¿Cómo reparar y tratar la lesión renal aguda?

Contacto: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com

Enfoques multiómicos para la reparación y la lesión renal aguda

Louisa MS Gerhardt y Andrew P. McMahon

Resumen

El riñón tiene una notable capacidad regenerativa. En respuesta a una lesión isquémica o tóxica, las células del túbulo proximal pueden proliferar para reconstruir los túbulos dañados y restaurar la función renal. Sin embargo, severoLesión renal aguda(AKI) o AKI recurrente (Lesión renal aguda) los eventos pueden conducir a una reparación desadaptativa y a la progresión de la enfermedad de AKI (Lesión renal aguda) aenfermedad renal cronica(ERC). La aplicación de tecnologías unicelulares ha identificado estados lesionados de las células del túbulo proximal semanas después de la AKl. (Lesión renal aguda), que se distingue por una firma molecular senescente proinflamatoria. Los estudios epigenéticos han resaltado los cambios dinámicos en el panorama de la cromatina del riñón después de la LRA (Lesión renal aguda)y han descrito factores de transcripción clave vinculados a la LRA (Lesión renal aguda) respuesta. La integración de tecnologías multiómicas abre nuevas posibilidades para mejorar nuestra comprensión de AKI (Lesión renal aguda) y las fuerzas impulsoras detrás del AKl (Lesión renal aguda)-a-CKD, con el objetivo final de diseñar estrategias diagnósticas y terapéuticas personalizadas para mejorar la LRA (Lesión renal aguda) resultados y prevenirenfermedad del riñonprogresión.

Palabras clave: Lesión renal aguda, multiómica, epigenómica, secuenciación de ARN unicelular, secuenciación ATAC.

Introducción

Lesión renal aguda(AKI), diagnosticada por un aumento repentino en la creatinina sérica y/o disminución del volumen de orina, es una condición altamente prevalente asociada con una mayor morbilidad y mortalidad, así como costos significativos de atención médica [1e4]. Por ejemplo, la evidencia actual sugiere que al menos el 25 por ciento de todos los pacientes hospitalizados con COVID-19 desarrollan AKI (Lesión renal aguda) y que estos pacientes tienen un riesgo de mortalidad significativamente mayor que los pacientes con COVID-19 sin LRA (Lesión renal aguda) [5]. Pacientes que sobreviven AKI (Lesión renal aguda) tienen un mayor riesgo de transición a enfermedad renal crónica y en etapa terminal [3,4,6]. Según el informe anual del Sistema de datos renales de EE. UU. de 2018, solo el 52,6 % de los pacientes hospitalizados de Asuntos de Veteranos que cumplieron con el AKI (Lesión renal aguda)criterios diagnósticos, se les dio el diagnóstico de LRA (Lesión renal aguda), pidiendo más conciencia sobre AKI (Lesión renal aguda) en las rutinas hospitalarias [7]. Además, un diagnóstico precoz de AKI (Lesión renal aguda)está limitada por la falta de biomarcadores sensibles y las opciones de tratamiento disponibles para AKI (Lesión renal aguda) continúan confiando en la optimización hemodinámica, la prevención de la nefrotoxicidad y la terapia de reemplazo renal.

Las células del túbulo proximal, el tipo de célula más abundante en el riñón, son responsables de una gran parte de la reabsorción renal de líquidos y solutos y se han convertido en actores importantes en las respuestas adaptativas y desadaptativas a la LRA.Lesión renal aguda) [8]. Debido a su alta actividad metabólica y dependencia del metabolismo oxidativo, la isquemia conduce rápidamente al agotamiento de ATP, la acumulación de especies reactivas de oxígeno y, en última instancia, la apoptosis o necrosis de las células del túbulo proximal (Figura 1). Las células del túbulo proximal que sobreviven a un evento isquémico tienen la capacidad de desdiferenciarse, proliferar y reconstruir los túbulos dañados, desempeñando así un papel esencial en el proceso de reparación adaptativa para restaurar la función renal [9-11]. Sin embargo, las células del túbulo proximal desadaptativas, caracterizadas por un fenotipo proinflamatorio y profibrótico, también se han implicado en la progresión de la enfermedad de AKI.Lesión renal aguda) a la enfermedad renal crónica (ERC), un proceso complejo que involucra inflamación, rarefacción vascular y producción de matriz extracelular por parte de pericitos y miofibroblastos activados (Figura 1)[8,12]. Las tecnologías ómicas que examinan la organización genómica, la expresión génica y los productos proteicos, como el ensayo de cromatina accesible por transposasa mediante secuenciación (ATAC-seq), secuenciación de ARNm y espectrometría de masas, respectivamente, han mejorado drásticamente la comprensión molecular de las respuestas celulares iniciadas por AKI (Lesión renal aguda). Más recientemente, las aplicaciones unicelulares de estos enfoques han permitido el estudio de eventos celulares a una resolución sin precedentes. Estos y otros enfoques multiómicos prometen una comprensión integral de los mecanismos reguladores que rigen la enfermedad renal, abriendo nuevas vías para el descubrimiento de biomarcadores y fármacos. Este manuscrito revisa hallazgos recientes que aplican tecnología ómica alesión renaly reparar y considera futuras aplicaciones de enfoques multiómicos para avanzar en la comprensión y el tratamiento delesión renalyenfermedad del riñon.

