Métodos para generar y evaluar modelos de pez cebra de enfermedades renales humanas, parte 2

Apr 24, 2023

Análisis histológico

Es posible que los mutantes no siempre muestren cambios morfológicos suficientemente informativos. Puede ser necesario el análisis histológico de estos embriones u órganos de los adultos para determinar la diferencia entre los animales mutantes y los de tipo salvaje. Los métodos de análisis histológico para larvas y peces cebra adultos están bien establecidos y se pueden realizar con un alto rendimiento (Sabaliauskas et al., 2006). Los embriones de pez cebra o el tejido adulto se pueden incrustar en parafina o resina JB-4 seguido de un microtomo para estudiar la arquitectura del tejido (Sullivan-Brown et al., 2011; Copper et al., 2018). El crio-sección también se puede realizar con embriones de pez cebra (Ferguson y Shive, 2019). Estas secciones de tejido se utilizan luego para tinción de inmunofluorescencia, estudios inmunohistoquímicos o tinción H&E. La tinción con H&E de secciones de riñón adulto mostró que el lado apical del túbulo proximal estaba teñido de rosa oscuro y tenía una luz amplia, mientras que el túbulo distal tenía una tinción rosa claro con una luz estrecha, lo que marca claramente el patrón de tinción diferencial entre los segmentos ( McCampbell et al., 2015). La técnica de tinción con ácido peryódico de Schiff (PAS) que detecta polisacáridos en los tejidos tiene afinidad por el epitelio del borde en cepillo del túbulo proximal (McCampbell et al., 2015; McKee y Wingert, 2015). La plata metenamina tiñe las membranas basales y puede usarse para la tinción de la membrana basal de los túbulos nefríticos y los glomérulos (McCampbell et al., 2015). Un modelo AKI de pez cebra por agresión con gentamicina mostró aplanamiento del epitelio, pérdida del borde en cepillo apical, distensión tubular y acumulación de desechos en la luz, lo que destaca la utilidad de la histología en el análisis de modelos de enfermedad de pez cebra (Cianciolo Cosentino et al., 2013) .

En los últimos años, la investigación sobre el uso de células madre y un remedio herbal chino para el tratamiento de enfermedades renales ha ganado gran atención. El mecanismo principal de las dos terapias es promover la reparación de los tejidos renales lesionados y proteger elfunciones renales restantes.

El remedio herbario chino, cistanche, se ha utilizado en la medicina tradicional china para tratar diversasenfermedades renales cronicasdesde la antigüedad. Se informa que la cistanche tiene el potencial de reducir la inflamación,reducir la fibrosis renal, y promover la síntesis de componentes de la matriz extracelular. Se ha revelado que estos efectos se deben a sus componentes bioactivos, que incluyen muchas sustancias fenólicas, triterpenoides y cumarinas.

Por otro lado, la tecnología de células madre ha supuesto una revolución en la práctica médica. La investigación ha demostrado que las células madre pueden diferenciarse en varios tipos de células renales y realizar actividades terapéuticas, incluida la protección de los tejidos renales funcionales restantes, la ralentización de la fibrosis tisular y la reparación de tejidos dañados.tejidos renales.

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En última instancia, la combinación de la medicina tradicional china con la ciencia moderna podría ser la clave para tratar diversasenfermedades renales. Esta estrategia ha sido aceptada gradualmente por la comunidad médica y los estudios ya han demostrado que la terapia combinada decistanchey el tratamiento con células madre puede reducir considerablemente la tasa de mortalidad de las enfermedades renales.

En conclusión, el uso decistanchey el tratamiento con células madre en el tratamiento de enfermedades renales muestra un gran potencial y requiere más investigación. La terapia combinada de los dos tratamientos podría proporcionar una mejor opción de tratamiento para quienes enfrentan enfermedades renales.

