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Method Article
Identificare il tipo di cellula responsabile della secrezione di citochine è necessario per comprendere la patobiologia della malattia renale. Qui, descriviamo un metodo per colorare quantitativamente il tessuto renale alla ricerca di citochine prodotte da cellule epiteliali o interstiziali renali utilizzando la brefeldina A, un inibitore della secrezione, e marcatori specifici del tipo di cellula.
La malattia renale cronica (CKD) è una delle prime dieci principali cause di morte negli Stati Uniti. Il danno renale acuto (AKI), sebbene spesso recuperabile, predispone i pazienti alla CKD più tardi nella vita. Le cellule epiteliali renali sono state identificate come nodi di segnalazione chiave sia nell'AKI che nella CKD, per cui le cellule possono determinare il decorso della malattia attraverso la secrezione di citochine e altre proteine. In particolare, nella CKD, diverse linee di evidenza hanno dimostrato che le cellule tubulari riparate in modo disadattivo guidano la progressione della malattia attraverso la secrezione del fattore di crescita trasformante-beta (TGF-β), del fattore di crescita del tessuto connettivo (CTGF) e di altre citochine profibrotiche. Tuttavia, l'identificazione della fonte e del numero relativo di proteine secrete da diversi tipi di cellule in vivo rimane impegnativa.
Questo articolo descrive una tecnica che utilizza la brefeldina A (BFA) per prevenire la secrezione di citochine, consentendo la colorazione delle citochine nel tessuto renale utilizzando tecniche standard di immunofluorescenza. Il BFA inibisce il trasporto del reticolo endoplasmatico (ER) all'apparato di Golgi, necessario per la secrezione di citochine e altre proteine. L'iniezione di BFA 6 ore prima del sacrificio porta ad un accumulo di TGF-β, PDGF e CTGF all'interno delle cellule del tubulo prossimale (PTC) in un modello murino di cisplatino di AKI e TGF-β in un modello murino di acido aristolochico (AA) di CKD. L'analisi ha rivelato che BFA + cisplatino o BFA + AA aumentavano significativamente il segnale TGF-β positivo rispetto a BFA + soluzione fisiologica, cisplatino o AA da soli. Questi dati suggeriscono che il BFA può essere utilizzato per identificare il tipo di cellula che produce citochine specifiche e quantificare le quantità relative e/o i diversi tipi di citochine prodotte.
Si stima che il >10% della popolazione mondiale abbia una qualche forma di malattia renale1. Definita dalla sua rapida insorgenza, l'AKI è in gran parte curabile; tuttavia, un episodio di AKI può predisporre i pazienti a sviluppare la CKD più tardi nella vita 2,3. A differenza dell'AKI, la CKD è caratterizzata da fibrosi progressiva e peggioramento della funzione renale, che porta a una malattia renale allo stadio terminale che richiede una terapia sostitutiva renale. La maggior parte delle lesioni ai reni prende di mira le cellule epiteliali specializzate, come i podociti o le cellule dei tubuli prossimali, che compongono il nefrone 4,5. Dopo la lesione, le cellule epiteliali sopravvissute aiutano a coordinare la risposta di riparazione attraverso la secrezione di citochine e altre proteine. In questo modo, le cellule sopravvissute possono modulare la risposta immunitaria, dirigere il rimodellamento della matrice extracellulare e aiutare il recupero degli organi.
Le citochine sono piccole proteine secrete essenziali per modulare la maturazione, la crescita e la reattività degli organismi multicellulari 6,7. Funzionano come messaggeri di segnale tra vari tipi di cellule, comprese le cellule immunitarie ed epiteliali8. Sebbene si pensi che le citochine siano secrete principalmente dalle cellule immunitarie, la ricerca di lunga data ha dimostrato che anche le cellule epiteliali e interstiziali renali secernono citochine come segnali per altre cellule renali residenti, come le cellule tubuliche, le cellule interstiziali e le cellule immunitarie 9,10. I PTC, in particolare, svolgono un ruolo importante nella fase di inizio e recupero dopo AKI11. Tuttavia, è noto che le PTC riparate in modo disadattivo secernono citochine profibrotiche come il fattore di crescita trasformante-β (TGF-β), il fattore di crescita derivato dalle piastrine-D (PDGF-D) e il fattore di crescita del tessuto connettivo (CTGF), contribuendo alla progressione della CKD12. Pertanto, le cellule epiteliali renali utilizzano citochine secrete per modulare il danno renale.
