Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor proteomische analyse van de hele nier, geïsoleerde corticale tubulus en medullaire proteomen. De studie vergelijkt ook regionale proteomen in een diabetisch muismodel en niet-diabetische muizen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Hier presenteren we een gedetailleerd protocol voor proteomische analyse van de hele nier, geïsoleerde corticale tubulus en medullaire proteomen. De studie vergelijkt ook regionale proteomen in een diabetisch muismodel en niet-diabetische muizen.
Het definiëren van de opeenvolging van gebeurtenissen bij nierziekte is de hoeksteen van de klinische praktijk in de toolkit voor nefrologen. Weefselproteomische analyses zijn een belangrijke benadering voor het begrijpen van de fundamentele fysiologische en moleculaire processen van renale pathofysiologie. De methoden en protocollen die we hier presenteren, zullen de moleculaire dissectie van de nier mogelijk maken in elk specifiek interessegebied dat verband houdt met de gevolgen van de ziekte. Om de effecten van ziekte op specifieke nierregio's en -structuren met unieke functies te bepalen, zijn de doelen van dit protocol het demonstreren van vereenvoudigde niercompartimentalisatie bij muizen en isolatietechnieken van de niercorticale tubuli in combinatie met gestroomlijnde, labelvrije kwantitatieve proteomische workflows. Het combineren van deze methoden zal helpen bij de identificatie van verstoorde moleculaire patronen in de hele nier, medullaire compartimenten en corticale tubulusstructuren van de nieren, met als uiteindelijk en uiteindelijk doel eencellige proteomics in pathologische contexten. Het toepassen van deze methoden in vrijwel elk ziektemodel zal nuttig zijn bij het afbakenen van mechanismen van pathologie die verband houden met nierdisfunctie.
Chronische nierziekte (CKD) is een groot probleem in de moderne geneeskunde en bedraagt alleen al in de Verenigde Staten meer dan $ 86 miljard aan uitgaven voor gezondheidszorg1. Wereldwijd neemt de incidentie van CKD toe met de prevalentie van diabetes en de daarmee samenhangende niercomorbiditeiten. Bijna 14% van de Amerikaanse bevolking heeft CKD (USRDS 2024 jaarverslag). Bovendien is diabetische nefropathie een vorm van CKD en de belangrijkste oorzaak van nierziekte in het eindstadium (ESRD), en 60% van de ESRD-patiënten heeft diabetes 1,2,3. Diabetes beïnvloedt alle nierstructuren en celtypen van nefronen, de functionele eenheid van de nieren. Zoals te zien is in figuur 1, bevinden verschillende delen van nefronen zich in de niercortex- en medullaregio's. Het grootste deel van de nier bestaat uit tubuli. Disfunctie van de niertubuli en structurele laesies dragen aanzienlijk bij aan de ontwikkeling van diabetische nefropathie (DN), en deze veranderingen correleren goed met de snelheid waarmee de nierfunctie achteruitgaat 4,5,6,7,8. Vroeg in diabetes, als reactie op verhoogde glucose en de daarmee gepaard gaande natriumopname en de vraag naar membraantransporteiwitten in alle tubulisegmenten, ondergaan tubuli hypertrofie. Bij verhoogde microvasculaire beschadiging later bij diabetes vertonen tubuli atrofie en dilatatie, terwijl er sprake is van fibrose en expansie van het interstitium9. Eerdere studies van ons lab hebben veranderde proteomen en een overvloed aan stressresponseiwitten gevonden in corticale tubuli van diabetische muizen10,11. De medulla is belangrijk voor het reguleren van de urineconcentratie en disfunctie tijdens nieraandoeningen wordt geassocieerd met oxidatieve stress, waarbij diabetes leidt tot verminderde zuurstofspanning in dit deel van de nier als gevolg van een verhoogd zuurstofverbruik door metabolische activiteiten, verhoogde activiteit van membraantransporteiwitten en microvasculair letsel 12,13,14.
Het begrijpen van de gedetailleerde mechanismen van ontwikkeling en progressie van DN is een voortdurende inspanning die nieuwe en geïntegreerde benaderingen vereist die een beroep doen op modellering van ziekte en moleculaire profilering van signaalprocessen, adaptieve veranderingen in cellulaire eiwitdynamiek en nauwkeurige definitie van niercel- en weefselcomponenten die worden aangetast door letsel bij chronische aandoeningen. Proteomics, metabolomics en transcriptomics bieden de mogelijkheid om de moleculaire mechanismen van nierziekten analytisch te onderzoeken. Omics is een relatief nieuw vakgebied dat systeembiologische benaderingen gebruikt om een meer globaal begrip van biologische systemen te krijgen. Proteomics is de afgelopen decennia een krachtig Omics-hulpmiddel geweest in de nefrologie. Het onderzoek naar biomarkers is in de afgelopen 20 jaar uitgebreid, zoals blijkt uit de groei van publicaties, hoewel er veel werk nodig is om deze bevindingen volledig in de kliniek te implementeren15. Met de zeer verschillende tubulicelpopulaties en respectieve functionele rollen binnen de nierschors en het medulla, kan proteomische analyse van hele nieren unieke veranderingen maskeren die verband houden met specifieke structuren binnen deze verschillende regio's. Daarom zijn de doelen van deze studie het aantonen van de scheiding van de nierschors en het medulla, evenals de scheiding van corticale tubuli van glomeruli, gevolgd door gedetailleerde protocollen voor de bereiding van eiwitextracten uit geïsoleerde structuren voor state-of-the-art massaspectrometrie en bio-informaticaanalyses. Muismodellen van diabetische nefropathie spelen een belangrijke rol bij het definiëren van mechanismen van ziekteprogressie. Voor deze studie gebruikten we de OVE26 transgene muis, die diabetes type I met vroege aanvang ontwikkelt en kenmerken vertoont van DN in een vroeg en laat stadium bij mensen, waaronder 1) een vroege opkomst en latere afname van de glomerulaire filtratiesnelheid, 2) nierhypertrofie, 3) verdikking van het glomerulaire basaalmembraan en mesangiale expansie, 4) ernstige proteïnurie en 5) tubulo-interstitiële fibrose9, 16,17. Muizen van twee maanden oud werden gekozen om proteomische veranderingen in tubuluscompartimenten aan te tonen voorafgaand aan openlijke structurele laesies. Zoals eerder gerapporteerd en getoond in Figuur 2, vertonen 2 maanden oude OVE26-muizen glomerulaire mesangiale matrixexpansie (Figuur 2, groene pijl) en ernstige proteïnurie17, zonder openlijke histologische veranderingen in proximale tubuli (Figuur 2, gele pijl) bij jonge diabetische muizen. Hier presenteren we een gecombineerde kwantitatieve proteomics-benadering voor de karakterisering van de hele nier-, medulla- en corticale tubuli om de verschillen in het proteoom in elk compartiment met diabetes op te helderen en te illustreren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Studies met OVE26- en FVB-muizen werden goedgekeurd door de richtlijnen van de University of Louisville Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). Transgene vrouwelijke OVE26 (diabeticus; Stam #:005564) en FVB (niet-diabeticus; achtergrondstam; Stam #:001800) muizen werden gekocht bij Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME). De dieren werden in een licht/donkercyclus van 12 uur bij 25 °C gehouden en kregen vrije toegang tot water en voedsel. Alle onderzoeken werden uitgevoerd op muizen van 2 maanden oud.
1. Dierlijk model
2. Suspension-Trap mini spin kolom digestieprotocol
3. Opruimen met hydrofiel-lipofiele balans (HLB) kolom
4. Analyse van massaspectrometrie
5. Data-analyse en bio-informatica
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Over het algemeen waren de totale eiwitidentificaties van elk monstertype: 1) hele nier (1438), 2) medulla (2145) en corticale tubuli (1859). Na gegevensverwerking in MetaboAnalyst 6.0, gegevensfiltering en imputatie, werden uiteindelijk geanalyseerde eiwitidentificaties voor elk niercompartiment: hele nier (455), medulla (997) en corticale tubuli (896). Figuur 4 toont globale proteomische veranderingen in de OVE26 diabetische muizennier. Labelvrije kwantita...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De methoden die in deze technische benadering worden gepresenteerd, zijn ontworpen om vergelijkende proteoomanalyse van verschillende delen van de nier te illustreren. Hier gebruikten we methoden voor het isoleren van medulla en corticale tubuli bij diabetische (OVE26) en controle- (FVB) muizen en voerden we 1-dimensionale LC-MS/MS- en bio-informaticaanalyse uit om basisverschillen in het proteoom in elk deel van de nier te illustreren, naast het proteoom van hele nieren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen onthullingen.
Het werk voor dit project werd gedeeltelijk ondersteund met fondsen voor MTB (NIH K01DK080951) en TDC (NephCure-Pediatric Nephrology Research Consortium NKI-2023-04) en het University of Louisville Kidney Disease Program en het Proteomics Technology Center (TDC, MTB).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 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 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.