Figura 1:Descripción general de AKI y procesos.

Las células del túbulo proximal son muy susceptibles a la isquemia, lo que puede provocar la muerte celular por apoptosis y necrosis regulada (piroptosis, ferroptosis, necroptosis), así como necrosis no regulada y desprendimiento de células muertas y viables en la luz tubular. Las células del túbulo proximal (PTC) supervivientes pueden desdiferenciarse y proliferar para restaurar la arquitectura y función renal; sin embargo, una reparación desadaptativa también puede conducir a la progresión de la enfermedad a enfermedad renal crónica (ERC). Este proceso se caracteriza por enrarecimiento vascular, diferenciación de pericito a miofibroblastos, mayor depósito de matriz extracelular fibrosa (MEC), pérdida tubular e inflamación crónica. Nfkb1 más PTC de reparación fallida, caracterizados por un fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP), probablemente desempeñen un papel importante en la LRA (Lesión renal aguda)-a-CKD transición.

genómica

Los estudios genómicos tienen como objetivo identificar la base genética de la enfermedad mediante la secuenciación dirigida basada en hipótesis de genes candidatos o la secuenciación del genoma completo sin hipótesis. Aquí, nos centraremos en los estudios de asociación de todo el genoma (GWAS) que utilizan un enfoque imparcial para asignar variantes de secuencia en todo el genoma a características fenotípicas, como rasgos de enfermedades, y permiten la identificación de genes candidatos para estudios mecánicos (Figura 2). En comparación con otros rasgos de la enfermedad, el número disponible de GWAS que cuestionan los antecedentes genéticos de AKI (Lesión renal aguda) es escaso. Esto se debe en parte a la naturaleza compleja y heterogénea de AKI (Lesión renal aguda) como un rasgo de la enfermedad. IRA (Lesión renal aguda) puede ser causada por una multitud de factores diferentes, como isquemia, sepsis, medicamentos nefrotóxicos y nefropatía obstructiva. La evidencia actual sugiere que los mecanismos moleculares y celulares subyacentes de AKI (Lesión renal aguda) tienen componentes de causa específica [13,14], pero la definición de consenso de AKI (Lesión renal aguda) — un cambio en la creatinina sérica y la diuresis — no explica las diferentes LRA (Lesión renal aguda) causas.

Se ilustra un flujo de trabajo simplificado para un estudio de asociación de todo el genoma (GWAS) (arriba a la izquierda). Para estudiar una asociación entre las variantes genéticas y un rasgo específico, se realiza la secuenciación del genoma completo o el genotipado mediante matrices de polimorfismo de un solo nucleótido (SNP) en una población y se utilizan pruebas de asociación estadística para identificar los SNP asociados con el rasgo de interés. Para la secuenciación de ARN de una sola célula (arriba a la derecha), se prepara una suspensión de una sola célula, se aíslan las células individuales y las moléculas de ARNm de la célula (o núcleo) se capturan en perlas para su posterior conversión en ADNc. El ADNc se amplifica y las secuencias se determinan mediante la secuenciación de próxima generación (NGS) y el mapeo de secuencias en el genoma. Para el análisis epigenómico (abajo a la derecha), un ensayo de cromatina accesible por transposasa (ATAC) es seguido por NGS y mapeo de secuencias para visualizar la accesibilidad de la cromatina en todo el genoma. La transposasa Tn5 hiperactiva (Tn5) se usa para escindir específicamente sitios de cromatina abierta e insertar simultáneamente adaptadores de secuenciación para NGS. Las regiones de mayor accesibilidad a la cromatina se muestran como picos ATAC. Para el análisis proteómico por espectrometría de masas (abajo a la izquierda), las proteínas se extraen, se digieren en péptidos y se ionizan. En el espectrómetro de masas, los iones se aceleran, se someten a un campo magnético y se mide su relación masa-carga, lo que permite la identificación y cuantificación de proteínas.

Hasta la fecha, dos GWAS más grandes interrogaron los antecedentes genéticos de AKI (Lesión renal aguda). El primer estudio mostró una asociación de polimorfismos nucleares únicos (SNP) en el locus GRM7 LMCD1-AS1 y BBS9 con LRA relacionada con cirugía de injerto de derivación coronaria (Lesión renal aguda) en una cohorte de descubrimiento de 873 pacientes y una cohorte de replicación [15]. El segundo combinó pacientes de dos cohortes distintas para formar una población de descubrimiento de 1429 pacientes en estado crítico e identificó cuatro AKI (Lesión renal aguda) asociados a SNP muy cerca del factor regulador de interferón 2 (IRF2) o del factor de transcripción T-box 1 (TBX1) [16]. Curiosamente, IRF2 se ha relacionado con la piroptosis y tiene un papel regulador en el sistema inmunológico [17,18] y TBX1 es parte de la familia de genes T box, un grupo de factores de transcripción con funciones importantes en el destino celular y la regulación del estado celular [19 ]. Sin embargo, la asociación entre AKI (Lesión renal aguda) y estos loci no pudieron reproducirse en una cohorte prospectiva de pacientes en estado crítico, a los que se les genotipificó específicamente para los SNP identificados[20]. Esto subraya la necesidad de tamaños de muestra aún mayores para futuros AKI (Lesión renal aguda) GWAS e ilustra la dificultad de identificar factores de riesgo genéticos robustos para enfermedades heterogéneas como AKI (Lesión renal aguda).

Además, los análisis de loci de rasgos cuantitativos de expresión (eQTL) probablemente ayuden a traducir los conocimientos adquiridos por GWAS a los mecanismos de la enfermedad. Los análisis OTL tienen como objetivo identificar loci que explican una fracción de la variación de la expresión génica en el tejido y pueden usarse para vincular los SNP en el genoma no codificante con la expresión génica objetivo. Por ejemplo, un enfoque integrador que combina GWAS, eOTL y experimentos funcionales condujo a la identificación de genes implicados en la patogenia de la ERC [21-23].

Figura 2:Esquema de tecnologías ómicas seleccionadas.

transcriptómica

El advenimiento de nuevas tecnologías escalables para estudiar el transcriptoma de las células dentro del riñón lesionado ha revolucionado nuestra comprensión de las respuestas celulares a la LRA.Lesión renal aguda), descubriendo nuevos estados celulares y destacando el paisaje transcripcional dinámicamente cambiante del riñón en reparación. Secuenciación de ARNm a granel de riñón en el transcurso de un año después de AKI (Lesión renal aguda) demostraron cambios en la expresión de genes temporales específicos relacionados con la lesión tubular, la proliferación, la reparación, la fibrosis y la inmunidad [24]. Este ratón AKI (Lesión renal aguda) los datos del biobanco mostraron que los genes asociados con la inflamación aún estaban regulados al alza un año después de la LRA (Lesión renal aguda), lo que sugiere que la inflamación persistente es un factor impulsor de la progresión de la enfermedad a la ERC. La secuenciación masiva de ARNm de biopsias de trasplante de riñón de rutina permitió perfilar los cambios transcripcionales a corto y largo plazo en trasplantes de riñón humano provocados por la lesión por isquemia/reperfusión (IRI) durante el trasplante [25]. Todas las biopsias renales que se tomaron en las primeras horas después de la reperfusión mostraron un perfil transcripcional similar caracterizado por la activación de genes de respuesta inmediata a temprana, muchos de los cuales codifican factores reguladores de la transcripción.

Sin embargo, a los 3 y 12 meses después del trasplante, se podrían delinear dos trayectorias divergentes asociadas con la recuperación o la progresión a la ERC. La trayectoria similar a la CKD mostró una regulación a la baja en la expresión de genes relacionados con la biogénesis mitocondrial y una regulación al alza de los genes asociados con la inflamación y la fibrosis, como se observó en el modelo de ratón de AKI (Lesión renal aguda) [24,25]. Tanto los estudios en ratones como en humanos sugieren un papel destacado de la actividad de las células T y B y la aparición de centros de tejido linfoide terciario en los resultados a largo plazo de la LRA.Lesión renal aguda) [25,26]. Análisis del LRA de ratón (Lesión renal aguda) Los conjuntos de datos de biobanco y trasplante de riñón humano abogan por una actividad de células B impulsada por autoantígenos, que promueve la progresión de la enfermedad a través de una respuesta inmunitaria sostenida, un año después de la LRA (Lesión renal aguda) [27].

Aunque la secuenciación masiva de ARNm ha demostrado ser muy informativa en AKI (Lesión renal aguda), las respuestas específicas del tipo de célula no se diferencian mediante esta técnica. Los enfoques genéticos para etiquetar distintos tipos de células agregan mayor precisión y conocimiento adicional. Por ejemplo, la traducción de la purificación por afinidad de ribosomas (TRAP) utiliza un etiquetado eGFP de la subunidad ribosómica L10a para identificar el subconjunto de ARNm específico en tipos de células individuales que se someten a una traducción activa [28]. El primer estudio TRAP en AKI (Lesión renal aguda) La investigación utilizó un modelo genético de activación mediada por la recombinasa CRE del casete eGFP-L10a específicamente dentro de los tipos de células de nefronas, estromales, vasculares o inmunitarias y mostró distintos cambios transcripcionales vinculados a cada compartimento celular después de AKI (Lesión renal aguda) [29]. Muchos genes relacionados con la función tubular renal se regularon a la baja 24 h después de la LRA.Lesión renal aguda). Por el contrario, los genes implicados en la actividad de la vía antiapoptótica, la proliferación celular y el movimiento celular estaban notablemente regulados al alza. El análisis TRAP de las células del túbulo proximal destacadas por el marcador de lesión Kim-1(codificado por Hazel) mostró que la mayoría de las células positivas para Kim-1-se repararon con éxito dos semanas después de la LRA (Lesión renal aguda), aunque el 15 por ciento retuvo la expresión de Kim-1 y el marcador de lesión Sox9 [10], destacando un estado celular persistentemente lesionado [30]. El análisis clonal reveló que la expansión de los clones positivos de Kim-1 repoblaron los túbulos proximales dañados, lo que respalda un modelo de reparación a través de la desdiferenciación de las células del túbulo proximal, en lugar de una población específica de células madre/progenitoras [30]. La transcripción FoxMI estaba altamente regulada en células del túbulo proximal Kim-1-positivas y se demostró que impulsa la proliferación del túbulo proximal en zitro de una manera dependiente del receptor del factor de crecimiento epidérmico [30]. Los enfoques de secuenciación de ARNm de una sola célula de alto rendimiento, que examinan los perfiles de secuenciación de ARNm de células enteras (scRNA-seq) o las transcripciones de ARNm localizadas en el núcleo (snRNA-seq), han mejorado drásticamente la LRA.Lesión renal aguda) estudios. Estos enfoques proporcionan una visión molecular profunda de la expresión génica a nivel celular cuando se combinan con potentes enfoques computacionales, identificando tipos de células variables y estados celulares en todo el órgano [31,32]. scRNA-seq comienza a partir de una suspensión de células individuales o núcleos individuales, que se etiquetan con etiquetas moleculares únicas y se lisan (Figura 2). Posteriormente, el ARNm se transcribe de forma inversa, se amplifica y se secuencia. Un estudio de snRNA-seq en riñones sometidos a obstrucción ureteral unilateral (UUO) identificó dos nuevos grupos de células del túbulo proximal 14 días después de la UUO, uno de los cuales tenía una fuerte firma proliferativa, mientras que el otro expresaba genes involucrados en la inflamación y los movimientos celulares, como Ccl2, II34, Cxcll y Dock10 [33].

