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In situ Ca2+ Bildgebung des PKJ kann wichtige zelluläre Aktivität von RP-Schrittmacherzellen aufdecken. Durch die Verwendung von Mäusen, die genetisch kodierte Ca2+-Indikatoren (wie GCaMP) exprimieren, die von zellspezifischen Promotoren angetrieben werden, können Informationen über rp-Herzschrittmacherei mit Genauigkeit und Detailgenauigkeit gewonnen werden, die aus Ca2+ Bildgebungsexperimenten aus Flachfolien-RP-Präparaten nicht möglich sind. Der Beginn der PKJ zeichnet sich durch das plötzliche Auftreten von Muskelhalbkreisen aus, die zwischen Nierenparenchymgewebe suspendiert sind (Abbildung 2C; proximales PKJ in gestrichelter Box eingeschlossen). Während der nachfolgenden Schnittrunden wird die innere Medulla vom umgebenden kortikalen Gewebe unterscheidbar. Unter einem Lichtmikroskop erscheint die innere Medulla in Regionen gestreift, heller in der Farbe im Vergleich zu kortikalem Gewebe und diskontinuierlich auf ihrer langen Achse mit dem Rest der Niere (Abbildung 2B, D). An diesem Punkt werden weitere PKJ-Regionen erscheinen. Beispiele hierfür sind in Abbildung 2D (gestrichelte Rechtecke, H und G) dargestellt, wo 3 Muskelhalbkreise durch Parenchymgewebe suspendiert sind. Diese Muskelbänder sind eng mit der inneren Papille verbunden und nachbarn typischerweise eine Nierenarteriole (Abbildung 2D, gestrichelte Rechtecke; Abbildung 2F-H, schwarze Pfeilspitzen). Wenn mehr distale Abschnitte abgeleitet werden, integrieren sich diese Muskelbänder zu einer vollständigeren, einheitlicheren Struktur, die das Ende der PKJ-Region anzeigt (Abbildung 2E).
Abbildung 3A,B zeigt einen PKJ-Abschnitt mit geringer Leistung (4-10x) von einer Maus, die GCaMP in PDGFRα+ -Zellen exprimiert (GCaMP6f ausgedrückt durch induzierbare Cre-Rekombinase, angetrieben durch Pdgfra). Anhand von Landmarken wie der Nierenarteriole (Abbildung 3A; Sternchen) sollten die Experimentatoren in der Lage sein, die dünne PKJ-Wand, die zwischen Parenchymgewebe hängt, leicht zu unterscheiden (Abbildung 3B; Sternchen). Die Expression von GCaMP6f in diesem spezifischen transgenen Gewebe ist über die gesamte Breite des PKJ verteilt, sowohl über die Muskel- als auch über die Adventitialschichten (Abbildung 3C).
In PDGFRα+ GCaMP6f+ Nierenscheiben ist ein Netzwerk von Zellen, das sich typischerweise über die Breite der PKJ-Wand erstreckt, fluoreszierend (Abbildung 3C) und zeigt oszillierende Ca2+ Transienten unterschiedlicher Dauer und Frequenz. PDGFRα+ Zellen in der PKJ-Wand zeigen zwei verschiedene Arten von Ca2+ transienten Dauern an. In der adventitialen Schicht (näher am Kortex orientiert) sind PDGFRα+ Zellen als Netzwerk von Zellen vorhanden und ihre Prozesse definiert. Adventitielle PDGFRα+ Zellen weisen niederfrequente (4 ± 2,7 Hz) und langdauerige (1 ± 0,67 s) Ca2+ Transienten auf. Die zweite Schicht von PDGFRα+ -Zellen, die in der Muskelschicht vorhanden sind (näher an der Medulla ausgerichtet), weisen ähnliche Ca2+ transiente Frequenzen und Dauern wie SMC GCaMP3+ -Zellen (unten beschrieben) auf, da sie den gleichen Zelltyp aufweisen.
