Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем подробный протокол протеомного анализа всей почки, изолированных кортикальных канальцев и медуллярных протеомов. В исследовании также сравниваются регионарные протеомы в модели мышей с диабетом и мышей без диабета.
Определение последовательности событий при почечной недостаточности является краеугольным камнем клинической практики в инструментарии нефролога. Тканевые протеомные анализы являются важным подходом к пониманию фундаментальных физиологических и молекулярных процессов почечной патофизиологии. Методы и протоколы, которые мы представляем здесь, позволят проводить молекулярную диссекцию почки в каждой конкретной области, представляющей интерес в связи с последствиями заболевания. Чтобы определить влияние заболевания на конкретные области и структуры почек с уникальными функциями, целью данного протокола является демонстрация упрощенных методов компартментализации почек мышей и выделения канальцев коры почек почек в тандеме с оптимизированными количественными протеомными рабочими процессами без меток. Сочетание этих методов поможет в идентификации нарушенных молекулярных паттернов во всей почке, медуллярных компартментах и структурах корковых канальцев почек, с конечной и конечной целью протеомики одиночных клеток в патологических контекстах. Применение этих методов практически на любой модели заболевания будет полезно для определения механизмов патологии, связанной с дисфункцией почек.
Хроническая болезнь почек (ХБП) является серьезной проблемой в современной медицине, составляя более 86 миллиардов долларов расходов на здравоохранение только в Соединенных Штатах1. Во всем мире заболеваемость ХБП растет с распространением диабета и связанных с ним почечных заболеваний. Около 14 % населения США страдают ХБП (годовой отчет USRDS 2024). Кроме того, диабетическая нефропатия является формой ХБП и основной причиной терминальной стадии почечной недостаточности (ТХПН), и 60% пациентов с ТХПН имеют диабет 1,2,3. Диабет поражает все почечные структуры и типы клеток нефронов, функциональной единицы почек. Как показано на рисунке 1, различные участки нефронов содержатся в коре головного мозга почек и мозговом веществе. Большая часть почки состоит из канальцев. Дисфункция почечных канальцев и структурные поражения в значительной степени способствуют развитию диабетической нефропатии (ДН), и эти изменения хорошо коррелируют со скоростью снижения функции почек 4,5,6,7,8. На ранних стадиях сахарного диабета, в ответ на повышенное поглощение глюкозы и связанное с ним поглощение натрия, а также потребность в мембранном транспортном белке во всех сегментах канальцев, канальцы подвергаются гипертрофии. При повышенном микрососудистом повреждении на более поздних стадиях диабета канальцы демонстрируют атрофию и расширение, при этом наблюдается фиброз и расширение интерстиция9. Предыдущие исследования, проведенные в нашей лаборатории, обнаружили измененные протеомы и обилие белков реакции на стресс в корковых канальцах мышей с диабетом 10,11. Мозговое вещество играет важную роль в регулировании концентрации мочи, а дисфункция при заболевании почек связана с окислительным стрессом, при этом диабет приводит к снижению напряжения кислорода в этой области почки из-за повышенного потребления кислорода в результате метаболической активности, повышенной активности мембранных транспортных белков и микрососудистого повреждения 12,13,14.
Понимание детальных механизмов развития и прогрессирования ДН является постоянной работой, которая потребует новых и комплексных подходов, включающих моделирование заболевания и молекулярное профилирование сигнальных процессов, адаптивные изменения в динамике клеточных белков и точное определение компонентов почечных клеток и тканей, пострадавших от повреждения при хронических состояниях. Протеомика, метаболомика и транскриптомика дают возможность аналитического исследования молекулярных механизмов заболеваний почек. Омика — это относительно новая область, которая использует подходы системной биологии для получения более глобального понимания биологических систем. В последние десятилетия протеомика является мощным инструментом омиксов в нефрологии. За последние 20 лет исследования биомаркеров расширились, о чем свидетельствует рост числа публикаций, хотя для полного внедрения этих результатовв клинику необходима обширная работа. Учитывая различия в популяциях клеток канальцев и соответствующих функциональных ролях в коре и мозговом мозге почек, протеомный анализ целых почек может скрыть уникальные изменения, связанные со специфическими структурами в этих различных областях. Таким образом, целями данного исследования являются демонстрация разделения почечной коры и мозгового вещества, а также отделения корковых канальцев от клубочков с последующими подробными протоколами приготовления белковых экстрактов из изолированных структур для современных масс-спектрометрических и биоинформатических анализов. Мышиные модели диабетической нефропатии играют важную роль в определении механизмов прогрессирования заболевания. Для этого исследования мы использовали трансгенную мышь OVE26, у которой развивается сахарный диабет I типа с ранним началом и проявляются особенности ранней и поздней стадии ДН у человека, включая 1) раннее повышение и последующее снижение скорости клубочковой фильтрации, 2) гипертрофию почек, 3) утолщение базальной мембраны клубочков и расширение мезангиального пространства, 4) тяжелую протеинурию и 5) тубулоинтерстициальный фиброз9, 16,17. Двухмесячные мыши были отобраны для демонстрации протеомных изменений в компартментах канальцев до явных структурных поражений. Как сообщалось ранее и показано на рисунке 2, у 2-месячных мышей OVE26 наблюдалось расширение клубочкового мезангиального матрикса (рисунок 2, зеленая стрелка) и тяжелая протеинурия17 без явных гистологических изменений проксимальных канальцев (рисунок 2, желтая стрелка) у молодых мышей с диабетом. В данной работе мы представляем комбинированный подход к количественной протеомике для характеристики всей почки, мозгового вещества и корковых канальцев для выяснения и иллюстрации различий в протеоме в каждом отделе при диабете.
Исследования с мышами OVE26 и FVB были одобрены руководящими принципами Комитета по уходу за животными и их использованию (IACUC) Университета Луисвилля. Трансгенная женская OVE26 (диабетическая; Штамм #:005564) и FVB (недиабетический; фоновый штамм; Штамм #:001800) были приобретены в Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME). Животных поддерживали в 12-часовом цикле свет/темнота при температуре 25 °C и предоставляли свободный доступ к воде и пище. Все исследования проводились на мышах в возрасте 2 месяцев.
1. Животная модель
2. Протокол разложения в мини-колонке Suspension-Trap
3. Очистка с помощью колонки гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ)
4. Масс-спектрометрический анализ
5. Анализ данных и биоинформатика
В целом, общая идентификация белков из каждого типа образцов была следующей: 1) цельная почка (1438) 2) мозговое вещество (2145) и корковые канальцы (1859). После обработки данных в MetaboAnalyst 6.0, фильтрации данных и условного расчета, окончательно проанализированы идентификации бе...
Методы, представленные в данном техническом подходе, призваны проиллюстрировать сравнительный протеомный анализ различных областей почки. Здесь мы использовали методы выделения мозгового вещества и корковых канальцев у мышей с диабетом (OVE26) и контрольной (FVB) мышей,...
Авторы не раскрывают информацию.
Работа над этим проектом была частично поддержана за счет средств MTB (NIH K01DK080951) и TDC (NephCure-Pediatric Nephrology Research Consortium NKI-2023-04), а также Программы Университета Луисвилля по заболеваниям почек и Центра технологий протеомики (TDC, MTB).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены