A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט לניתוח פרוטאומי של הכליה כולה, צינורית קליפת המוח המבודדת ופרוטאומים מדולריים. המחקר גם משווה פרוטאומים אזוריים במודל עכבר סוכרתי ועכברים שאינם סוכרתיים.
הגדרת רצף האירועים במחלת כליות היא אבן הפינה של הפרקטיקה הקלינית בארגז הכלים של הנפרולוג. ניתוחים פרוטאומיים של רקמות הם גישה משמעותית להבנת התהליכים הפיזיולוגיים והמולקולריים הבסיסיים של פתופיזיולוגיה של הכליות. השיטות והפרוטוקולים שאנו מציגים כאן יאפשרו דיסקציה מולקולרית של הכליה בכל אזור עניין ספציפי הקשור להשלכות המחלה. כדי לקבוע את השפעות המחלה על אזורי כליה ומבנים ספציפיים עם פונקציות ייחודיות, מטרות פרוטוקול זה הן להדגים טכניקות פשוטות של מידור כליות עכבר ובידוד צינוריות קליפת הכליה במקביל לתהליכי עבודה פרוטאומיים כמותיים יעילים ללא תוויות. שילוב שיטות אלה יסייע בזיהוי דפוסים מולקולריים מופרעים בכליה כולה, בתאים המדולריים ובמבני הצינוריות בקליפת המוח של הכליות, כאשר המטרה הסופית והסופית של פרוטאומיקה של תא בודד בהקשרים פתולוגיים. יישום שיטות אלה כמעט בכל מודל מחלה יעזור בתיאור מנגנוני פתולוגיה הקשורים לתפקוד לקוי של הכליות.
מחלת כליות כרונית (CKD) היא דאגה מרכזית ברפואה המודרנית, בהיקף של למעלה מ-86 מיליארד דולר בהוצאות בריאות בארצות הברית לבדה1. ברחבי העולם, שכיחות CKD עולה עם שכיחות הסוכרת ומחלות נלוות לכליות הנלוות. קרוב ל-14% מאוכלוסיית ארה"ב סובלים מ-CKD (דוח שנתי של USRDS 2024). יתר על כן, נפרופתיה סוכרתית היא סוג של CKD והגורם המוביל למחלת כליות סופנית (ESRD), ו-60% מחולי ESRD סובלים מסוכרת 1,2,3. סוכרת משפיעה על כל מבני הכליות וסוגי התאים של הנפרונים, היחידה התפקודית של הכליות. כפי שמוצג באיור 1, חלקים שונים של נפרונים כלולים בקליפת הכליה ובאזורי המדולה. רוב הכליה מורכבת מצינורות. תפקוד לקוי של צינוריות הכליה ונגעים מבניים תורמים באופן משמעותי להתפתחות נפרופתיה סוכרתית (DN), ושינויים אלה מתאמים היטב עם קצב הירידה בתפקוד הכליות 4,5,6,7,8. בשלב מוקדם של סוכרת, בתגובה לעלייה בגלוקוז ולספיגת נתרן נלווית ודרישות חלבון הובלת ממברנה בכל מקטעי הצינוריות, הצינוריות עוברות היפרטרופיה. עם פגיעה מיקרו-וסקולרית מוגברת מאוחר יותר בסוכרת, צינוריות מציגות ניוון והתרחבות, בעוד שיש פיברוזיס והתרחבות של האינטרסטיציום9. מחקרים קודמים מהמעבדה שלנו מצאו פרוטאומים משתנים ושפע של חלבוני תגובת עקה בצינורות קליפת המוח של עכברים סוכרתיים10,11. המדולה חשובה לוויסות ריכוז השתן, ותפקוד לקוי במהלך מחלת כליות קשור לעקה חמצונית, כאשר סוכרת מובילה לירידה במתח החמצן באזור זה של הכליה עקב צריכת חמצן מוגברת מפעילויות מטבוליות, פעילות מוגברת של חלבוני הובלת ממברנה ופגיעה מיקרו-וסקולרית 12,13,14.
