El presente protocolo describe un método para rastrear la progresión del lupus en ratones. Se presentan dos procedimientos adicionales para caracterizar la nefritis lúpica basada en la infiltración celular y la deposición de proteínas en los riñones.
El lupus eritematoso sistémico (LES) es un trastorno autoinmune sin cura conocida y se caracteriza por una inflamación persistente en muchos órganos, incluidos los riñones. En tales circunstancias, el riñón pierde su capacidad de limpiar los desechos de la sangre y regular las concentraciones de sal y líquidos, lo que eventualmente conduce a insuficiencia renal. Las mujeres, particularmente las en edad fértil, son diagnosticadas nueve veces más a menudo que los hombres. La enfermedad renal es la principal causa de mortalidad en pacientes con LES. El presente protocolo describe un método rápido y simple para medir los niveles de proteína excretada en la orina recolectada, rastreando la progresión del lupus a lo largo del tiempo. Además, se proporciona un enfoque para aislar células mononucleares renales basado en la selección de tamaño y densidad para investigar la infiltración renal de leucocitos. Además, se ha desarrollado un método inmunohistoquímico para caracterizar la deposición de proteínas en los glomérulos y la infiltración leucocitaria en el espacio tubulointersticial. Juntos, estos métodos pueden ayudar a investigar la progresión de la inflamación crónica asociada con los riñones de ratones MRL / lpr propensos al lupus.
La función principal del riñón es la eliminación de sustancias tóxicas a través de la orina, manteniendo la homeostasis del agua y las sales1. Esta función está amenazada en pacientes con lupus eritematoso sistémico (LES), lo que lleva a la llamada nefritis lúpica (LN). LN es una consecuencia de que el sistema inmune ataca el riñón, lo que lleva a una inflamación renal persistente, por lo tanto, pierde su capacidad para limpiar los desechos de la sangre y regular las concentraciones de sal y líquidos. Esto eventualmente conducirá a insuficiencia renal, que puede ser fatal. Durante el proceso nefrítico, las células B circulantes, las células T y los monocitos se reclutan en el riñón, secretando quimiocinas, citoquinas y autoanticuerpos formadores de complejos inmunes. En última instancia, esto resulta en daño de las células endoteliales, lesiones membranosas, atrofia tubular renal y fibrosis2.
Los ratones propensos al lupus MRL / Mp-Faslpr (MRL / lpr) son un modelo clásico de ratón que exhibe signos clínicos similares al lupus que se asemejan al LES humano3. Este modelo ha sido fundamental para comprender una de las principales causas de mortalidad en pacientes con LES, la nefritis lúpica (LN)4. Tanto en el LES humano como en el ratón, la LN se caracteriza por una inflamación gradual desencadenada por la deposición renal de complejos inmunes, seguida de la activación del complemento, el reclutamiento de células inflamatorias y la pérdida de la función renal5. El depósito del complejo inmune es el primer paso para inducir la producción de quimiocinas y citoquinas por las células renales intrínsecas, lo que expande la respuesta inflamatoria al reclutar células inmunes6. El protocolo actual presenta varias técnicas para seguir la progresión de la enfermedad renal que analizan la infiltración celular y la deposición de complejos inmunes.
La orina recolectada cada semana permite la detección y visualización del curso temporal de la proteinuria antes, durante y después del inicio del lupus. La proteinuria como biomarcador puede determinar la progresión biológica de la LN. Otras ventajas de esta técnica son que no es invasiva, rentable y fácil de implementar7. Cuando el riñón está funcionando perfectamente, el nivel de proteinuria es consistentemente bajo; sin embargo, en ratones LMR/LPR, después de las 8-9 semanas de edad, se observa un aumento gradual del nivel de proteinuria, que finalmente es lo suficientemente alto como para causar insuficiencia renal8. Múltiples tiras de reactivos y reactivos colorimétricos están disponibles comercialmente para monitorear el problema. Sin embargo, el ensayo de Bradford es barato y muy preciso para determinar la aparición de proteinuria y el curso de la nefritis lúpica. Este ensayo es rápido y el reactivo no se ve afectado por la presencia de disolventes, tampones, agentes reductores y agentes quelantes de metales que pueden estar en su muestra 9,10,11.
Un aspecto importante a considerar es la infiltración celular en el riñón. Estos infiltrados promueven la patogénesis al desencadenar la secreción de factores solubles como las citoquinas para empeorar la inflamación12. Para comprender mejor qué poblaciones celulares están presentes en los infiltrados, un método útil es aislar leucocitos13. Aquí, la detección de la infiltración renal de las células B se utiliza como ejemplo. El procedimiento comienza con un proceso de digestión con desoxirribonucleasa (DNasa) y colagenasa, seguido de una separación de gradiente de densidad que elimina desechos, glóbulos rojos y granulocitos densos. La razón para aislar las células B (CD19+) y las células plasmáticas (CD138+) es que los riñones lúpicos pueden concentrar estas células14. Se sugiere que la presencia de células B en pequeños agregados en el riñón puede indicar expansión clonal y, en consecuencia, producción de inmunoglobulina (Ig). Se sabe que las células plasmáticas también están presentes en estos agregados15. Una vez que se han aislado los leucocitos, se puede utilizar la clasificación celular activada por fluorescencia (FACS) para analizar las células de interés al teñir con diferentes anticuerpos conjugados con fluorescencia.
La inmunofluorescencia es uno de los métodos de detección de inmunohistoquímica (IHC) que permite la visualización fluorescente de proteínas en muestras de tejido renal de 4 μm de espesor. Otros métodos de detección de IHQ dependen de la naturaleza de los analitos, la química de unión y otros factores16. La inmunofluorescencia es un método de identificación rápida que expone el antígeno a su anticuerpo homólogo marcado con un fluorocromo específico (o un colorante fluorescente). Cuando se excita, produce luz que un microscopio de fluorescencia puede detectar. Esta técnica puede ser utilizada para observar la deposición del complemento C3 e IgG2a17. La activación excesiva de la cascada del complemento podría estar asociada con una respuesta inmune incontrolada y pérdida de función18. La deposición inmune de autoanticuerpos anti-ADN bicatenario (anti-dsDNA) en el riñón es una preocupación importante19, donde aquellos con isotipo IgG2a se han asociado con LN20. Específicamente, los anticuerpos anti-dsDNA exhiben más patogenicidad y afinidad con los materiales nucleares, formando complejos inmunes21. Cuando la IgG2a está presente, la cascada del complemento, incluyendo C3, se activa para eliminar los complejos inmunes22. Los marcadores C3 e IgG2a se pueden cuantificar individualmente o superpuestos para establecer su correlación.
En particular, la medición de la creatinina sérica es otra técnica confiable que se puede usar junto con hematuria microscópica y biopsias renales para diagnosticar LN23. Sin embargo, la presencia de proteinuria es un fuerte indicador de daño glomerular. En ese sentido, el monitoreo del nivel de proteinuria durante el lupus puede detectar la aparición de la enfermedad y complementar otros métodos para diagnosticar el lupus. Además, los complejos inmunes depositados en los glomérulos pueden inducir una respuesta inflamatoria, activar el sistema del complemento y reclutar más células inflamatorias. Otro punto destacable de este protocolo es la infiltración de células B en el riñón. Esto, junto con las células T infiltradas, amplifica las respuestas inmunes locales que desencadenan el daño orgánico. Es importante destacar que la clasificación de LN no solo se basa en los cambios morfológicos glomerulares observados en microscopía, sino también en los depósitos inmunes observados con inmunofluorescencia. Por lo tanto, en este protocolo, se ofrecen métodos precisos y rentables para el análisis de la función renal en entornos de laboratorio.
El presente protocolo está aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) en Virginia Tech. Dado que la enfermedad lúpica tiene una mayor incidencia en las hembras, solo se utilizaron ratones MRL / lpr hembra. La recolección de muestras se inició a las 4 semanas de edad y terminó a las 15 semanas. Los ratones se obtuvieron de fuentes comerciales (ver Tabla de materiales) y fueron criados y mantenidos en un ambiente específico libre de patógenos siguiendo las pautas institucionales.
1. Prueba de proteinuria
2. Aislamiento de las células renales
3. Tinción inmunofluorescente
La LN es una de las principales causas de mortalidad en pacientes con LES, y los factores que agravan la enfermedad siguen sin estar claros. La aplicación de este protocolo consiste en caracterizar la función renal utilizando múltiples métodos, incluida la medición de proteinuria, el análisis FACS de leucocitos renales aislados y la tinción por inmunofluorescencia de secciones renales congeladas.
