文摘

在开发期间,肾元祖细胞(NPC)诱导分化的WNT9b信号输尿管的萌芽状态。虽然nephrogenesis以围产期,急性肾损伤(AKI)抒发重新受损肾元。有趣的是,胚胎人大到成年小鼠注射了AKI纳入再生小管。因为WNT /β为初级nephrogenesis连环蛋白信号是至关重要的,我们认为它可能还需要集成的内源性修复机制和外生人大。当我们检查glycerol-induced阿基在成年老鼠轴承β连环蛋白/ TCF记者转基因,内生管状细胞reexpressed全国人大标志,CD24,普遍β连环蛋白/ TCF信号。我们孤立的CD24 +小鼠的肾脏细胞E15规范WNT信号记者。40%的细胞对WNT3a作出回应在体外glycerol-injured注入成年,细胞表现出β连环蛋白/ TCF记者活动当集成到受损的小管。当胚胎CD24 +细胞治疗β连环蛋白/ TCF通路抑制剂(IWR-1)注入到老鼠glycerol-injured之前,管状细胞整合大幅减少。因此,内生规范β连环蛋白/ TCF通路激活在恢复从阿基集成所需的外生胚胎肾祖细胞受损的小管。这些事件似乎概括驱动主nephrogenesis WNT-dependent归纳的过程。

1。介绍

在哺乳动物早期胚胎发生,未提交的间充质干细胞,将形成后肾的肾表达下调的基因标记pluripotentiality(例如,Oct4,Nanog),开始表达转录因子,OSR1,指定的肾在中间中胚层祖细胞(RPC) (1]。Fate-mapping胚胎小鼠的研究表明,通过E9, RPC引起肾导管及其导数输尿管的味蕾(1];WT1表达,其他人都致力于一个肾元祖细胞(NPC)表型,并准备归纳WNT信号响应能力。后胚胎天E11.5 WNT9b信号形成树枝状输尿管的芽(乌兰巴托)开始诱导人大集群每个乌兰巴托分支提示的提示,表现强劲β连环蛋白/ TCF通路信号活动(2,3),然后分化为上皮细胞的新兴肾元。WNT9b WNT信号通路的激活规范是必不可少的RPC的感应;异位WNT9b可以用实验代替乌兰巴托信号(3]。在s型体阶段,规范化β连环蛋白/ TCF信号活动持续通过自分泌表达的WNT4分化细胞(3),但途径活性表达下调是肾元进行终端分化和肾脏发育结束(2]。

Sagrinati等人使用干细胞表面标记CD24跟踪RPC的命运成年人类和小鼠肾脏(4]。他们发现光盘24 +细胞在肾原性的间质和输尿管的花蕾,并联fate-mapping Mugford的研究显示,一个常见的早期祖池Osr1(+)细胞产生两种血统(1]。在人类胚胎肾、CD24 +细胞获得CD133细胞表面时致力于全国人大表型。CD24 / CD133的表达在肾发生的早期肾细胞囊泡和s形的身体5]。这两个表面抗原标志35 - 50%的所有细胞在人类胎儿肾脏8-9-week妊娠但只有10 - 20%的肾细胞(12 - 17周6]。有趣的是,Lazzeri等人孤立的CD24 +/ CD133 +从人类胚胎肾细胞,注入成SCID小鼠的峰值glycerol-induced急性肾损伤;这个改善肾功能和改善肾组织学与控制(Lazzeri)。值得注意的是,2周后,标记外源性人大构成了大约15%的近端小管细胞和仍在继续扩散管墙内(6]。

外生胚胎RPC的机制集成到成人肾小管受损是未知的。然而,我们认为这个过程可能概括事件在肾脏发展,也可能与内源性管修复机制在成人肾脏。如果是这样,必须招募规范化WNT /再生事件β连环蛋白/ TCF信号通路对初级nephrogenesis是至关重要的。为了验证这个假设,我们在成年小鼠诱导glycerol-mediated近端肾小管损伤,然后检查β连环蛋白/ TCF信号在注入外生内源性细胞和胚胎肾元祖细胞在他们融入受损的小管。