Sebbene sia noto che le cellule epiteliali renali secernono citochine, la fonte esatta e il contributo relativo di ciascun tipo di cellula sono stati difficili da determinare a causa delle sfide tecniche dello studio delle proteine secrete13. La citometria a flusso, un approccio comune utilizzato per misurare le citochine, è difficile da eseguire sui reni danneggiati, specialmente in quelli altamente fibrotici. Con la Cre ricombinasi guidata da un promotore di citochine, i topi reporter di citochine sono spesso utilizzati per identificare il tipo di cellula che esprime una data citochina. Tuttavia, l'uso di topi reporter è limitato a causa della necessità di incrociare topi reporter in vari background knockout, della mancanza di reporter adatti e del fatto che è possibile analizzare una sola citochina alla volta. Pertanto, è necessario sviluppare una tecnica semplice, versatile ed economica per rilevare le cellule renali che rilasciano citochine.
Abbiamo ipotizzato che l'iniezione di BFA, un inibitore della secrezione che blocca il trasporto endoplasmatico del reticolo-Golgi in vivo, permetterebbe la colorazione delle proteine secrete nel tessuto renale (Figura 1A, B), come mostrato con saggi basati sulla citometria a flusso14,15. Insieme ai produttori specifici del tipo di cellula, questa tecnica potrebbe essere utilizzata per identificare la fonte e il contributo relativo delle cellule produttrici di citochine nei reni danneggiati. A differenza dei campioni per citometria a flusso, i tessuti fissi possono essere conservati a lungo termine con la conservazione delle proteine e delle strutture cellulari, consentendo un'indagine più approfondita delle cellule secretorie. Per testare questa ipotesi, i reni di topo sono stati danneggiati con un modello di AKI (cisplatino) e un modello di CKD (nefropatia da acido aristolochico (AAN)), iniettati con BFA e colorati utilizzando tecniche standard di immunofluorescenza.
Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti in conformità con il protocollo di utilizzo degli animali approvato dall'Institutional Animal Care and User Committee del Vanderbilt University Medical Center.
1. Animali
2. Iniezione di cisplatino
3. Iniezione di acido aristolochico (AA)
4. Preparazione della soluzione di BFA
5. Iniezione della vena caudale di BFA
6. Sacrificio e raccolta dei reni
7. Perfusione e rimozione dei reni
8. Tessuto incluso in paraffina per colorazione TGF-β e PDGF-D
9. Deparaffinazione e reidratazione
10. Preparazione del tessuto congelato per la colorazione CTGF
11. Sezionamento congelato
12. Colorazione in immunofluorescenza
13. Acquisizione dell'immagine
14. Analisi delle immagini
15. Alternativa: analisi delle immagini con software gratuito (ImageJ)
16. Opzionale: imaging con microscopio confocale a scansione laser
NOTA: Per ottenere immagini a risoluzione più elevata per la pubblicazione, la microscopia confocale a scansione fornisce immagini più chiare e uno sfondo ridotto nel tessuto renale.
17. Livello di azotemia plasmatica
Per esaminare il ruolo delle cellule epiteliali tubulari nella produzione di citochine in seguito all'AKI indotta da cisplatino, il cisplatino è stato iniettato a una concentrazione di 20 mg/kg seguito da un'iniezione endovenosa di 0,25 mg di BFA il giorno 3 dopo l'iniezione di cisplatino. I reni sono stati prelevati 6 ore dopo. I reni inclusi in paraffina sono stati sezionati e colorati con TGF-β, PDGF-D e CTGF, citochine rappresentative responsabili della riparazione tissutale nell'A...
È noto che i PTC renali regolano AKI e CKD attraverso la secrezione di TGF-β, TNF-α, CTGF, PDGF, fattore di crescita dell'endotelio vascolare e molte altre proteine 20,21,22,23. Allo stesso modo, i glomeruli, i tubuli distali e altre cellule epiteliali renali, così come le cellule interstiziali, secernono queste e/o altre proteine durante la lesione 24,25,2...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.