הבנת המנגנונים המפורטים של התפתחות והתקדמות DN היא מאמץ מתמשך שידרוש גישות חדשות ומשולבות המעוררות מודלים של מחלות ופרופיל מולקולרי של תהליכי איתות, שינויים אדפטיביים בדינמיקה של חלבון תאי תא והגדרה מדויקת של רכיבי תאי כליה ורקמות המושפעים מפגיעה במצבים כרוניים. פרוטאומיקה, מטבולומיקה וטרנסקריפטומיקה מציעים את האפשרות לחקור באופן אנליטי את המנגנונים המולקולריים של מחלות כליות. אומיקס הוא תחום חדש יחסית המשתמש בגישות של ביולוגיה מערכתית כדי להשיג הבנה גלובלית יותר של מערכות ביולוגיות. פרוטאומיקה הייתה כלי אומיקס רב עוצמה בנפרולוגיה בעשורים האחרונים. מחקר הסמנים הביולוגיים התרחב במהלך 20 השנים האחרונות, כפי שעולה מהגידול בפרסומים, אם כי נדרשת עבודה נרחבת כדי ליישם את הממצאים הללו במלואם במרפאה15. עם אוכלוסיות תאי הצינוריות השונות מאוד והתפקידים התפקודיים בהתאמה בתוך קליפת הכליה והמדולה, ניתוח פרוטאומי של כליות שלמות יכול להסוות שינויים ייחודיים הקשורים למבנים ספציפיים באזורים שונים אלה. לכן, מטרות מחקר זה הן להדגים את ההפרדה של קליפת הכליה והמדולה, כמו גם את ההפרדה של צינורות קליפת המוח מהגלומרולים, ואחריהם פרוטוקולים מפורטים להכנת תמציות חלבון ממבנים מבודדים לספקטרומטריית מסה מתקדמת וניתוחים ביואינפורמטיים. מודלים עכבריים של נפרופתיה סוכרתית הם חיוניים בהגדרת מנגנוני התקדמות המחלה. למחקר זה, השתמשנו בעכבר הטרנסגני OVE26, המפתח סוכרת מסוג I עם הופעה מוקדמת ומראה מאפיינים של DN בשלב מוקדם ומאוחר בבני אדם, כולל 1) עלייה מוקדמת וירידה מאוחרת יותר בקצב הסינון הגלומרולרי, 2) היפרטרופיה כלייתית, 3) עיבוי קרום הבסיס הגלומרולרי והתרחבות מזנגיאלית, 4) פרוטאינוריה חמורה, ו-5) פיברוזיס טובולואינטרסטיציאלי9, 16,17. עכברים בני חודשיים נבחרו כדי להדגים שינויים פרוטאומיים בתאי הצינוריות לפני נגעים מבניים גלויים. כפי שדווח בעבר ומוצג באיור 2, עכברי OVE26 בני חודשיים מציגים התרחבות מטריצה מזנגיאלית גלומרולרית (איור 2, חץ ירוק) ופרוטאינוריהחמורה 17, ללא שינויים היסטולוגיים גלויים בצינוריות הפרוקסימליות (איור 2, חץ צהוב) בעכברים סוכרתיים צעירים. כאן אנו מציגים גישה פרוטאומיקה כמותית משולבת לאפיון של כל הכליה, המדולה וצינורות קליפת המוח כדי להבהיר ולהמחיש את ההבדלים בפרוטאום בכל תא עם סוכרת.
מחקרים עם עכברי OVE26 ו-FVB אושרו על ידי הנחיות הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת לואיוויל (IACUC). נקבה טרנסגנית OVE26 (סוכרת; זן #:005564) ו-FVB (לא סוכרתי; מתח רקע; זן #:001800) עכברים נרכשו ממעבדות ג'קסון (בר הרבור, מיין). בעלי החיים הוחזקו במחזור אור/חושך של 12 שעות בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס, וניתנה להם גישה חופשית למים ולמזון. כל המחקרים נערכו על עכברים בני חודשיים.
1. מודל בעלי חיים
2. פרוטוקול עיכול עמוד ספין מיני מלכודת השעיה
3. ניקוי עם עמודת איזון הידרופילי-ליפופילי (HLB).
4. ניתוח ספקטרומטריית מסה
5. ניתוח נתונים וביואינפורמטיקה
בסך הכל, זיהויי החלבון הכוללים מכל סוג דגימה היו 1) כליה שלמה (1438) 2) מדולה (2145) וצינורות קליפת המוח (1859). לאחר עיבוד נתונים ב-MetaboAnalyst 6.0, סינון נתונים וחישוב, זיהויי חלבון שנותחו לבסוף עבור כל תא כליה היו: כליה שלמה (455), מדולה (997) וצינורות קליפת המוח (896). איור 4 מרא...
השיטות המוצגות בגישה טכנית זו נועדו להמחיש ניתוח פרוטאום השוואתי של אזורים שונים בכליה. כאן, השתמשנו בשיטות לבידוד מדולה וצינוריות קליפת המוח בעכברים סוכרתיים (OVE26) ובקרה (FVB) וביצענו ניתוח LC-MS/MS וביואינפורמטיקה חד-ממדי כדי להמחיש את ההבדלים הבסיסיים בפרוטאום בכל חלק של ה...
למחברים אין גילוי נאות.
העבודה עבור פרויקט זה נתמכה באופן חלקי במימון MTB (NIH K01DK080951) ו-TDC (קונסורציום מחקר נפרולוגיה לילדים NephCure-Pediatric NKI-2023-04) והתוכנית למחלות כליות של אוניברסיטת לואיוויל והמרכז הטכנולוגי לפרוטאומיקה (TDC, MTB).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Collagenase type 1A | Millipore Signal | C9891 | |
Exploris 480 Orbitrap | Thermofisher | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/BRE725539 | MS |
Falcon Cell Strainer, 100 µm | VWR | 21008-950 | |
Falcon Cell Strainer, 70 µm | VWR | 21008-952 | |
Gibco PBS pH 7.4 | Thermo | 1001023 | |
Halt Protease and Phosphatase Inhibitor Cocktail | VWR | PI78440 | |
Iodoacetamide | Sigma Aldrich | I1149 | |
MetaboAnalyst 6.0 | MetaboAnalyst 6.0 | https://www.metaboanalyst.ca/ | metabolomics data analysis platform |
NanoDrop 2000 | Thermofisher | https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/ND-2000 | |
Oasis HLB column | Waters | 186002034 | |
PEAKS 12.0 | Bioinformatics Solutions Inc | LC-MS/MS data analysis software | |
Pestle for 1.5 mL Microtube | Fisher Scientific | NC0782485 | |
Suspension Trap (S-trap) | Protifi | C02-micro-10 | |
TCEP | ThermoFisher Scientific | 20490 | |
TEABC | Sigma Aldrich | T7408 | |
Trypsin Protease, MS-Grade | ThermoFisher Scientific | 90057 | |
Ultrasonic Cleaner | Cole-Parmer | Model 0884900 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved