Aqp2+ 祖细胞维持和修复远端肾段

Aqp2+ Progenitor Cells Maintain and Repair Distal Renal Segments

作者信息Chao Gao, Long Zhang, Enuo Chen, Wenzheng Zhang
PMID35318267
发布时间2022-07
DOI10.1681/ASN.2021081105

实验完整度

包含体内谱系追踪、胸苷类似物标记、单侧输尿管梗阻模型、多种细胞标志物的免疫荧光分析及组织学分析等多个独立证据层级,并明确涉及自我更新、克隆性、多能性等功能验证。

主要模型

成年小鼠肾脏 Aqp2ECE/+ RFP/+ 小鼠 Aqp2ECE/+ Brainbow/+ 小鼠 Aqp2ECE/+ Brainbow/Brainbow 小鼠

重点核对

体内谱系追踪使用 Aqp2ECE/+ 小鼠,经他莫昔芬诱导,并分析 D1、D60、D90、D300 时间点 单侧输尿管梗阻模型,术后 2-14 天分析 胸苷类似物 CldU/IdU 标记方案:剂量 50 mg/kg,注射时间点和间隔因实验而异 高分辨率免疫荧光共聚焦显微镜检测多种细胞标志物 统计分析采用非配对 t 检验或单因素方差分析,显著性阈值为 P<0.05

摘要

背景:假定成体祖细胞具有克隆形成能力、自我更新和多能性,并能在各种条件下再生细胞。在成年哺乳动物肾脏中存在此类祖细胞的明确证据尚缺乏。方法:我们使用成年他莫昔芬诱导型(Aqp2ECE/+ RFP/+、Aqp2ECE/+ Brainbow/+ 和 Aqp2ECE/+ Brainbow/Brainbow)和 WT 小鼠进行了体内谱系追踪和胸苷类似物标记。在诱导后 1 至 300 天分析他莫昔芬诱导型小鼠。或者,对 WT 和他莫昔芬诱导的小鼠进行单侧输尿管梗阻和胸苷类似物标记,并在术后 2-14 天进行分析。使用多种细胞特异性标志物进行高分辨率免疫荧光共聚焦显微镜检查,以鉴定源自 Aqp2+ 细胞的细胞类型。结果:与其胚胎对应物类似,表达 Aqp2 和 V-ATP 酶亚基 B1 和 B2(Aqp2+ B1B2+)的成体细胞是潜在的 Aqp2+ 祖细胞(AP)。成年 AP 很少分裂产生子细胞,要么保持 AP 的特性(自我更新),要么分化为 DCT2/CNT/CD 细胞(多能性),在组织维持期间形成单细胞来源的多细胞克隆(克隆形成能力)。在输尿管结扎损伤后,AP 选择性地持续再生 DCT2/CNT/CD 细胞。AP 增殖与 Notch 激活直接相关,并与肾纤维化的发展呈负相关。发现闰细胞和 DCT2 细胞的衍生既有细胞分裂依赖性的,也有非依赖性的,很可能分别通过需要细胞分裂的 AP 分化以及无需细胞分裂的 AP 和/或常规主细胞的直接转化。结论:我们的研究表明 Aqp2+ B1B2+ 细胞作为成体 AP 表现,以维持和修复 DCT2/CNT1/CNT2/CD 段。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
成年哺乳动物肾脏是否存在具有自我更新、克隆形成能力和多能性的祖细胞,并参与组织维持和损伤修复?
核心机制
表达 Aqp2 和 V-ATP 酶 B1/B2 亚基的细胞(AP)通过自我更新和分化维持远端肾段,损伤后通过细胞分裂依赖性和非依赖性两种方式产生闰细胞和 DCT2 细胞,其增殖与 Notch 激活相关。
主要证据
通过 Aqp2ECE/+ 谱系追踪和胸苷类似物标记,在正常维持和单侧输尿管梗阻模型中发现 AP 产生包含主细胞、闰细胞和 AP 的多细胞克隆,且 AP 增殖与 Notch 激活呈正相关。
研究意义
该研究首次鉴定出满足严格定义的成年肾祖细胞(AP),可能对再生医学和对疾病的应答具有重要意义,并可能有助于体外肾脏类器官的生成。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

谱系追踪验证 AP 的自我更新和分化能力

验证成年 Aqp2+ 细胞是否在肾维持期间能够自我更新和多向分化。

使用 Aqp2ECE/+ RFP/+ 和他莫昔芬诱导,在 D1、D60、D90、D300 分析 Aqp2+ 细胞来源的细胞类型(闰细胞、DCT2 细胞等)。

2

克隆分析证明 AP 的克隆性

验证单个 AP 是否可以产生多细胞克隆。

使用 Aqp2ECE/+ Brainbow/+ 小鼠,诱导后 D300 分析单色细胞克隆,并构建三维结构验证克隆扩展。

3

胸苷类似物标记检测 AP 的增殖

确定 AP 在稳态和损伤后是否增殖。

对 WT 或 UUO 小鼠注射 CldU 和/或 IdU,检测 AP 的标记情况。

4

UUO 诱导损伤修复模型

评估 AP 在肾损伤后的修复作用。

对小鼠实施单侧输尿管梗阻,结合谱系追踪或胸苷类似物标记,分析 AP 的分化、克隆扩展及与纤维化的关系。

5

Notch 信号通路分析

探讨 AP 增殖与 Notch 激活的关系。

免疫荧光检测 Hes1 表达,分析各细胞类型中 Hes1+ 细胞比例,并与 CldU+ AP 比例进行相关性分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
小鼠抗 CD24 抗体Santa Cruzsc-19585
小鼠抗 CAII 抗体Santa Cruzsc-48351
小鼠抗 V-ATP 酶 B1 和 B2 抗体Santa Cruzsc-55544
鸡抗绿色荧光蛋白(抗 GFP)抗体Abcamab13970
兔抗 V-ATP 酶 B1 抗体Abcamab192612
兔抗 GFP 抗体Clontech632460
兔抗红色荧光蛋白(抗 RFP)抗体Clontech632496
兔抗 PAX2 抗体Thermo Fisher71-6000
兔抗 NCC 抗体MilliporeAB3553
兔抗 Aqp2 抗体Santa Cruzsc-28629
兔抗 Parm1 抗体Abcamab-122452
大鼠抗 BrdU(结合 CldU)抗体Abcamab74545
大鼠抗 AE1 抗体Alpha DiagnosticAE11-A
山羊抗 Pendrin 抗体Santa Cruzsc-16894
山羊抗 Aqp2 抗体Santa Cruzsc-9882
山羊抗 Aqp3 抗体Santa Cruzsc-9885
山羊抗 Aqp4 抗体Santa Cruzsc-9888
山羊抗 Notch1 抗体R&D SystemsAF1057
山羊抗 Jagged1 抗体R&D SystemsAF599
Alexa Fluor 568 驴抗兔 IgGInvitrogenA10042
Alexa Fluor 647 驴抗山羊 IgGInvitrogenA21447
Alexa Fluor 647 偶联驴抗兔 IgGInvitrogenA31573
Alexa Fluor 488 偶联山羊抗小鼠 IgGJackson ImmunoResearch115-545-003
Alexa Fluor 594 偶联驴抗兔 IgGInvitrogenA10042
Alexa Fluor 594 偶联驴抗小鼠 IgGJackson ImmunoResearch715-585-150
Alexa Fluor 488 驴抗山羊 IgGInvitrogenA11055
Alexa Fluor 488 驴抗小鼠 IgGJackson ImmunoResearch715-545-150
Alexa Fluor 488 驴抗鸡 IgGJackson ImmunoResearch703-545-155
Alexa Fluor 488 偶联 AffiniPure Fab 片段驴抗兔 IgGJackson ImmunoResearch711-547-003
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
R26R-RFP 小鼠品系Jackson Laboratory007914
R26R-Confetti 小鼠品系Jackson Laboratory017492
ProLong Gold 抗淬灭封片剂Invitrogen--
DAPI----
NanoZoomer 扫描仪Hamamatsu--
ImageJ 软件NIH--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
谱系追踪
小鼠品系(Aqp2ECE/+ RFP/+ 等)、他莫昔芬诱导剂量和时间、分析时间点(D1-D300)
阅读提示:Methods: Generation, Genotyping, and Induction of Aqp2ECE/+ RFP/+...
胸苷类似物标记
CldU/IdU 剂量(50 mg/kg)、注射时间点、分析时间点、CldU/IdU 检测的特定抗体和条件
阅读提示:Methods: Unilateral Ureteral Obstruction Model and Thymidine Analogue Labeling; Immunodetection of CldU and IdU
UUO 模型
小鼠品系、手术方法(结扎位置)、分析时间点(D2-D14)
阅读提示:Methods: Unilateral Ureteral Obstruction Model and Thymidine Analogue Labeling; Figure legends for UUO experiments
免疫荧光染色
抗体组合和稀释度、固定方法(4% PFA)、抗原修复条件、切片厚度、共聚焦显微镜设置
阅读提示:Methods: Immunofluorescence Studies; Costaining of RFP/AE1, RFP/NCC, or B1/AE1
组织学分析
Masson 三色染色方案、纤维化定量方法(ImageJ)
阅读提示:Methods: Histologic Analyses