Una población celular similar es evidente en un estudio de snRNA-seq que perfila el riñón lesionado después de IRI [34]. En las primeras horas después de la IRI, hay una regulación a la baja de la expresión génica del túbulo proximal normal y una marcada respuesta transcripcional que incluye genes tempranos inmediatos y los marcadores de lesión conocidos HuverI y Krt20 [24,25,34]. El segundo día después de la IRI, una gran fracción de las células del túbulo proximal mostró un perfil proliferativo o recuperó la característica de la firma transcripcional t para las células diferenciadas del túbulo proximal. Sin embargo, una pequeña población de células proinflamatorias y profibróticas, caracterizadas por la expresión de Vcaml en la mayoría de las células y la coexpresión de Cal2 en un subconjunto, predijeron la actividad de la familia de factores de transcripción NF-KB. Mientras que la proliferación de células del túbulo proximal disminuyó dos semanas después de la LRA (Lesión renal aguda), las células del túbulo proximal proinflamatorias y profibróticas aumentaron, lo que sugiere un vínculo entre la reparación tubular fallida y la población de células proinflamatorias y profibróticas observada (Figura 1). Curiosamente, el análisis de desconvolución de los estudios de secuenciación de ARN a granel sugirió que una población similar aumentó a medida que el riñón envejecía normalmente y después del trasplante.

De acuerdo con el estudio antes mencionado [34], un enfoque genéticamente selectivo en las células del túbulo proximal lesionadas cuatro semanas después de una LRA más leve (Lesión renal aguda), utilizando ratones Krt20-T2A-CRE-ERT2 para etiquetar y purificar las células del túbulo proximal lesionadas, mostró un fenotipo celular lesionado similar: una población de células del túbulo proximal lesionado VcamI/Cal2 más que se distinguió además por un fuerte proinflamatorio( p. ej., Cal2, Vcam1, Cxcll, /34) y firma transcripcional profibrótica (p. ej., Pdgfb, ColAal), con marcada activación de la señalización de NF-KB, TNF y AP-1 [35]. Estas células lesionadas del túbulo proximal compartían características de un fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP) identificado en otros órganos lesionados (Figura 1) [35,36]. A diferencia de la LRA previa (Lesión renal aguda) [12], no se observó una detención significativa del ciclo celular G2/M en esta población. Experimentos adicionales de mapeo del destino de células en ciclo mostraron que la mayoría de VcamI más /Cal2 más células del túbulo proximal, localizadas en el límite corticomedular, se rastrearon hasta las células del túbulo proximal que proliferaron en los primeros días después de la LRA.Lesión renal aguda). Sin embargo, las células corticales del túbulo proximal Vuamt plus /Cu2 probablemente representaron sitios secundarios de lesión, no relacionados con la reparación temprana del túbulo proximal asociada con la replicación.

atlas completo de la respuesta de la lesión a la reperfusión de isquemia unilateral A (UIR) que realiza scRNA-seq en múltiples puntos de tiempo desde el día uno hasta el día 14 después de que la UIR reveló una expresión elevada en las células lesionadas de Sox4 y Cd24a, genes identificados para funciones en el desarrollo renal [37]. También se informó de una nueva población de células, "células de identidad mixta", que exhiben coexpresión de los marcadores del túbulo proximal (Sl34a7), la rama ascendente gruesa (Umod) o el túbulo colector (Agp2). Los datos de scRNA-seq de nefropatía por ácido fólico de ratón y modelos UUO mostraron que la expresión reducida de marcadores de diferenciación, como los transportadores de solutos en las células del túbulo proximal lesionadas, se asocia con la regulación a la baja de genes involucrados en procesos metabólicos, como la oxidación de ácidos grasos [38]. El receptor nuclear Esrra se identificó como un vínculo importante entre la diferenciación del túbulo proximal y el metabolismo porque regulaba directamente la expresión de genes metabólicos y específicos del túbulo proximal. Este y otros estudios de scRNA-seq también han puesto de relieve una diversidad de células inmunitarias previamente desapercibida en el riñón enfermo [38,39].