Associazione americana del cuore (AHA): Kensei Taguchi, 20POST35200221; HHS | NIH | Istituto Nazionale di Diabete e Malattie Digestive e Renali (NIDDK): Craig Brooks, DK114809-01 DK121101-01.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL Insulin syringes | BD | 329654 | |
10 mL Syringe | BD | 302995 | |
2 mL tube | Fisher brand | 05-408-138 | |
20 mL Syringe | BD | 302830 | |
25 G needles | BD | 305125 | |
28 G needles | BD | 329424 | |
96-well-plate | Corning | 9017 | |
Aristolochic acid-I | Sigma-Aldrich | A9461 | |
α-SMA antibody conjugated with Cy3 | Sigma-Aldrich | C6198 | RRID:AB_476856 |
Blade for cryostat | C.L. Sturkey. Inc | DT315R50 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | A7906 | |
Brefeldin A | Sigma-Aldrich | B6542 | |
Cisplatin | Sigma-Aldrich | P4394 | |
Citric acid | Sigma-Aldrich | 791725 | |
Confocal microscope | ZEISS | LSM710 | |
Confocal microscopy objectives | ZEISS | 40x / 1.10 LD C-Apochromat WATER | |
Confocal software | ZEISS | ZEN | |
Coplin jar | Fisher Scientific | 19-4 | |
Cover glass | Fisher brand | 12545F | |
Cryostat | Leica | CM1850 | |
CTGF antibody | Genetex | GTX124232 | RRID:AB_11169640 |
Cy3-AffiniPure Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson immunoresearch | 711-165-152 | RRID: AB_2307443 |
Cy5-AffiniPure Donkey Anti-Goat IgG (H+L) | Jackson immunoresearch | 705-175-147 | RRID: AB_2340415 |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D8418 | |
Disposable base molds | Fisher brand | 22-363-553 | |
donkey serum | Jackson immunoresearch | 017-000-121 | |
Ethanol | Decon Labs, Inc. | 2701 | |
Forceps | VETUS | ESD-13 | |
Glycine | Fisher brand | 12007-0050 | |
Heating pads | Kent scientific | DCT-20 | |
Heparin sodium salt | ACROS organics | 41121-0010 | 100mg/15ml of dH2O |
Humidified chamber | Invitrogen | 44040410 | A plastic box covered in foil can be used as an alternative humidified chamber. |
Insulin syringes | BD | 329461 | |
Inverted microscope | NIKON | Eclipse Ti-E2 | immunofluorescence |
KIM-1 antibody | R & D | AF1817 | RRID: AB_2116446 |
Lemozole (Histo-clear) | National diagnostics | HS-200 | |
lotus tetragonolobus lectin | Vector | FL-13212 | |
Microscope slide | Fisher scientific | 12-550-343 | |
Microtome | Reichert | Jung 820 II | |
monochrome CMOS camera | NIKON | DS-Qi-2 | |
Mouse surgical kit | Kent scientific | INSMOUSEKIT | |
NIS Elements | NIKON | ||
Objectives | NIKON | Plan Apo 20x/0.75 | image acquisition software linked to Eclipse Ti-E2 (invertd microscope) |
OCT compound | Scigen | 4586 | |
Pap pen | Vector | H-4000 | |
PBS with calcium and magnesium | Corning | 21-030-CV | |
PBS without calcium and magnesium | Corning | 21-031-CV | |
PDGF-D antibody | Thermo-Fisher scientific | 40-2100 | |
PFA | Electron Microscopy Science | 15710 | RRID: AB_2533455 |
Plate reader | Promega | GloMax® Discover Microplate Reader | 4% PFA is diluted from 16% in PBS. |
povidone-iodine (Betadine) | Avrio Health L.P. | NDC 67618-151-17 | |
Pressure cooker | Tristar 8 | Qt. Power Cooker Plus | |
ProLong Gold Antifade Reagent | Invitrogen | P36930 | |
Quantichrom Urea (BUN) assay Kit II | BioAssay Systems | DUR2-100 | |
Single-edge razor blade for kidney dissection (.009", 0.23 mm) | IDL tools | 521013 | |
Slide warmer | Lab Scientific Inc., | XH-2001 | |
Software | NIKON | NIS elements | |
Sucrose | RPI | S24060 | |
TGF-b1 anitbody | Sigma-Aldrich | SAB4502954 | |
Tris EDTA buffer | Corning | 46-009-CM | RRID: AB_10747473 |
Trisodium citrate dihydrate | Sigma-Aldrich | SLBR6660V | |
Trisodium citrate dihydrate | Sigma-Aldrich | SLBR6660V | |
Triton | Sigma-Aldrich | 9002-93-1 | |
Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
White Glass Charged Microscope Slide, 25 x 75 mm Size, Ground Edges, Blue Frosted | Globe Scientific | 1358D |
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