. Esto incluye la evaluación de la permeabilidad glomerular, a la proteína y al agua, las anormalidades estructurales glomerulares y cambios en el expresión/empalme de mRNAs y proteínas esenciales para la función glomerular normal. Mediante este método, el investigador es capaz de determinar el fenotipo de riñón del modelo y evaluar el mecanismo en cuanto a por qué se desarrolla el fenotipo. Esto es información vital sobre el mecanismo de la enfermedad, que es necesaria examinar posibles vías terapéuticas en estos modelos.
En la literatura, es una ocurrencia común que se presentará con un modelo murino de enfermedad glomerular, donde el fenotipo es determinado por un mayor nivel de albúmina en la orina. Sin embargo, hay pruebas que sugieren que un único método para determinar la función glomerular no es siempre eficaz; medición de la tasa de excreción urinaria de albúmina o el cociente de creatinina urinaria de albúmina (uACR) sólo proporciona información sobre la función renal total y no de los glomérulos individuales. Estudios anteriores han demostrado que la permeabilidad puede variar en diferentes glomérulos del riñón mismo5,9,10. Además, la evaluación de la permeabilidad de los glomérulos es una forma más sensible de evaluar la función glomerular; la técnica de medición de la permeabilidad glomerular individuales (LpA / V) ha demostrado para ser más sensible a los cambios en la función glomerular que medir la uACR9. Este ensayo es beneficioso en modelos de ratón que son resistentes a la proteinuria, como los de un fondo de c57BL/611. La ventaja del presente trabajo del método es que examina tanto la permeabilidad renal total a la albúmina, así como la permeabilidad glomerular individual para agua.
Examen de anormalidades estructurales glomerulares es a menudo evaluado por una batería de manchas tales como ácido peryódico Schiff (PAS) trichrome, y manchas de plata. Éstos permiten un patólogo entrenado renal evaluar el nivel de la enfermedad renal a través de un método de puntuación. Aunque todos los buenos métodos, cambios a la macro-estructura glomerular no siempre se observan en modelos de lesión renal aguda12. Este método propone que además de realizar las técnicas de histología renal descritas anteriormente, la ultra-estructura glomerular también debe ser evaluada a través de microscopia electrónica (EM). Un glomérulo teñido puede parecer relativamente normal bajo un microscopio de luz ordinario; sin embargo, en evaluación con EM, pequeños cambios en el ancho de la membrana glomerular del sótano (GBM), Podocito pie proceso effacement, fenestraciones endoteliales y la cobertura de espacio sub-Podocito es analizada. Por lo tanto, es vital que la ultra estructura glomerular y la micro estructura es evaluado para determinar el mecanismo de disfunción glomerular.
Además de evaluar las anormalidades estructurales glomerulares, cambios en el ARNm y la expresión de proteína y empalme, así como activación de la proteína (p. ej., fosforilación), deben ser examinados para aclarar aún más los mecanismos de enfermedad glomerular. Al mirar la enfermedad glomerular, o, por ejemplo, cuando KO/sobre-expressing un gen concreto en las células glomerulares, como en el Podocito-específicos VEGF-A KO ratón5, es importante que los cambios de la proteína y de mRNA se examinan sólo dentro del las células glomerulares y no el riñón entero. Este protocolo describe un método en el que los glomérulos están aislados de la corteza del riñón de ratón, y luego el proteína/RNA están aislados. Esto permite el análisis específico de la desregulación de proteína/mRNA en los glomérulos del modelo de la enfermedad.
Este protocolo describe un work-up de riñón completo que debe ser llevado a cabo en modelos de ratón de la enfermedad glomerular, lo que permite una gran cantidad de información sobre riñón y función glomerular de un ratón. Los métodos permiten análisis funcional, estructural y mecánico de la función glomerular, que puede ser aplicado a todos los modelos de ratón de la enfermedad glomerular.
Este protocolo describe un work-up de riñón completo que debe ser llevado a cabo en modelos de ratón de la enfermedad glomerular, lo que permite una gran cantidad de información sobre riñón y función glomerular de un ratón. Los pasos críticos en cada método permiten análisis funcional, estructural y mecánico de la función glomerular, incluyendo la evaluación de la permeabilidad de los riñones en su totalidad (uACR y plasma las mediciones de creatinina), la permeabilidad de glomérulos individuales (glomerular LpA / V), examen de la localización de alteraciones estructurales (PAS, azul de TRICROMICA y EM), proteína (IF) y expresión del gen glomerular (RT-PCR y Western blot). Estos métodos son clave para la evaluación completa de la función glomerular en modelos de ratón de la enfermedad renal.