Una limitación importante de todas las técnicas transcriptómicas discutidas es la ausencia de información espacial. Las nuevas plataformas de transcriptómica ahora hacen posible visualizar la expresión del ARNm espacialmente mediante la hibridación y la fijación de secciones de tejido directamente en sondas con códigos de barras únicos, la obtención de imágenes de la sección de tejido y la realización de la transcripción inversa in situ seguida de la liberación y secuenciación de la sonda [40]. Posteriormente, los transcriptomas secuenciados se pueden mapear de nuevo en la sección de tejido de la que se han obtenido imágenes. Esta tecnología de transcriptómica espacial permitió la localización específica de los dos tipos de células transcripcionalmente distintas del segmento del túbulo proximal S3 [41] en la corteza y la franja externa de la médula externa [42]. En diferentes LRA murina (Lesión renal aguda), la deconvolución de puntos transcriptómicos espaciales individuales utilizando datos de scRNA-seq reveló AKI (Lesión renal aguda) patrones específicos del modelo de infiltración de células inmunitarias y permitieron la identificación de una población distinta de células del túbulo proximal que expresan Af3-, colocalizando con neutrófilos después de IRI [43]. Estos estudios ilustran el potencial de las ómicas espacio-temporales para predecir los controles microambientales en las respuestas celulares después de la LRA.Lesión renal aguda).

epigenómica

Los programas de expresión génica diferencial específicos del tipo celular dependen de la modificación epigenética de la cromatina (por ejemplo, la metilación y acetilación de histonas) y el ADN (por ejemplo, mediante la metilación de citosina en los residuos CpG) en respuesta a los reguladores transcripcionales de unión al ADN y factores asociados. Un cuerpo de evidencia acumulado sugiere un papel regulador importante para los mecanismos epigenéticos en AKI.Lesión renal aguda) y reparación renal [44-46]. Dadas las excelentes revisiones exhaustivas[44-47], solo destacamos brevemente estudios epigenómicos recientes seleccionados en AKI (Lesión renal aguda) investigar.

Positively charged histone proteins provide the core for packing negatively charged DNA, through electrostatic interactions, into nucleosomes — the structural unit of chromosomes[44]. Modifications to the amino-terminal tails of histones alter the chromatin structure or recruit chromatin modifiers, thus altering gene expression. An unbiased mass spectrometry screen of 63 different histone marks in the healthy kidney revealed widespread histone modifications with a compartment-specific pattern [48]. In this bulk tissue analysis, few histone marks showed a quantitatively significant change >5 por ciento después de UUO. Curiosamente, se informaron cambios complementarios en diferentes marcas en el mismo aminoácido, lo que sugiere una respuesta coordinada a AKI (Lesión renal aguda) [48].

Los promotores resaltados con H3K4me3-se compararon con los potenciadores marcados con H3K27ac después de la LRA (Lesión renal aguda) usando inmunoprecipitación de cromatina y secuenciación de próxima generación (ChIP-seq) [49]. Los sitios potenciadores activos mostraron un cambio más dinámico en respuesta a AKI (Lesión renal aguda). Las modificaciones de la cromatina en los sitios potenciadores activos se asociaron con la unión alterada de factores de transcripción como Hnf4a, Gr y Stat3. Hnf4a es un factor de transcripción clave en la especificación y diferenciación de las células del túbulo proximal [50]. las células del túbulo proximal disminuyeron en respuesta a AKI (Lesión renal aguda) [49]. Esto probablemente contribuye a la AKI (Lesión renal aguda) inducida por la desdiferenciación de las células lesionadas del túbulo proximal. Stat3 es un regulador transcripcional clave en una red inflamatoria con NF-KB y factores reguladores de la proteína activadora-1(AP-1) [51]. La activación de la vía AP-1 está altamente conservada como un respuesta a AKI de ratón (Lesión renal aguda) y el IRI asociado al trasplante de riñón humano [24,25]. Compromiso de Stat3 en el locus de Junb en respuesta a AKI (Lesión renal aguda) sugiere un papel para la inactivación de Stat3 de los componentes transcripcionales AP-1[49]. Además, la inhibición del bromodominio y la activación del potenciador dependiente extra-terminal (BET) perjudicó la recuperación después de la LRA (Lesión renal aguda), destacando el importante papel de la dinámica potenciadora en AKI (Lesión renal aguda)reparación[49].

ATAC-seq se ha convertido en la metodología más utilizada para evaluar la apertura de la cromatina e inferir la actividad de las regiones genómicas transcritas y reguladoras. Rápidamente, la tecnología ATAC-seq ha pasado de los ensayos sensibles de tejido a granel con solo 500 células al análisis nuclear único y, más recientemente, al análisis paralelo del estado de la cromatina y la expresión génica en la misma célula [41,52-54]. ATAC-seq utiliza la transposasa Tn5 hiperactiva para cortar la cromatina abierta y etiquetar el ADN cortado con adaptadores de ADN para facilitar la construcción de bibliotecas y la secuenciación del ADN (Figura 2). Dados solo dos sitios objetivo en cada genoma, los datos de ATAC son escasos, y los estudios de snATAC utilizan enfoques computacionales para agrupar células con perfiles de snATAC similares y para integrarse con conjuntos de datos sc o snRNA-seq generados de forma independiente. Un estudio reciente perfiló la heterogeneidad celular en muestras de riñón humano adulto sano con conjuntos de datos snATAC-seq y snRNA-seq integrados computacionalmente [55]. Curiosamente, el estudio identificó una subpoblación de VCAM1-que expresaba células del túbulo proximal, que mostró una actividad reducida de HNF4A y una mayor actividad de los miembros de la familia NF-KB, pareciéndose parcialmente a las células del túbulo proximal lesionadas proinflamatorias y profibróticas identificadas en el riñón de ratón varios semanas después de la LRA (Lesión renal aguda) [34,35,55]. La abundancia de esta población de células aumentó con el tiempo en ratones envejecidos y fue mayor en los riñones diabéticos humanos que en los controles sanos. Por lo tanto, algunas respuestas celulares parecen conservarse entre diferentes enfermedades renales y entre especies. Sin embargo, ¿en qué medida esta población celular contribuye a la pérdida de la función renal relacionada con la edad yenfermedad del riñonla progresión requiere más investigación.