Un punto importante a considerar al recolectar orina es que uno tiene que ser consistente con la hora del día y la ubicación de la recolección de orina. Los ratones son animales nocturnos, por lo que las muestras más precisas se recogen al final de la tarde antes de que los ratones comiencen a estar activos. Otra razón para elegir este momento es que los ratones MRL / lpr tienden a beber mucha agua por la noche, lo que lleva a la orina diluida. Por lo tanto, la recolección en el momento equivocado puede aumentar la concentración de la orina y / o las variabilidades de volumen. También es importante recolectar tanta orina como sea posible para obtener resultados precisos.
El ensayo de Bradford nos da una estimación de cuánta proteína está presente. No es específico para ninguna proteína marcador de LES, pero lo suficientemente bueno como para dar una idea de la progresión de la enfermedad26. Además, este método es rentable en comparación con otros. En particular, el ensayo de Bradford es sensible al tiempo; por lo tanto, debe completarse en media hora. Las muestras tienden a tener valores aumentados o altos resultados falsos si uno espera demasiado. Otro beneficio en comparación con las tiras reactivas comerciales para el análisis de orina es que da números precisos en lugar de un rango dentro de la muestra de orina. Las tiras de puntuación pueden dar resultados ambiguos, particularmente en el rango más alto 9,10,24.
Para el aislamiento de los leucocitos renales, el primer paso clave es realizar la disección lo más rápido posible. La viabilidad de las células renales afecta en gran medida el éxito del análisis posterior del FACS. Cuando se procesan los riñones, cada paso es sensible al tiempo y la temperatura. Cabe señalar que las concentraciones y la temperatura de la DNasa I y la colagenasa son importantes para la máxima eficiencia, ya que eliminan el ADN y permiten la desintegración del órgano, respectivamente27. El segundo paso clave es aislar las células, divididas en dos procesos importantes. El primero es usar el colador que permite la eliminación de restos de tejido; el segundo proceso que involucra a Percoll es el paso más crucial y requiere concentración y paciencia. Al hacer el gradiente de densidad con Percoll, es importante mantener interfaces claras entre las diferentes concentraciones de SIP. Se recomienda utilizar una pipeta Pasteur ya que el flujo y la presión se pueden controlar manualmente. Las fases adicionales se pueden construir mejor con la dispensación lenta de la solución SIP o incluso gota a gota. Una vez que se establecen las fases, el tubo debe manipularse con cuidado; De lo contrario, las fases se mezclarán inmediatamente y las muestras se perderán, ya que es imposible separar las fases nuevamente. Además, es importante centrifugar el tubo sin interrupción porque la rotura podría ser demasiado agresiva, lo que lleva a la pérdida de fases separadas. Los leucocitos se recuperan de la interfase entre 30% y 37% SIP. Analizamos una población celular en este ejemplo, células plasmáticas (CD45+ y CD138+). Sin embargo, esta técnica no se limita a las células B; Puede ser utilizado para otros tipos celulares y tinción intracelular28.
El tercer método es una herramienta poderosa para visualizar localizaciones intracelulares de deposiciones de proteínas dadas. Una vez que los tejidos se fijan con acetona, es importante realizar un lavado adecuado, por lo que los anticuerpos solo se adhieren al objetivo. A continuación, el bloqueo con BSA reduce la unión no específica y los falsos positivos. Por lo general, se recomienda la inmunofluorescencia directa, ya que es más rápida que la inmunofluorescencia indirecta con un anticuerpo secundario, lo que lleva mucho tiempo, especialmente teniendo en cuenta los pasos adicionales de lavado e incubación. Sin embargo, la inmunofluorescencia directa restringe la flexibilidad de la selección de anticuerpos en comparación con la inmunofluorescencia indirecta29. Por lo tanto, ambos pueden ser métodos valiosos dependiendo del propósito. Además, debe mencionarse que los factores de dilución son clave durante la tinción para IHC. Si la dilución no está bien hecha, se mostrará un aumento del fondo (dilución de anticuerpos insuficiente) o una tinción débil (demasiada dilatación) en las imágenes de microscopía. Es importante comenzar con diluciones seriadas del anticuerpo para optimizar la concentración de anticuerpos para una mejor relación objetivo-fondo. Otro paso a considerar es la cantidad de tiempo de incubación con los anticuerpos. Cuanto más tiempo esté el anticuerpo en contacto con la muestra, más unión inespecífica se puede crear.