In SMC GCaMP3+ Nierenscheiben ist eine Schicht von GCaMP3+ Zellen in der Muskelschicht vorhanden ( Abbildung3D). In der adventitialen Schicht gibt es kein fluoreszierendes Signal(Abbildung 3D;Sternchen). GCaMP3+ SMCs in der Muskelschicht weisen typischerweise hochfrequente (10 ± 4 Hz) und kurzzeitige (632 ± 74 s) Ca2+ Transienten auf. PDGFRα+ Zellen, die sich in der PKJ adventitia befinden, lösen langanhaltende, niederfrequente Ca2+ Transienten aus (Abbildung 3E, Video 1). Ca2+ Bildgebungsexperimente aus Gewebe, das GCaMP3 exprimiert, das vom Myh11-Promotor angetrieben wird, sind jedoch auf den muskulären Aspekt des PKJ beschränkt (Abbildung 3D). Im Vergleich zu PDGFRα+ Zellen in der Adventitia feuerten SMCs häufiger Transienten mit kürzerer Dauer Ca2+ ab (Abbildung 3F, Video 2).
Neben dem Verständnis der Signaleigenschaften in PKJ PDGFRα+ ICs wurde in diesem Artikel die Anwendung dieser Technik zur Untersuchung anderer Zelltypen in der Vibratom-schnittigen Niere gezeigt. Bei genauer Untersuchung des Nierenmarks (bei Mäusen, die GCaMP6f in PDGFRα+ -Zellen exprimieren) wurde eine Reihe von fluoreszierenden Ca2+ -Signalen innerhalb und um die sammelnden Kanäle (Video 3) beobachtet. Medulläre PDGFRα+ Zellen feuerten spontane Ca2+ Transienten variabler Frequenz und Dauer ab. Diese Ca2+ Bildgebungsstudien von Nierenvibratomschnitten könnten auch auf die Untersuchung von Nierenarteriolen (~ 50-80 mm Durchmesser) ausgeweitet werden, die oft an PKJ-Muskelsegmente ankennen(Abbildung 2F,G; weiße Pfeile). Ca2+ Bildgebung von Nierenarteriolen (aus Gewebe, das GCaMP in glatten Muskelzellen exprimiert) zeigt oszillierende Ca2+ Transienten in SMCs (Video 4).

Abbildung 1: Grundlegende Nierenanatomie und Lage der PKJ-Herzschrittmacherregion. (A) Diagramm der intakten Niere, das die Ausrichtung des RP und des Harnleiters zeigt. Die Nierenarterie und die Nierenvene sind rot bzw. blau dargestellt. (B) Die intakte Niere kann entlang einer sagittalen Ebene geschnitten werden, um den inneren Aspekt der Niere freizulegen, einschließlich der Medulla, der Papille (distale Medulla, wo Sammelkanäle zusammenlaufen) und der proximalen und distalen RP. (C) Die Medulla und die Papille können herausgeschnitten werden, um PKJ und Prox RP vollständig freizulegen. (D und E) stellen durchgelassene Lichtbilder aus der PKJ-Schrittmacherregion bzw. der distalen RP dar. Die sequentielle Schnitte zum distalen Ende des Beckens führt dazu, dass sich die Muskelhalbkreise in der PKJ-Region (Di) zu einem dickeren Muskelring (Ei ) verbinden, der die gesamte Papille einkapselt. Schwarze, gestrichelte Rechtecke in Di und Ei zeigen ungefähre Bereiche in koronalen Nierenabschnitten, in denen Durchlichtbilder aufgenommen wurden. Die Ausrichtung der Bilder D und E ist 90° gegen den Uhrzeigersinn zu den jeweiligen Einsätzen (Di und Ei). Skalenbalken in D und E = 20 μm. Abkürzungen: RP = Nierenbecken; prox RP = proximales Nierenbecken; PKJ = Becken-Nieren-Verbindung; PICs = Thrombozyten-abgeleiteter Wachstumsfaktor-Rezeptor-alpha-positive interstitielle Zellen; SMC = glatte Muskelzelle. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Vibratom-Schnitte ganzer Nieren, um dünne Abschnitte zu erzeugen. (A) Nieren werden mit der Harnleiterseite bis zur Basis des Vibratominstruments montiert, und eine Standardklinge (am Vibratomkopf befestigt) wird verwendet, um sequenzielle Abschnitte vom proximalen bis distalen Ende der Niere zu schneiden. (B) Diagrammatische Darstellung eines dünnen Schnitts aus der gesamten Niere mit kommentierten Landmarken. PKJ-Muskelsegmente (schwarzes gestricheltes Rechteck) werden oft zwischen Parenchymgewebe