2。结果

2.1。内源性肾细胞激活规范的一个子集β连环蛋白/ TCF信号后Glycerol-Induced管损伤

在复苏glycerol-induced损伤,损坏近端小管由增殖细胞内源性添满。确定这是否内源性修复过程进行规范化WNT信号通路,我们感应近端肾小管损伤与甘油(8 50%μL / g i.m.)在成年老鼠轴承β连环蛋白/ TCF-lacZ记者转基因和野生型CD1小鼠(2]。没有β牛乳糖被认为在受伤(图信号1(一))或glycerol-treated(图1 (b))野生型小鼠肾脏或受伤β连环蛋白/ TCF-lacZ记者老鼠(图1 (c)三天后)。相比之下,我们注意到一个强大的记者glycerol-injured区域内信号在管状细胞之间的肾皮质β连环蛋白/ TCF-lacZ记者老鼠(数据1 (d)- - - - - -1 (f))。最强大的近端小管细胞β牛乳糖信号还显示coexpression肾的祖细胞标记,CD24(数字2(一个)- - - - - -2 (d))。

2.2。CD24 +从胚胎肾肾祖细胞表现出规范β连环蛋白/ TCF WNT3a信号的反应在体外

E15在胚胎天,CD24表达的表面抗原主要是公认的RPC的肾原性的区域(图3(一个))。完善这些CD的分布24 +从小鼠肾脏细胞,我们检查了E18轴承Hoxb7gfp转基因马克输尿管的芽(数字3 (b)- - - - - -3 (e))。CD24 +周围间质细胞的帽输尿管的芽技巧(数字3 (b)3 (c)),在comma-shaped(图3 (d)(图)和s形尸体3 (e)新兴肾元)。一些光盘24 +细胞也看到散落在Hoxb7绿色荧光蛋白(+)输尿管的芽主干(图3 (f))。

CD的响应性的特点24 +细胞规范WNT信号,我们从胚胎天E15切除肾脏Hoxb7gfp小鼠和孤立的CD24 +细胞通过fluorescence-activated细胞排序(流式细胞仪,蓝色峰值)(图4(一))。大约14%的CD24 +细胞也表达了GFP(数字4 (b)4 (c))。的光盘24 +在单层培养细胞,我们山肩48小时,rt - pcr检测各种发育基因的表达。我们确认记录的多个标记后肾间质(Wt1,Osr1,Gdnf),盖间质(Six2,Cited1)和s形的身体(Wnt4 Pax8)。我们还发现了与乌兰巴托树干相关基因的表达(Wnt7b),但不是乌兰巴托提示(例如,Wnt9b,受潮湿腐烂,Wnt11)。

检查WNT信号通路的激活规范,我们孤立的CD24 +肾脏细胞的流式细胞仪汇集E15的老鼠的后代β连环蛋白/ TCF记者转基因。在单层培养24 - 48小时后,一些记者转基因的细胞表现出基线活动(图5(一个))。然而,当CD24 +细胞单层cocultured插入包含L-cells表达WNT3a或隔绝E15 GFP(+)细胞Hoxb7gfp小鼠,大约40%的细胞显示规范β连环蛋白/ TCF(数字信号活动5 (b)5 (c))。

2.3。注入乳糜泻24 +从E15鼠肾细胞整合到成年小鼠的肾小管受损Glycerol-Induced近端肾小管损伤

确认胚胎CD24 +细胞可以作为RPC和集成到严重损坏肾小管的成年老鼠,我们第一次孤立的CD24 +细胞流式细胞仪从胚胎天E15野生型小鼠的肾脏,用PKH26染色红色荧光染料。然后我们诱导近端肾小管损伤的肌内注射50%甘油(8μL / g体重)在正常的6个月大的老鼠6]。控制或glycerol-injured老鼠的两倍(通过尾静脉)注射了050万CD24 +PKH26红点的胚胎肾细胞(或细胞上清液作为控制)甘油注射后三、四天。肾脏被immunofluorescent显微镜检查后一个额外的3天。在受伤的老鼠,近端小管显示正常染色Lotus tetragonolobus凝集素(LTA)和没有吸收外源CD24 +PKH26红点的细胞在肾脏(图6(一))。glycerol-injured老鼠没有注入的细胞,我们注意到广泛的管状扩张,零碎压扁,或近端小管上皮细胞的坏死(图6 (b))。没有出现非特异性吸收染料glycerol-injured老鼠充满PKH26-stained CD的上层清液24 +细胞(图6 (c))。然而,有广泛的集成外生胚胎的CD24 +PKH26红点的细胞进入glycerol-injured小鼠的肾小管(图6 (d))。在高功率,红点的外源CD24 +细胞被集成到近端管墙和表现出极化上皮表型(数字6 (e)6 (f))。LTA表达式是在外生PKH26红点的CD24 +相邻的内生近端小管细胞和细胞(图6 (h))。