Las limitaciones de los métodos actuales son las siguientes. Ciertos parámetros clínicos para LN, como la relación albúmina/creatinina, no se pueden revelar utilizando estos métodos. Además, algunas muestras pueden tener poca solubilidad ácida que conduce a una lectura de alta concentración por encima de la curva estándar. Esto requiere diluciones adicionales de muestras o la adición de tensioactivos para precipitar el colorante30. Además, este protocolo puede no ser adecuado si se necesitan muchas células después del aislamiento de leucocitos renales. El protocolo actual de aislamiento de células renales implica varios pasos de lavado, digestión y pasos de aislamiento para maximizar la eliminación de otras células, por lo que aunque la pureza celular es alta al final, el número de células suele ser bajo. Además, es un procedimiento largo, por lo que la viabilidad celular puede verse comprometida. Otros ensayos listos para usar son más adecuados para uso clínico; Sin embargo, los métodos actuales pueden proporcionar resultados precisos con un presupuesto menor para los laboratorios de investigación.
En resumen, en este protocolo se presentan tres técnicas diferentes eficientes y precisas para caracterizar la progresión de la LN. Combinando el método de Bradford para el nivel de proteinuria, el análisis FACS para la infiltración renal de los leucocitos y el análisis IHQ para el depósito renal de IgG2a y C3, se establece con éxito una imagen clara de la disfunción renal en ratones MRL / lpr hembra como modelo de LN humana.
The authors have nothing to disclose.
10x Tris-Buffered Saline (TBS) | Thermo Fisher Scientific | J60764.K2 | |
2-mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 21985-023 | |
Anti-Human/Mouse C3 | Cedarlane | CL7632F | |
Anti-Mouse CD138 BV711 | Biolegend | 142519 | |
Anti-Mouse CD45 AF700 | Biolegend | 103127 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | A9418-100G | |
Collagenase D | Sigma-Aldrich | 11088882001 | |
Confocal Microscope LSM 880 | Zeiss | LSM 880 | |
Coplin jar | Fisher Scientific | 50-212-281 | |
Cryomold | Fisher Scientific | NC9511236 | |
Density gradient medium | GE Healthcare | 17-1440-02 | Percoll |
DEPC-Treated water | Thermo Fisher Scientific | AM9906 | |
DNase I | Sigma-Aldrich | D4527 | |
dsDNA-EC | InvivoGen | tlrl-ecdna | |
Ethylenediaminetetraacetic Acid | Fisher Scientific | S311-500 | EDTA |
EVOS M5000 Microscope imaging system | Thermo Fisher Scientific | AMF5000 | |
FACS Fusion Cell sorter | BD Biosciences | FACS Fusion | |
Fetal Bovine Serum – Premium, Heat Inactivated | R&D systems | S11150H | |
Fisherbrand 96-Well Polystyrene Plates | Fisher Scientific | 12-565-501 | |
Graphpad prism | GraphPad | N/A | |
Hank’s Balanced Salt Solution | Thermo Fisher Scientific | 14175-079 | |
HEPES | Thermo Fisher Scientific | 15630-080 | |
ImageJ software | National Institutes of Health | N/A | |
Lactobacillus reuteri Kandler et al. | ATCC | 23272 | |
MEM non-essential amino acids | Thermo Fisher Scientific | 11140-050 | |
MRL/MpJ-Fas lpr /J Mice (MRL/lpr) | Jackson Lab | 485 | |
Nail enamel | N/A | N/A | Any conventional store |
O.C.T compound | Tisse-Tek | 4583 | |
PAP pen | Sigma-Aldrich | Z377821 | |
Peel-A-Way Disposable Embedding Molds | Polysciences | R-30 | |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
Phosphate-buffered saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 70011069 | |
Pierce 20x TBS Buffer | Thermo Fisher Scientific | 28358 | |
Pierce Coomassie Plus (Bradford) Assay kit | Thermo Fisher Scientific | 23236 | Albumin standard included |
ProLon Gold Antifade Mountant | ThermoFisher | P36934 | |
Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 | BD Biosciences | 553141 | FcR block |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 11875-093 | |
Sodium pyruvate | Thermo Fisher Scientific | 11360-070 | |
SpectraMax M5 | Molecular Devices | N/A | SoftMax Pro 6.1 software |
Sterile cell Strainers 100 µM | Fisher Scientific | 22363549 | |
Tween 20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
Vancomycin Hydrochloride | Goldbio | V-200-1 | |
Zombie Aqua | Biolegend | 423102 | fluorescent dye for flow cytometry analysis |