suspendiert gefunden. (C) Lichtmikroskopische Aufnahme eines proximalen Nierenabschnitts. Das Auftreten von Muskelbändern, die zwischen Parenchymgewebe schweben, zeigt den Beginn der proximalen PKJ-Projektionen an (innerhalb des weiß gestrichelten Rechtecks angegeben). (D) Lichtmikroskopisches Bild, das den optimalen Bereich darstellt, in dem mehrere (2-3) PKJ-Segmente zu finden sind (Bereiche innerhalb weißer gestrichelter Rechtecke). Dünne PKJ-Muskelstreifen sind zwischen dem Nierenparenchym suspendiert und richten sich eng an den Nierenarteriolen und dem Medulla aus. (E) Lichtmikroskopische Aufnahme eines distalen Nierenabschnitts. Einzelne Muskelsegmente haben sich zu einem einzigen, durchgehenden Muskelband (weiß gestricheltes Rechteck) verschmolzen, das die innere Papille umgibt (in diesem Bild nicht vorhanden). Maßstabsbalken C-E = 500 μm. F-H Gezoomte (20x) Bereiche aus Panel D zeigen die Position der PKJ (schwarze Pfeilspitzen), der Nierenarteriolen (weiße Pfeilspitzen) und der Schnittstellen zur Isolierung der PKJ (gestrichelte weiße Linien) an. Skalenbalken F-H = 100 μm. Abkürzung: PKJ = Becken-Nieren-Verbindung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Ca2+ Bildgebung von Vibratomschnitten. (A) Repräsentatives Low-Power-Bild (4x) eines Vibratomabschnitts, der die Position der Nierenarteriole (Sternchen) anbezeigt. Maßstabsbalken = 200 μm. (B) Gezoomtes (20x) repräsentatives Bild des PKJ (markiert), das zwischen Nierenparenchymgewebe suspendiert ist und die Stellen des PKJ-Muskels (weiße Pfeilspitze), der Nierenarteriol (Sternchen) bezeichnet. Maßstabsbalken = 50 μm. (C) Hochleistungsbild (40x) des PKJ, das GCaMP in PDGFRα+ Zellen exprimiert. Skalenbalken = 20 μm. (D) Hochleistungsbild (20x) des PKJ, das GCaMP in glatten Muskelzellen exprimiert. Maßstabsbalken = 20 μm. (E) Raumzeitliche Karte von Ca2+ Transienten, die von einer GCaMP+ PDGFRα+ Zelle abgetastet wurden, die in Panel Cangegeben ist. Tabelle mit F/F0codiert nachschlagen. (F) Raumzeitliche Karte von Ca2+ Transienten, die aus einer GCaMP+ PDGFRα+ Zelle abgetastet wurden, die in Panel Dangegeben ist. Tabelle mit F/F0codiert nachschlagen. (G) Repräsentative Daten für Ca2+ Transientenfrequenz (Hz) für GCaMP+ PDGFRα+ Zellen und GCaMP+ smMHC-Zellen. (H) Repräsentative Daten für Ca2+ transiente Dauer(en) für GCaMP+ PDGFRα+ Zellen und GCaMP+ smMHC-Zellen. Abkürzungen: PKJ = Becken-Nieren-Verbindung; PDGFRα+ = Thrombozyten-abgeleiteter Wachstumsfaktor-Rezeptor-alpha-positiv; smMHC = glatte Muskel Myosin schwere Kette. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Video 1: Spontane Ca2+ Transienten in GCaMP+ PDGFRα+ Zellen in PKJ-Vibratomabschnitten. Abkürzungen: PKJ = Becken-Nieren-Verbindung; PDGFRα+ = Thrombozyten-abgeleiteter Wachstumsfaktor-Rezeptor-alpha-positiv. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Klicken Sie mit der rechten Maustaste zum Herunterladen.)
Video 2: Spontane Ca2+ Transienten in GCaMP+ glatte Muskelzellen in Becken-Nieren-Junction-Vibratom-Abschnitten. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Klicken Sie mit der rechten Maustaste zum Herunterladen.)
Video 3: Spontane Ca2+ Transienten in GCaMP+ PDGFRα+ Zellen in renalen medullären Vibratomschnitten. Abkürzung: PDGFRα+ = Thrombozyten-abgeleiteter Wachstumsfaktor-Rezeptor-alpha-positiv. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Klicken Sie mit der rechten Maustaste zum Herunterladen.)
Video 4: Transiente Aktivität von Ca2+ mit niedriger Amplitude in den Vibratomabschnitten der Nierenarteriole. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzusehen. (Klicken Sie mit der rechten Maustaste zum Herunterladen.)