2.4。CD24 +从胚胎细胞β连环蛋白/ TCF老鼠WNT /激活规范β连环蛋白信号通路Glycerol-Injured注入老鼠

确定外源CD24 +细胞激活规范WNT信号通路在集成到受损的小管,我们孤立的CD24 +从E15胚胎细胞β连环蛋白/ TCF记者老鼠和成成年野生型老鼠注射了glycerol-induced近端肾小管损伤。没有外生记者信号出现在肾脏受伤的老鼠(图7(一)),但健壮的规范化WNT信号在外源性细胞活动明显融入许多(但不是全部)受伤的肾小管(数字7 (b)- - - - - -7 (f))。在某些部分,信号中一览无遗S1段近端小管的连接与肾肾小球(数字7 (b)- - - - - -7 (d))。偶尔,WNT信号活动在外源性细胞衬里的尿极肾小球囊(图7 (f))。外源CD24 +细胞表达β连环蛋白/ TCF记者还显示强大的细胞增殖标记染色,PCNA(数字7 (g)7 (h))。

2.5。WNT4外源CD被激活24 +在肾细胞再生

最初nephrogenesis期间,规范WNT信号通路激活在肾祖细胞从乌兰巴托WNT9b释放;WNT信号然后在RPC持续内生WNT4表达细胞接受mesenchyme-to-epithelial过渡,形成s形的身体(7,8]。我们推断,β连环蛋白/ TCF-lacZ记者活动后急性glycerol-induced管损伤可能是由于reexpression自分泌或旁分泌WNT信号。见表1实际上wnt 4, E15胚胎小鼠肾脏表达7 b, 9 b, 11所示。其中,Wnt4信使rna检测到CD24 +细胞和glycerol-injured成人肾脏,肾脏而不是受伤。Wnt9b不是表达CD24 +细胞,但被/ RT PCR检测控制和glycerol-injured成年老鼠。Wnt11指出mRNA的CD24 +从胚胎肾细胞分离出来而不是控制或glycerol-injured成人肾脏。Wnt7记录被发现在所有样本。

2.6。激活规范WNT /β连环蛋白通路需要集成的CD24 +细胞受损的近端小管

抑制WNT /β连环蛋白通路,我们孤立的CD24 +细胞E15β连环蛋白/ TCF记者老鼠和暴露他们IWR-1 tankyrase蛋白质破坏导数轴蛋白的抑制剂复杂(9]。此前,调查人员已经证明IWR-1 (100μ米)块规范WNT信号在E11.5胚胎肾移植组织(10]。24小时后暴露于100年μM IWR-1 WNT3a-stimulatedβ连环蛋白/ TCF记者活动减少到33%的控制(图8(一个))。确认IWR-1抑制期间坚持在外源性细胞整合到受损的小管,我们暴露了CD24 +细胞轴承β连环蛋白/ 100 TCF记者μM IWR-1 12小时,然后转移细胞培养基不同时间的控制。72小时后,WNT3a-stimulatedβ连环蛋白/ TCF记者活动仍是抑制控制(图的43%8 (b))。

检查IWR-1预处理对外源性细胞融入受损的成年小管,我们孤立的CD24 +从野生型老鼠胚胎E15肾细胞,培养他们12小时的存在与否IWR-1 (100μ050万米),然后注入PKH26 red-labeled细胞小鼠三天后glycerol-induced近端肾小管损伤。而控制光盘24 +近端小管细胞广泛融入受损部分,整合IWR-1预处理CD24 +细胞明显减少(图9 (b)未经处理的细胞(图相比)9(一个))。近端小管的比例表现出外源CD24 +细胞融合从34%(未经处理的细胞)下降到11% (IWR-1细胞预处理(图)9 (c))。