Identificación de defectos de segmentación de pronefros

El pronefros está modelado en diferentes segmentos que realizan distintas funciones. El mecanismo detrás de esta segmentación no se comprende claramente, aunque se han identificado muchos factores de transcripción como reguladores de la segmentación. Las diferencias en el patrón segmentario pueden identificarse fácilmente mediante análisis WISH con ribosondas que marcan específicamente diferentes segmentos del pronefros. La posición exacta de los segmentos de pronefros se puede marcar implementando una doble hibridación in situ de marcadores específicos de segmento y una ribosonda antisentido que marca el somita (como smyhc1 y xirp2a). Los marcadores específicos de segmento más comunes son slc20a1a para PCT, trpm7 para PST, slc12a1 para DE, stc1 para CS y slc12a3 para DL (Fig. 2). Las mutaciones en HNF1b humano están relacionadas con anomalías renales como displasia renal, riñón glomeruloquístico, oligomeganefronia y riñón funcional solitario (Lindner, 1999; Bingham et al., 2002; Bohn et al., 2003). Naylor et al., (2013) analizaron la segmentación de pronefros por WISH en embriones de pez cebra knock-out hnf1b utilizando genes marcadores específicos de segmento y encontraron que los marcadores de túbulos proximales y distales estaban ausentes en los mutantes. Usando experimentos similares, se encontró que el factor de transcripción vaciar el gen homeobox de espiráculos 1 (emx1) promueve el destino final distal e inhibe el destino temprano distal durante la nefrogénesis (Morales et al., 2018). Wingert et al., (2007) llevaron a cabo un análisis WISH de embriones tratados con AR y DEAB y encontraron que el tratamiento con DEAB resultó en una pérdida de los segmentos proximales y una expansión de los segmentos distales, mientras que el tratamiento con AR exógena revirtió este fenotipo. También establecieron un vínculo entre el factor de transcripción caudal (cdx) y la AR en la regulación de la posición y segmentación de las nefronas (Wingert et al., 2007). Hemos demostrado que la caída del dominio EF-hand que contiene 2 (efhc2) da como resultado la expansión de los segmentos tempranos distales y la reducción del CS y los segmentos tardíos distales. La expresión de odf3, que marca las células multiciliadas de los túbulos pronéfricos, también se redujo en los morfantes efhc2 (Barrodia et al., 2018).

Tinción e imágenes de cilios pronéfricos

Los cilios son orgánulos basados ​​en microtúbulos que son móviles o inmóviles. Los trastornos humanos causados ​​por defectos en la estructura y función de los cilios se denominan ciliopatías. Los defectos en los cilios presentes en los pronefros del pez cebra a menudo conducen a la flexión del cuerpo, la formación de quistes y la dilatación de los túbulos (Sullivan-Brown et al., 2008). Las células multiciliadas presentes en los pronefros de pez cebra se pueden visualizar mediante WISH o hibridación in situ con fluorescencia (FISH) utilizando ribosondas antisentido odf3b o rfx2 (Liu et al., 2007; Barrodia et al., 2018). Los cilios en embriones de pez cebra se pueden teñir usando tubulina a-acetilada y g-tubulina para marcar los cuerpos basales (Jaffe et al., 2010; Zaghloul y Katsanis 2011). El movimiento de los cilios móviles se puede registrar usando un microscopio con una cámara de alta velocidad empleando pez cebra transgénico como Tg (Foxj1a: GFP) (Tavares et al., 2017). Se desarrolló una técnica combinada de FISH y ensayo de inmunofluorescencia para marcar células multiciliadas, cilios y cuerpos basales (Marra et al., 2017). Se examinaron en detalle diferentes mutantes de pez cebra con defectos en los cilios, como Locke, swt y curly, y se descubrió que mostraban una variedad de defectos en el movimiento de los cilios (Sullivan-Brown et al., 2008). El movimiento ciliar se redujo en Locke mutante y los cilios estaban inmóviles en swt, mientras que los movimientos de los cilios en rizado variaron desde inmóviles hasta cambios irregulares. La inmunotinción con tubulina α-acetilada mostró que la longitud de los cilios era normal en swt y curly, mientras que locke mostraba cilios más cortos (Sullivan-Brown et al., 2008). Los métodos descritos aquí se han utilizado ampliamente para identificar defectos de cilios en enfermedades renales que involucran cilios.

Evaluación de la función del glomérulo

La función principal del riñón es filtrar la sangre y eliminar los desechos y el exceso de líquidos del cuerpo mientras previene la pérdida de macromoléculas en la orina. El glomérulo puede filtrar moléculas de 5 kDa pero no permite la excreción de moléculas más grandes como la albúmina sérica (Chang et al., 1976). Los métodos de diagnóstico comúnmente utilizados para evaluar la disfunción renal en humanos no se pueden aplicar al pez cebra debido a su pequeño tamaño. Sin embargo, se pueden inyectar en el pez cebra tintes fluorescentes de diferentes pesos moleculares que imitan las moléculas que se encuentran comúnmente en el riñón humano, y la evaluación de su eliminación o retención se puede usar como sustituto para determinar la función renal (Christou-Savina et al., 2015). ). Se ha demostrado que la inyección de dextrano fluorescente de 10 kDa en la cavidad pericárdica de embriones de pez cebra da como resultado una pérdida de alrededor del 85 por ciento del tinte a través de la secreción del riñón dentro de las 24 horas posteriores a la inyección (HPI) (Christou-Savina et al. , 2015). Los tintes de mayor peso molecular, como 70 kDa o más, necesitan inyección en la vasculatura y se retienen dentro de los embriones de tipo salvaje. Sin embargo, se pudo detectar dextrano de 70 kDa en la pared del túbulo proximal cuando se inyecta en la vasculatura del pez cebra mutante de cistinosis (ctn), lo que indica que la integridad de las ranuras del filtro del glomérulo está comprometida en las larvas cents-/- (Elmonem et al., 2017) . Kramer-Zucker et al., (2005) inyectaron FITC-dextrano de 500 kDa en la vena cardinal de 84 hpf de tipo salvaje y embriones de pez cebra morfante con nefrina y podocina, y detectaron el tinte en los pronefros, lo que indica una disfunción de las nefronas en estos morfantes.

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Evaluación de la reabsorción de metabolitos

El receptor endocítico transmembrana megalin/LRP2, su adaptador desactivado2 (dab2) y el correceptor Dublin desempeñan una función central en la eliminación de metabolitos del filtrado glomerular mediada por endocitosis (Anzenberger, 2006). La inyección de dextrano marcado con fluorescencia de 70 kDa o proteína asociada al receptor (RAP) conjugada con fluorescencia, una proteína que se asocia físicamente con megalin/LRP2 en el torrente sanguíneo de embriones de pez cebra, conduce a la absorción de estas moléculas para su reabsorción. Esto sirve como un método conveniente para evaluar la función de reabsorción de metabolitos del riñón. De acuerdo con su papel central en la reabsorción de metabolitos, la desactivación de megalin/LRP2 o dab2 conduce a una falla completa de la captación endocítica mediada por receptores de marcadores en morfantes (Anzenberger, 2006).

Evaluación de la dilatación del túbulo

El túbulo pronéfrico está revestido por una sola capa de células epiteliales polarizadas. La morfología del túbulo pronéfrico y su forma de convertirse en distintos segmentos está controlada por la proliferación de células epiteliales diferenciadas cerca del extremo distal y su migración hacia el glomérulo. Estos eventos, a su vez, están regidos por el fluido que fluye en el pronefros, lo que proporciona una correlación entre la morfología y la función de los órganos (Vasilyev et al., 2009). Las celdas en el extremo proximal son contorneadas y más columnares, mientras que las celdas en el extremo distal son cúbicas (Vasilyev et al., 2009). Una disminución en la tasa de filtración glomerular, la obstrucción en el túbulo o los defectos en el desarrollo y la motilidad de los cilios inhiben esta migración celular colectiva de la dirección posterior a la anterior. Sin embargo, las células en el extremo distal continúan proliferando, provocando la dilatación de los túbulos pronéfricos (Naylor y Davidson, 2017). La dilatación de los túbulos se puede evaluar mediante la observación directa de embriones completos bajo un microscopio o mediante un análisis histológico. La óptica DIC se puede utilizar para obtener imágenes y calcular el diámetro del túbulo pronéfrico de los embriones de pez cebra. Sullivan-Brown et al., (2008) compararon la dilatación del túbulo en mutantes de tipo salvaje y curly que tenían defectos en los cilios y encontraron que en el tipo salvaje el túbulo medial tenía un diámetro mayor en comparación con el túbulo posterior y que el diámetro de los túbulos mediales disminuyeron con el tiempo. En mutantes rizados, el diámetro de los túbulos medial y posterior fue similar al tipo salvaje a 26-30 hpf, pero se observó un aumento constante en el diámetro del túbulo medial en estos mutantes a partir de las 48 hpf. Se observó además que el número de células que rodean el túbulo medial también aumentó en los embriones mutantes (Sullivan-Brown et al., 2008). Las mutaciones en el gen humano MNX1 (motor neuron and pancreas homeobox 1) causan el síndrome de Currarino, una rara enfermedad congénita caracterizada por agenesia sacra y anomalías urogenitales y renales como riñón en herradura, riñón único, hidronefrosis y estenosis anorrectal (Currarino et al., 1981; Lee et al., 2018; Dworschak et al., 2021). Ott et al., (2016) generaron morfantes mnx2b en un fondo Tg(-8cldnb.1:lynEGFP)zf106 para obtener imágenes de células epiteliales en pronefros en desarrollo y descubrieron que los morfantes mostraban diámetros de túbulos proximales agrandados en comparación con los salvajes. -escriba controles en 4 pdf. Un análisis posterior reveló que estos morfantes tenían funciones renales alteradas, cilios pronéfricos desorganizados y microvellosidades apicales deformadas (Ott et al., 2016). Tal análisis utilizando el pez cebra sin duda nos ayudaría a comprender el mecanismo subyacente de las enfermedades humanas.

Evaluación de la polaridad de las células epiteliales

La polaridad de las células epiteliales del túbulo pronéfrico se mantiene mediante complejos proteicos que segregan la membrana celular en dominios apicales y basolaterales y organizan los subdominios de la membrana para funciones específicas como secreción, filtración, absorción y estimulación sensorial (Pieczynski y Margolis, 2011). La dislocación de varios receptores, transportadores y canales se ha identificado en muchas enfermedades como Na más K más -ATPasa, Na más K más cotransportador 2Cl− y EGFR en PKD y H más -ATPasa en la enfermedad de Dent (Wilson, 2011) . La polaridad de las células epiteliales se puede comprobar mediante la tinción de inmunofluorescencia de embriones completos utilizando un anticuerpo contra Na más /K más -ATPasa, marcador de unión estrecha ZO-1 o fosfatasa alcalina (AP) para identificar los defectos en la polarización de epitelio tubular en mutantes en comparación con embriones de tipo salvaje. Na plus /K plus -ATPasa es una de las proteínas más abundantes en las células epiteliales tubulares que mantiene la homeostasis del sodio-potasio y regula las funciones de otros transportadores presentes en las células epiteliales (Fernández y Malnic, 1998). Se localiza en la membrana plasmática basolateral y es importante para la polarización de las células epiteliales y la formación y mantenimiento de uniones estrechas (Rajasekaran et al., 2001). ZO-1 y AP se utilizan para marcar las superficies apicales de las células epiteliales pronéfricas. Drummond et al., (1998) analizaron un grupo de mutantes que tenían un defecto de leve a severo en pronephros. Comprobaron la polaridad de las células epiteliales en embriones de 2,5 pdf mediante tinción de inmunofluorescencia con anticuerpo monoclonal anti-Na más /K más -ATPasa alfa subunidad (a6F) seguido de corte de tejido. Este análisis mostró que la localización de Na plus /K plus -ATPasa estaba alterada en la mayoría de las líneas mutantes en comparación con su expresión basolateral normal. En los mutantes double bubble (bb) y fleer (flr), la Na plus / K plus -ATPasa se expresó en la superficie apical mientras que la superficie basolateral mostró una tinción reducida. Otros mutantes tenían más tinción lateral, con superficies apicales y basolaterales sin teñir (Drumond et al., 1998).

Detección de cálculos renales

Los cálculos renales son cristales de sales depositados, entre los cuales los de calcio son los más comunes (Evan, 2010). Estos están compuestos por oxalato de calcio (CaOx) y fosfato de calcio (CaP) en diferentes proporciones. Se pueden esperar cálculos de calcio en mutantes de pez cebra que tengan alterada la homeostasis del calcio. Los tintes vitales como el rojo de alizarina (fluorescente rojo) y la calceína (fluorescente verde) se pueden usar para detectar tejidos que contienen calcio y cálculos renales en larvas de pez cebra. Elizondo et al., (2010) demostraron que el 57 - 97 por ciento de los embriones mutantes homocigóticos trpm7 desarrollaron cálculos renales a los 5 dpf, mientras que solo el 0-1,4 por ciento de los hermanos de tipo salvaje desarrollaron dichos cálculos. Las imágenes de embriones mutantes homocigóticos trpm7 teñidos con rojo de alizarina en diferentes momentos mostraron que los embriones 2-4 dpf no tenían cálculos, y los cálculos se observaron a los 5 dpf en la luz y no en el epitelio del túbulo pronéfrico (Elizondo et al. ., 2010).

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Conclusiones y perspectivas

La incidencia de enfermedades renales está aumentando a un ritmo alarmante en todo el mundo. Existe una necesidad urgente de identificar las causas de estas enfermedades y desarrollar nuevos métodos para su diagnóstico y curación. El riñón metanéfrico de los mamíferos es complejo, lo que dificulta la comprensión de la patología de la enfermedad renal. El pronefros en las larvas de pez cebra es funcional y tiene solo dos nefronas a cada lado de la notocorda con un glomérulo compartido en el extremo anterior y una cloaca en el extremo posterior. En esta revisión, hemos discutido varios métodos que pueden usarse para generar modelos de pez cebra de enfermedades renales humanas y cómo analizar el fenotipo de estos modelos de enfermedades a nivel morfológico, celular y molecular. La minuciosa investigación realizada por muchos grupos ha establecido estos métodos de generación y análisis de modelos de enfermedades a lo largo de los años. Estos esfuerzos ahora han establecido que los embriones y adultos de pez cebra pueden usarse como modelos de enfermedad renal humana que pueden recapitular fielmente varios aspectos de la disfunción renal observada en humanos. Estos esfuerzos también han generado muchas herramientas y recursos útiles, incluidas líneas mutantes y transgénicas. Esto ofrece la oportunidad no solo de comprender los mecanismos de la enfermedad renal utilizando el pez cebra, sino también de usarlos para descubrir nuevos medicamentos para tratar las enfermedades renales. La diabetes es uno de los principales contribuyentes a las complicaciones relacionadas con los riñones en los seres humanos. El pez cebra ofrece una oportunidad en la que también se puede estudiar la disfunción renal relacionada con la diabetes (Jör gens et al., 2012). Por lo tanto, el pez cebra tiene una excelente base como modelo de enfermedad y ofrece un enorme potencial para encontrar soluciones novedosas a las enfermedades humanas.

Expresiones de gratitud

Agradecemos a Tarique Anwar y Supriya Borah por sus discusiones y comentarios. SF es beneficiario de DBT (DBT/2015/ILS/361) y UR es beneficiario de la beca DST-Inspire. La investigación en el laboratorio RKS cuenta con el apoyo de SERB-EMR (EMR/2016/003780) y fondos internos del ILS, que es un instituto autónomo de DBT, el Gobierno de la India.

Contribución del autor

SF concibió y escribió el primer manuscrito. ONU y RKS discutieron y modificaron el manuscrito.

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