La detección del tipo celular y las predicciones regulatorias se mejoran al coanalizar snRNA-seq y snATAC-seq en el mismo núcleo [41]. Esta técnica se utilizó recientemente para caracterizar tejido renal humano sano y AKI (Lesión renal aguda) y biopsias de CKD que revelan una nueva diversidad de células en el riñón normal y resaltan estados de lesiones comparables en ratones y humanos AKI (Lesión renal aguda), así como estados alterados de las células de las extremidades ascendentes gruesas caracterizados por la expresión de Proml y Dcd2[56]. Además, la transcriptómica espacial localizó miofibroblastos y células inmunitarias en muestras de ERC en sitios de lesión del túbulo proximal [56].

Cistanche restaurar la función renal deteriorada

Proteómica y metabolómica

El estudio de proteínas y metabolitos en plasma, orina y tejido renal mediante electroforesis en gel y espectrometría de masas complementa las herramientas transcriptómicas y epigenómicas. La espectrometría de masas puede identificar y cuantificar macromoléculas (p. ej., proteínas) y metabolitos celulares dentro de un tejido complejo, midiendo propiedades de carga de masa molecularmente distintas de las moléculas cuando se ionizan y se someten a un campo magnético o eléctrico (Figura 2)[57]. Muchos estudios de proteómica se han dirigido hacia la identificación de biomarcadores para AKI (Lesión renal aguda)(revisado exhaustivamente en otro lugar [57-59]). Por ejemplo, se demostró que los niveles de la metaloproteinasa del inhibidor del tejido urinario-2(TIMP2) y la proteína de unión a IGF-7(IGFBP7) predicen la muerte y la insuficiencia renal en pacientes críticos con LRA (Lesión renal aguda) [60]. Tratamiento de pacientes copositivos para TIMP2 e IGFBP7 con medidas de atención de apoyo de acuerdo con las pautas para mejorar los resultados globales de la enfermedad renal (KDIGO) para pacientes con alto riesgo de LRA(Lesión renal aguda) LRA reducida (Lesión renal aguda) desarrollo en las primeras 72 h después de la cirugía cardíaca, pero no afectó la mortalidad y la necesidad de terapia de reemplazo renal [61]. Estos resultados y los hallazgos de otros estudios de biomarcadores son alentadores; sin embargo, el biomarcador ideal o el panel de biomarcadores más probable para AKI (Lesión renal aguda)evaluación de riesgos, LRA dirigida (Lesión renal aguda)Aún no se ha identificado la prevención, el diagnóstico predictivo y posiblemente incluso la orientación terapéutica en la práctica clínica habitual.

Además de la unidad de AKI eficaz (Lesión renal aguda) biomarcadores, la proteómica también se puede utilizar para interrogar AKI (Lesión renal aguda) fisiopatología [62]. Un estudio preclínico de LRA inducida por cisplatino (Lesión renal aguda)reveló una correlación débil entre el transcriptoma y el proteoma en el riñón lesionado [63]. El estudio sugirió que la discrepancia entre los dos enfoques se debía a cambios en las proteínas del compartimento extracelular, por ejemplo, en el sistema del complemento [63]. Curiosamente, el grado de disociación entre el ARN y la expresión de proteínas se correlacionó fuertemente con la gravedad de la lesión, como lo indican los niveles de creatinina sérica y nitrógeno ureico en sangre [63]. Esto destaca la relevancia de los cambios postranscripcionales en el AKI (Lesión renal aguda)respuesta.

Recientemente, el perfil proteómico casi unicelular, que permite mediciones proteómicas cuantitativas de tan solo 10 a 100 células renales microdisectadas capturadas con láser, se ha utilizado para identificar proteínas específicas del compartimento glomerular y tubular proximal en el riñón sano [64]. . Algunas de las proteínas específicas del compartimento más enriquecidas se correlacionaron bien con la expresión del gen correspondiente en el podocito y el grupo de túbulos proximales de un conjunto de datos scRNA-seq, respectivamente. Además, se pueden detectar más de 40 marcadores de proteínas simultáneamente en una sola sección de tejido mediante citometría de masas de imágenes (IMC), lo que permite el estudio del proteoma en un contexto espacial [65]. El IMC del riñón humano sano reveló una heterogeneidad celular inesperada e identificó un tipo de célula rara megalina/acuaporina-1/vimentina (Lrp2/Aqp1/Vim) positiva que refleja potencialmente un túbulo proximal lesionado (Vim plus) (Lrp2 plus /Aqp1 más )estado celular [65]. La aplicación de estas tecnologías a AKI (Lesión renal aguda) la investigación proporcionará información crítica sobre el panorama proteómico de las lesiones y la reparación.

El estudio del metaboloma renal (moléculas menores de 1500 Da [62]) ha avanzado aún más en la comprensión de la LRA (Lesión renal aguda) fisiopatología.

metabolómico

El perfilado del tejido renal lesionado mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas condujo al hallazgo de que la síntesis de neo nicotinamida adenina dinucleótido (NAD plus) está alterada en AKI (Lesión renal aguda) [66]. Regulación a la baja del regulador de biogénesis mitocondrial PGCla en AKI (Lesión renal aguda) resultó en el agotamiento local de NAD plus, mientras que la sobreexpresión de PGC1 aumentó los niveles renales de NAD plus y redujo la LRA (Lesión renal aguda) [66]. Los análisis de orina imparciales también han demostrado niveles elevados de NAD más quinolina precursora en la orina de ratones después de IRI [67] como resultado de una reducción de la quinolina fosforribosiltransferasa renal (QPRT), una enzima clave en la síntesis de NAD plus de novo [67]. Los niveles reducidos de QPRT renal se asociaron con una LRA más alta(Lesión renal aguda) susceptibilidad [67]. El tratamiento con nicotinamida oral salvó la LRA (Lesión renal aguda) inducida por NAD renal más deficiencia biosintética en ratones, y un pequeño ensayo clínico de fase 1 ha sugerido un posible beneficio renal del tratamiento con nicotinamida en pacientes sometidos a cirugía cardíaca [67]. Un estudio de metabolómica de biopsias de trasplante de riñón humano, antes y después de la reperfusión, mostró un perfil metabólico claramente diferente de los trasplantes con una futura función retrasada del injerto en comparación con los trasplantes sin función retrasada del injerto [68]. Los trasplantes con una futura función retrasada del injerto se caracterizaron por un catabolismo persistente de ATP/GTP, lo que sugiere la restauración temprana de la homeostasis energética como objetivo terapéutico en la LRA.Lesión renal aguda) prevención [68]. La espectrometría de masas (MSI) es una técnica poderosa que se utiliza para visualizar la distribución espacial de metabolitos, proteínas o lípidos, con resolución celular y subcelular [69]. El análisis MSI de los riñones lesionados mostró que la lipidómica e utilizó ch coll .x7rr para diferenciar entre isquemia leve y grave tan pronto como 2 horas después de la lesión [70,71].

Conclusiones y perspectiva

Las tecnologías ómicas disponibles han impulsado nuestra comprensión de AKI (Lesión renal aguda) y reparación. La integración o adquisición simultánea de diferentes conjuntos de datos ómicos mejorará aún más los conocimientos sobre AKI (Lesión renal aguda), y los hallazgos corroborativos de los enfoques ortogonales darán confianza adicional a los mecanismos identificados. Se están acumulando nuevos conocimientos, herramientas y recursos informativos con la inversión del NIDDK en varios grandes consorcios, incluido el Proyecto de Medicina de Precisión del Riñón y el Programa de Reconstrucción de un Riñón. El gran desafío de esta era de "grandes datos" es inferir mecanismos biológicamente relevantes a partir de conjuntos de datos altamente complejos para democratizar el acceso a estos datos a través de plataformas de análisis de datos y visualización fáciles de usar y, en última instancia, traducir nuestros conocimientos fisiopatológicos cada vez mayores en diagnóstico y estrategias terapéuticas que mejoren la atención al paciente y el FRA (Lesión renal aguda) resultados.

Declaración de competencia de intereses

Los autores declaran los siguientes intereses financieros/relaciones personales que pueden considerarse como posibles intereses en competencia: APM es asesor científico sobre enfoques relacionados con los riñones para enfermedades humanas para Novartis, eGenesis, Aviva y Trestle Biotherapeutics.

Expresiones de gratitud

Pedimos disculpas a todos los investigadores cuyo trabajo no pudo ser discutido debido a limitaciones de espacio. Agradecemos al Dr. Pietro E.Cippà por la lectura crítica del manuscrito. LMS Gerhardt recibió el apoyo de la German Research Foundation (DFG), Alemania, con una beca posdoctoral (GE 3179/1-1). El trabajo en el laboratorio de AP McMahon cuenta con el apoyo de subvenciones del NIDDK, Estados Unidos (DK126024,54364,126925) y la Iniciativa ChanZuckerberg, Estados Unidos (CZIF2019-002430).

Referencias

Los artículos de particular interés, publicados dentro del período de revisión, se han destacado como:

1. Chertow GM, Burdick E, Honor M, Bonventre JV, Bates DW:Lesión renal aguda, mortalidad, duración de la estancia y costes en pacientes hospitalizados. JASN (J Am Soc Nephrol) 2005, 16:3365-3370.

2. Mehta RL, Cerda J, Burdmann EA, Tonelli M, Garcia-Garcia G, Jha V, Susantitaphong P, Rocco M, Vanholder R, Sever MS, et al: International Society of Nephrology's 0iniciativa by25 paraLesión renal aguda(cero muertes prevenibles para 2025): un caso de derechos humanos para nefrología. Lancet 2015, 385:2616-2643.