3所示。讨论

有超过300个成年人的人体临床试验间充质干细胞在美国国立卫生研究院注册临床试验注册中心(http://clinicaltrials.gov/)。这些研究是基于能力的成人骨髓干细胞注入家网站的急性组织损伤,起到一些有益的作用在组织损伤和修复过程。然而,尽管肾来源于胚胎间质干细胞,成人间充质干细胞缺乏的能力融入内在成人器官的上皮结构。注入骨髓MSC从实验性肾损伤加速经济复苏,但外源性细胞占据一个间隙位置邻近肾小管和很少纳入管式墙11,12]。同样,注入骨髓造血干细胞成卡通基因敲除小鼠与nephropathic胱氨酸病可以逆转病理胱氨酸积累和改善进步的肾脏功能障碍(13]。然而,这些细胞被发现拿起一个小的位置(13),影响相邻突变细胞最近被归因于旁分泌的野生型cystinosin转移通过微泡脱落(14]。

与上述相反,Lazzeri等人注入人类肾胚胎CD24 +/ CD133 +细胞glycerol-injured成人SCID小鼠和证明加速肾功能恢复与广泛的集成的外源性细胞受损的肾小管6]。因此,虽然肾元祖细胞的后肾间质可能失去了一些胚胎干细胞的可塑性展出,他们似乎已经获得特殊的特点,帮助他们融入在初级nephrogenesis肾元。尽管胚胎间质干细胞从骨髓等也会出现,他们没有获得这些特征(或失去)。在我们的研究中,胚胎CD24 +细胞显示WNT3a响应能力在体外和老鼠注入glycerol-induced伤,他们表现出强劲的激活途径在融入管墙。重要的是,IWR-1抑制的β连环蛋白/ TCF通路大幅减少外源性人大融入损坏的小管。综上所述,这些观察结果表明,胚胎人大已经准备启动β连环蛋白/ TCF WNT信号通路在回应一个归纳,这种能力是至关重要的能力再生成人肾小管受损。

我们使用流式细胞仪CD24的表面标记捕获人口从胚胎肾细胞融入肾单位的能力。在E10.5胚胎小鼠(nephrogenesis之前),Cd24信使rna表达的强烈,特别是后肾间质(15]。据其他E15,我们指出CD24蛋白表达在帽周围间质细胞每个输尿管的花蕾,在细胞接受mesenchyme-to-epithelium过渡s形的身体,和在一些细胞的分支输尿管的芽(16,17]。因此,我们E15 CD24 +细胞构成异构uninduced RPC(表达Osr1,Wt1,Six2)和细胞过渡到近端小管的上皮表型(Wnt4Pax8)和收集管道(Wnt7b)。几个E15 CD24 +从胚胎的细胞β连环蛋白/ TCF记者展出的基底活动规范WNT信号通路。然而,显示约40%β连环蛋白/ TCF记者活动以应对WNT3a或cocultured乌兰巴托细胞。几天后注入与glycerol-induced成年小鼠肾损伤,大量的CD24 +在管状细胞被墙,显示LTA极化上皮表型和细胞腔的表达,近端小管细胞分化的标志。因此,池的CD24 +细胞分离E15肾脏包含功能的一个子集人大,应对规范WNT信号,表达基因参与管分化,融入肾元墙,表现出成熟的管状细胞的性质在活的有机体内。在人类中,祖细胞池可以进一步细化coselection CD133抗原,指出在帽间质和s形的身体6),但抗体的小鼠相同器官CD133尚未开发。在老鼠身上,它可能会区分的隔间uninduced自我更新的RPC (Six2 + / Cited1 +)从帽WNT-inducible人大(Six2 +)间质(18]。然而,我们的研究不要试图描述的特定子集人大融入受损的小管,但相反,关注β-catenin-dependent参与集成这些细胞的机制。