Al evaluar la permeabilidad de lo GFB, muchos estudios han optado por utilizar la tasa de excreción convencional uACR o 24 h albúmina como una medida eficaz17,18. Aunque estas técnicas permiten evaluar la permeabilidad GFB en su conjunto, no permite para la evaluación de la permeabilidad glomerular individual y variación entre glomérulos. Estudios anteriores han encontrado medición de la glomerular LpA / Vi una medida más sensible de los cambios en la permeabilidad GFB5,9. De hecho, en los resultados representativos demostrados en este papel, a las 14 semanas después de inducción de VEGF-A KO, VEGF-A KO X Neph-VEGF-A165b ratones tienen un uACR significativamente menor en comparación con ratones KO de VEGF-A; sin embargo, este resultado no se refleja en la glomerular LpA / V mediciones, donde VEGF-A165b no previno significativamente aumenta en el GFB permeabilidad (figura 1 y figura 2)5. Esto demuestra la importancia de usar múltiples ensayos para evaluar la permeabilidad renal y la permeabilidad de los glomérulos. Además, la glomerular LpA / V oncometric ensayo sugiere que la permeabilidad de los glomérulos del riñón mismo puede variar considerablemente, especialmente en enfermedad modelos5,10, 19. una limitación al medir el glomerular LpA V es que sólo puede ser realizada en el punto final experimental; así, las mediciones regulares de la uACR están obligadas a dar una indicación del punto final experimental.
Además de evaluar el fenotipo funcional, el método presente también alienta la evaluación del fenotipo estructural y ultraestructural. Esto puede hacerse utilizando una selección de manchas tales como PAS, tricrómica y manchas de plata; cada uno para evaluar diferentes aspectos de la morfología glomerular. En modelos agudos de enfermedad glomerular, que es a menudo el caso en modelos de ratón, puede ser difícil detectar cualquier anormalidades estructurales importantes usando estas manchas a menos que seas un patólogo entrenado renal. Por lo tanto, llevar a cabo EM sugiere para evaluar la ultraestructura de lo GFB, que permite la medición cuantitativa de parámetros como el GBM, endoteliales ventanas tamaño, número y características del Podocito. Tales medidas requieren un mínimo entrenamiento para llevar a cabo y permite al investigador determinar el celular-tipos y estructuras afectadas en un modelo de enfermedad. En el ejemplo demostrado en resultados representativos, el ratón KO VEGF-A fue encontrado para ser un modelo suave de enfermedad glomerular, por lo tanto, no hay anormalidades estructurales importantes estaban presentes con tinción de PAS. Sin embargo, específicas del Podocito VEGF-A KO inducir cambios al GBM, podocitos y las células endoteliales al examinar la ultra estructura glomerular5. Desgraciadamente, la preparación del riñón para la EM se describe en el presente método no permite detectar el glicocálix endotelial, que también se conoce para tener efectos significativos sobre la permeabilidad del GFB19. Para medir con precisión la profundidad del Glicocálix, el riñón debe ser perfusión fijados con glutaraldehído al 2,5% con azul de Alcian 1% para el etiquetado de glicocálix endotelial, como se describe en Oltean et al19.
Una vez que se ha evaluado el fenotipo funcional y estructural, los patrones de expresión de la activación de diferentes genes y vías entonces pueden ser evaluados específicamente en los glomérulos. Previa evaluación ultra estructural podría dar alguna información acerca de la célula tipos/glomerular estructuras implicadas, indicando si debe ser examinadas el Podocito o endoteliales específicos genes/vías. Por ejemplo, en los resultados representativos de los ratones KO de VEGF-A, se observó una reducción en el número de ventanas endotelial (figura 3D); por lo tanto, la expresión de la proteína glomerular de un marcador endotelial sabido para estar implicado en la vía del VEGF-A fue examinada; VEGFR-2 (Figura 4B)5. Además de la expresión de proteínas en los glomérulos, su localización se puede también visualizar con si. En un estudio realizado por Zhang et al20, específicos del Podocito sobreexpresión de GLUT1 fue confirmada en los podocitos por si co localizar el GLUT1 mayor con podocin.
En comparación con los métodos alternativos presentados en la literatura para evaluar la función glomerular, el uso del método descrito en este trabajo para evaluar la función renal en modelos murinos de enfermedad glomerular permite el fenotipo glomerular evaluarse completamente de múltiples aspectos. Mediante este método, el investigador es capaz de determinar el fenotipo de riñón del modelo y evaluar el mecanismo en cuanto a por qué se desarrolla el fenotipo. Esta información vital en el mecanismo de la enfermedad es necesaria examinar posibles vías terapéuticas en estos modelos. Este método puede ser aplicado fácilmente a futuras investigaciones en la función glomerular en la evaluación de fenotipos de la enfermedad y terapéutica potencial.
En conclusión, este protocolo genérico y adaptable describe un riñón completo work-up de modelos murinos de enfermedad glomerular, lo que permite una gran cantidad de información sobre riñón y función glomerular de un ratón. Los métodos permiten análisis funcional, estructural y mecánico de la función glomerular, que puede ser aplicado a todos los modelos de ratón de la enfermedad glomerular.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación británica del corazón, Richard Bright VEGF Research Trust y el 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 |