3. Hsu RK, Hsu CY: El papel deLesión renal agudaen la enfermedad renal crónica 3. H. Semin Nephrol 2016, 36:283-292.

4. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL:Lesión renal aguday la enfermedad renal crónica como síndromes interconectados. N Engl J Med 2014,371:58-66.

5. Legrand M, Bell S, Fomi L, Joannidis M, Koyner JL, Liu K, 5, 1; Cantaluppi V: Fisiopatología de la COVID-19-asociadaLesión renal aguda. Nat Rev Nephrol 2021.https://doi.org/10.1038/s41581-021-00452-0. Esta revisión proporciona una descripción detallada de la literatura actual relacionada con COVID-19-asociadaLesión renal aguda.

6. Zuk A, Bonventre JV: Avances recientes enLesión renal aguda6.2 y sus consecuencias e impacto en la enfermedad renal crónica. F Curr Opin Nephrol Hypertens 2019,28:397-405. Esta excelente revisión resume los mecanismos fisiopatológicos subyacentes a la transición de la lesión renal aguda a la crónica y destaca el papel de la disfunción mitocondrial, la inflamación, la senescencia y la muerte celular en este proceso.

7. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg Gresham J, Balkrishnan R, Bhave N, Dietrich X, Ding Z, Eggers PW, et al: Sistema de datos renales de EE. UU. Informe anual de datos de 2018: epidemiología de la enfermedad renal en los Estados Unidos. AmJ Kidney Dis 2019,73:A7-A8.US Renal Data System 2018 Informe anual de datos disponible en: https://www.usrds.org/media/2282/2018_volume{{9} }ckd_en_los_us.pdf. (Consultado el 11 de abril de 2021).

8. Ferenbach DA, Bonventre JV: Mecanismos de mala adaptación 8. reparación después de AKI (Lesión renal aguda) que conduce al envejecimiento acelerado de los riñones y la ERC. Nat Rev Nephrol 2015,11:264-276.

9. Kusaba T, Lalli M, Karmann R, Kobayashi A, Humphreys BD:9. Las células epiteliales renales diferenciadas reparan los túbulos proximales lesionados. Proc Natl Acad Sci US A 2014,111:1527-1532. 10. Kumar S, Liu J, Pang P, Krautzberger AM, Reginensi A,

10. Akiyama H, Schedl A, Humphreys BD, McMahon AP: La activación de Sox9 destaca una vía celular de reparación renal en el riñón de mamífero con lesión aguda. Cell Rep 2015,12:1325-1338.

11. Kang HM, Huang S, Reidy K, Han SH, Ching F, SusztakK: las células progenitoras positivas para Sox9 desempeñan un papel clave en la regeneración epitelial del túbulo renal en ratones. Representante celular 2016,14:861-871.

12. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV: La detención del ciclo celular epitelial en G2/M media la fibrosis renal después de una lesión. Nat Med 2010, 16:535-543.

13. Xu K, Rosenstiel P, Paragas N, Hinze C, Gao X, Shen TH, Werth M, Forster C, Deng R, Bruck, et al: Los programas transcripcionales únicos identifican subtipos de LRA (Lesión renal aguda).JASN (J Am Soc Nephrol) 2017,28:1729-1740.

14. Mar D, Gharib SA, Zager RA, Johnson A, Denisenko O, Bomsztyk K: Heterogeneidad de los cambios epigenéticos en la isquemia/reperfusión inducida por endotoxinasLesión renal agudagenes Riñón Int 2015, 88:734-744.

15. Stafford-Smith M, Li YJ, Mathew JP, Li YW, Ji Y, Phillips-Bute B, Milano CA, Newman MF, Kraus WE, Kertai MD, et al.: estudio de asociación de todo el genoma deLesión renal agudadespués de la cirugía de injerto de derivación coronaria identifica loci de susceptibilidad. Riñón Int 2015,88:823-832.

16. Zhao B, Lu Q, Cheng Y, BelcherJM, Siew ED, Leaf DE, Body SC, Fox AA, Waikar SS, Collard CD, et al.: Un estudio de asociación de todo el genoma para identificar polimorfismos de un solo nucleótido paraLesión renal aguda.Am J Respir Crit Care Med 2017, 195:482-490.

17. Kayagaki N, Lee BL, Stowe IB, Kornfeld OS, O'Rourke K, Mirrashidi KM, Haley B, Watanabe C, Roose-Girma M, Modrusan Z, et al: IRF2 induce transcripcionalmente la expresión de GSDMD para piroptosis. Señal científica 2019, 12.

18. Matsuyama T, Kimura T, Kitagawa M, Pfeffer K, Kawakami T, Watanabe N, Kündig TM, Amakawa R, Nishihara K, Wakeham A: La interrupción dirigida de IRF-1 o IRF-2 da como resultado inducción anormal del gen IIFN de tipo y desarrollo aberrante de linfocitos. Celda 1993, 75:83-97.

19. Papaioannou VE: La familia de genes T-box: funciones emergentes en el desarrollo, las células madre y el cáncer. Desarrollo 2014.141:3819-3833.

20. Renken IJE, Vilander LM, Kaunisto MA, Vaara ST, Snieder H, Keus F van der Horst ICC, Pettilä V∶No hay asociación entre loci genéticos cerca de IRF2 y TBX1 yLesión renal agudaen los enfermos críticos. AmJ Respir Crit Care Med 2019,201:109-111.