主要nephrogenesis期间,人们认为,人大的帽间质开始区分回应WNT9b释放输尿管的芽技巧(3]。然而,在发展为s型体阶段,自主表达WNT4需要维持规范途径活性和完整nephrogenesis [7]。WNT7b表示在输尿管的芽树干和WNT11小费。然而,哺乳动物nephrogenesis结束在围产期和胚胎WNT表达式表达下调在成人肾脏。因此,目前尚不清楚如何规范化WNT /β连环蛋白信号通路被激活外源性或内源性CD24 +细胞可以重新填充受损的肾小管。的四个潜在规范WNT配体表达胚胎肾(实际上WNT 4 7 b 9 b, 11),对所有除了成绩单Wnt9b被/ RT PCR检测胚胎CD24 +细胞。有趣的是,Wnt4信使rna是成人肾脏甘油引起的损伤。虽然我们的研究不涉及任何一个特定的WNT,很明显,这两个胚胎CD24 +细胞和成年肾脏受损表达一些配体,可以解释途径活性。

我们的研究证明β连环蛋白/ TCF记者活动不仅在外生胚胎CD24 +细胞是由肾小管受损,而且通过内源性表达CD24甘油受伤后的管状细胞。这些内源性细胞的起源尚不清楚。汉弗莱斯认为,复苏急性肾小管坏死不能解释为新管式细胞起源于单个干细胞集中在每个肾单位(19]。然而,Angelotti等人已经确定的子集apoptosis-resistant CD24 +/ CD133 +/ CD106 +细胞保留在假定的干细胞龛的尿液极肾小球囊和相关的CD24 +/ CD133 +/ CD106 -细胞分散在近端和远端肾单位20.]。从成人肾脏通过流式细胞仪分离时,这些细胞表达OSR1(21),表现出自我更新在体外,可以诱导表达近端小管的各种标记,亨利循环,和远曲小管4]。这些观察结果支持认为成年哺乳动物肾元保持静止人口的人大,参与再生受损的肾单位。后glycerol-induced管损伤的成年人β连环蛋白/ TCF记者老鼠,我们指出内生β连环蛋白/ TCF信号活动在新月的细胞衬里的尿极肾小球囊和近端小管。虽然这反映了两个子集的细胞被Angelotti et al。20.),正式fate-mapping研究需要确定离散子集的成年人大重新填充受损的成人小管或管状细胞是否能去分化,CD24表达和激活WNT4 /β连环蛋白/ TCF通路时受伤。

总之,我们的观察表明,承诺之间的关键区别肾元祖细胞后肾间质和从成人骨髓间充质干细胞激活的能力β连环蛋白/ TCF途径规范WNT信号的反应。我们建议这个属性可能是必不可少的任何细胞再生疗法的哺乳动物的肾脏受损。

4所示。材料和方法

4.1。隔离和胚胎E15 CD的文化24 +细胞

获得胚胎CD24 +从胚胎天E15野生型细胞,肾切除或转基因小鼠轴承β连环蛋白/记者转基因TCF-responsiveβ-半乳糖(β连环蛋白/ TCF-lacZ) (2]。胚胎小鼠肾脏被剁碎,与1毫克/毫升胶原酶消化B型(罗氏),2.5毫克/毫升Dispase II(罗氏)和30μg / mL DNase我DMEM / F12培养基中10%的边后卫在37°C下45分钟5%的股份有限公司2。细胞悬液过滤是35μm细胞15毫升猎鹰管过滤器,清洗三次冷1 x包含2%的边后卫,PBS和颗粒状在1000转/分钟5分钟(4°C)。被放置在单层培养的细胞(DMEM / F12 + 10%的边后卫在37°C下有限公司2为24 - 48小时)。当时附着E15单层培养分离胰蛋白酶,单细胞悬液是孵化与CD24抗体共轭Alexa萤石647 (Biolegend)在黑暗中。CD24 +细胞被fluorescence-activated孤立的细胞分类(流式细胞仪)向前和侧散射宽度/高度控制,以确保隔离单线态细胞。细胞分类进行MoFlo细胞分选仪(DakoCytomation Carpinteria, CA)。在一些实验中,CD24 +细胞被沾PKH26红色(Sigma-Aldrich)根据制造商的指示和使用前洗了三次冷冻PBS。在其他的实验中,他们被暴露于各种浓度的tankyrase抑制剂IWR-1(恩佐生命科学)。

4.2。β牛乳糖CD的活动24 +细胞在体外

β牛乳糖活动产生的TCF /β加记者转基因决心使用Tropix Galacto-Star化学发光报告基因分析系统(应用生物系统公司)。信号测量GLOMAX 96微型板块光度计(美国Promega圣路易斯奥比斯波,CA)。

