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Method Article
腎臓病の病態生物学を理解するためには、サイトカインの分泌に関与する細胞種を特定する必要があります。ここでは、分泌阻害剤であるブレフェルジンAと細胞種特異的マーカーを用いて、腎臓上皮細胞や間質細胞が産生するサイトカインを腎臓組織に定量的に染色する方法について述べます。
慢性腎臓病(CKD)は、米国における死因のトップ10に入っています。急性腎障害(AKI)は、多くの場合回復可能ですが、患者は後年CKDにかかりやすくなります。腎臓上皮細胞は、AKIとCKDの両方で重要なシグナル伝達ノードとして同定されており、これにより、細胞はサイトカインやその他のタンパク質の分泌を通じて疾患の経過を決定できます。特にCKDでは、不適応に修復された尿細管細胞が、トランスフォーミング成長因子ベータ(TGF-β)、結合組織成長因子(CTGF)、およびその他の線維化促進性サイトカインの分泌を通じて疾患の進行を促進することがいくつかの証拠で示されています。しかし、 in vivo で異なる細胞タイプから分泌されるタンパク質の供給源と相対的な数を特定することは依然として困難です。
この論文では、ブレフェルジンA(BFA)を使用してサイトカインの分泌を防ぎ、標準的な免疫蛍光法を使用して腎臓組織のサイトカインを染色する技術について説明します。BFAは、サイトカインや他のタンパク質の分泌に必要な小胞体(ER)からゴルジ体への輸送を阻害します。犠牲の6時間前にBFAを注入すると、AKIのマウスシスプラチンモデルおよびCKDのマウスアリストロキア酸(AA)モデルのTGF βの近位尿細管細胞(PTC)内にTGF-β、PDGF、およびCTGFが蓄積します。解析の結果、BFA+シスプラチンまたはBFA+AAは、BFA+生理食塩水、シスプラチン、またはAA単独と比較して、TGF-β陽性シグナルを有意に増加させることが明らかになりました。これらのデータは、BFAを使用して特定のサイトカインを産生する細胞タイプを特定し、産生されるサイトカインの相対量および/または異なるタイプを定量化できることを示唆しています。
世界人口の>10%が何らかの腎臓病にかかっていると推定されています1。その急速な発症によって定義されるAKIは、主に治癒可能です。しかし、AKIのエピソードは、患者が後年にCKDを発症する素因となる可能性があります2,3。CKDはAKIとは異なり、進行性の線維化と腎機能の悪化を特徴とし、腎代替療法を必要とする末期腎疾患を引き起こします。腎臓のほとんどの損傷は、ネフロン4,5を構成する足細胞や近位尿細管細胞などの特殊な上皮細胞を標的としています。損傷後、生き残った上皮細胞は、サイトカインや他のタンパク質の分泌を通じて修復応答を調整するのに役立ちます。このようにして、生き残った細胞は免疫応答を調節し、細胞外マトリックスの直接的なリモデリングを行い、臓器の回復を助けることができます。
サイトカインは、多細胞生物の成熟、成長、および応答性を調節するために不可欠な小さな分泌タンパク質です6,7。それらは、免疫細胞や上皮細胞など、さまざまな細胞タイプ間でシグナルメッセンジャーとして機能します8。サイトカインは主に免疫細胞から分泌されると考えられていますが、長年の研究により、腎臓上皮細胞および間質細胞は、尿細管細胞、間質細胞、免疫細胞などの他の常在腎臓細胞のシグナルとしてサイトカインを分泌することも実証されています9,10。特に PTC は、AKI11 以降の開始フェーズと復旧フェーズで重要な役割を果たします。しかし、不適応修復されたPTCは、トランスフォーミング成長因子-β(TGF-β)、血小板由来成長因子-D(PDGF-D)、結合組織成長因子(CTGF)などの線維化促進性サイトカインを分泌し、CKDの進行に寄与することが知られています12。したがって、腎臓上皮細胞は分泌されたサイトカインを使用して腎障害を調節します。