4.3。激活规范WNT信号通路在培养的CD24 +细胞

激活规范WNT信号通路在体外、单层文化E15的CD24 +细胞轴承β连环蛋白/ TCF记者受到24小时coculture插入(0.4μ孔隙大小)包含(1)小鼠成纤维细胞L-cells(写明ATCC);(2)L-cells表达WNT3a(写明ATCC);(3)Hoxb7绿色荧光蛋白(+)输尿管的芽细胞隔离来自E15的流式细胞仪Hoxb7gfp影响老鼠。这些老鼠表达Hoxb7gfp转基因只在胚胎肾输尿管的芽血统(22,23]。

4.4。分析β在转基因小鼠牛乳糖活动

整个肾脏或单层文化E15的CD24 +细胞从老鼠轴承β连环蛋白/ TCF-LacZ记者转基因是固定和染色如前所述2]。肾脏在PBS洗和可视化直接或嵌入在石蜡切片,苏木精和伊红复染色,光学显微镜的可视化。

4.5。Glycerol-Induced小鼠急性肾小管损伤

近端肾小管损伤诱发的肌内注射50%甘油(8μL / g体重)(Sigma-Aldrich)正常6个月大的劣质后肢CD1小鼠(美国查尔斯河实验室)麻醉被Lazzeri et al。6]。控制老鼠注射同样体积的磷酸缓冲盐。控制或glycerol-treated老鼠与050万年两次通过尾静脉注入胚胎CD24 +细胞甘油注射后三、四天:组1 ( )收到两个静脉注入胚胎的CD24 +细胞与PKH26红色荧光染料标记;控制在一个平行实验中,小鼠注射上层清液从第三盐水洗PKH26-stained细胞;组2 ( )收到两个静脉输液的CD24 +细胞从E15获得β连环蛋白/ TCF转基因小鼠胚胎(2]。

研究急性肾损伤的影响内源性规范WNT信号通路活动,我们与甘油诱导急性近端小管损伤在六个月大的CD1小鼠( )轴承β连环蛋白/ TCF记者转基因。三天第一次输液(6天)后,小鼠死亡,肾脏是收获进行分析。

所有动物程序遵循的指导方针建立的加拿大委员会批准的动物保健和动物保健委员会从研究所从麦吉尔大学健康中心。

4.6。逆转录酶聚合酶链反应

从细胞总RNA分离使用试剂盒RNeasy Mini-Plus工具包gDNA器列(试剂盒,米西索加、加拿大)。两步扭转transcriptase-PCR执行;第一链cDNA影射了随机五个一TaqMan MultiScribe逆转录酶根据制造商的指示(应用生物系统公司,培育城市,CA)。

4.7。免疫组织化学

石蜡包埋的部分(5μ米)孵化的胚胎或成人肾脏5% H2O2淬火内源性过氧化物酶活动,其次是30分钟孵化与普通马血清。组织部分被孵化与兔多克隆抗体对小鼠PCNA(1: 100)(圣克鲁斯,CA)在4°C过夜然后孵化一个普遍的生物素化的二次抗体(向量实验室,伯林盖姆,CA)。使用ACE(向量实验室)染色了。

4.8。Immunofluorescent染色

染色进行14μ米冷冻的胚胎小鼠肾脏。简而言之,部分在PBS冲洗10分钟,在冰冷的丙酮固定了10分钟。部分被封锁在室温下与马血清1 h,然后用anti-CD24孵化PE共轭抗体(1:200),复染色LTA和DAPI和安装水凝胶(σ)。共焦显微镜进行了蔡司LSM780激光扫描共焦显微镜(卡尔蔡司,耶拿,德国)。

4.9。统计分析

结果表示为均值±南达科他州。实验团体之间的统计学意义是评估学生的未配对 以及。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持的操作赠款(- 119571,拖把- 82904)从加拿大卫生研究院的研究(CIHR),操作格兰特(232129)从基因组魁北克和基础设施支持格兰特的麦吉尔大学医疗中心研究所基础生物在魁北克桑特(FRSQ)。古蒂博士的接受者CIHR詹姆斯麦吉尔研究椅子。