腎臓上皮細胞がサイトカインを分泌することは知られているが、分泌タンパク質の研究には技術的な課題があるため、各細胞型の正確な発生源と相対的な寄与を特定することは困難であった13。サイトカインの測定に使用される一般的なアプローチであるフローサイトメトリーは、損傷した腎臓、特に線維性の高い腎臓に対して行うのが困難です。サイトカインプロモーターによって駆動されるCreリコンビナーゼでは、サイトカインレポーターマウスは、特定のサイトカインを発現する細胞タイプを同定するためによく使用されます。しかし、レポーターマウスをさまざまなノックアウトバックグラウンドにクロスする必要があること、適切なレポーターが不足していること、および一度に1つのサイトカインしか分析できないという事実のために、レポーターマウスの使用は制限されています。したがって、サイトカインを放出する腎臓細胞を検出するための、シンプルで汎用性が高く、手頃な価格の技術を開発する必要があります。
我々は、in vivoでの小胞体-ゴルジ体輸送を阻害する分泌阻害剤であるBFAの注射により、フローサイトメトリーベースのアッセイで示されているように、腎臓組織中の分泌タンパク質の染色が可能になるという仮説を立てました(図1A、B)。この技術は、細胞型特異的なメーカーとともに、損傷した腎臓におけるサイトカイン産生細胞の供給源と相対的な寄与を特定するために使用できます。フローサイトメトリーのサンプルとは異なり、固定組織はタンパク質や細胞構造を保存したまま長期間保持できるため、分泌細胞をより徹底的に調べることができます。この仮説を検証するために、マウスの腎臓をAKI(シスプラチン)のモデルとCKD(アリストロキア酸腎症(AAN))のモデルで損傷させ、BFAを注射し、標準的な免疫蛍光法を用いて染色しました。
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すべての動物実験は、ヴァンダービルト大学医療センターの動物管理およびユーザー委員会によって承認された動物使用プロトコルに従って行われました。
1. 動物たち
2. シスプラチン注射
3.アリストロキア酸(AA)注射
4. BFA溶液の調製
5. BFAの尾静脈注射
6.腎臓の犠牲と収穫
7.腎臓の灌流と除去
8. TGF-βおよびPDGF-D染色用のパラフィン包埋組織
9.脱パラフィンと再水和
10. CTGF染色のための凍結組織の調製
11. 冷凍切片
12. 免疫蛍光染色
13. 画像取得
14. 画像解析
15. 代替案:フリーソフト(ImageJ)による画像解析
16.オプション:レーザー走査型共焦点顕微鏡によるイメージング
注:出版用の高解像度画像を取得するために、走査型共焦点顕微鏡は、腎臓組織のより鮮明な画像と減少した背景を提供します。
17. 血漿BUNレベル
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シスプラチン誘発AKI後のサイトカイン産生における尿細管上皮細胞の役割を調べるために、シスプラチンを20 mg / kgの濃度で注射した後、シスプラチン注射後3日目に0.25 mgのBFAを静脈内注射しました。腎臓は6時間後に採取されました。パラフィン包埋腎臓を切片化し、AKIの組織修復に関与する代表的なサイトカインであるTGF-β、PDGF-D、およびCTGFで染色しました。
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腎臓PTCは、TGF-β、TNF-α、CTGF、PDGF、血管内皮増殖因子、ならびに他の多くのタンパク質20,21,22,23の分泌を通じてAKIおよびCKDを調節することが知られている。同様に、糸球体、遠位尿細管、および他の腎臓上皮細胞、ならびに間質細胞は、損傷中にこれらおよび/または他の?...
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著者には、開示すべき利益相反はありません。
アメリカ心臓協会(AHA):田口健成、20POST35200221;HHSの|国立衛生研究所 |国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所(NIDDK):クレイグ・ブルックス、DK114809-01 DK121101-01。
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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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