Макрофаги — это иммунные клетки, которые поглощают и переваривают патогены, раковые клетки или клеточный мусор. Почки -; как и другие ткани в организме — ; содержат макрофаги, резидентные в почках, или KRM, с момента рождения. Эти KRM защищают почки от инфекций или травм и помогают поддерживать здоровье тканей за счет фагоцитоза дебриса или отмирающих клеток почек.

В других органах расположение макрофагов влияет на их функции. Теперь Джеймс Джордж, доктор философии, и его коллеги из Университета Алабамы в Бирмингеме впервые сообщают, что почка мыши содержит семь различных популяций KRM, расположенных в пространственно дискретных микроокружениях, и что каждая субпопуляция имеет уникальную транскриптомную подпись -; мера того, какие гены активны, что предполагает различные функции.

«Расслоение KRM на определенные зоны в почках ранее было неизвестно», — сказал Джордж. «Пространственное расположение макрофагов влияет на их функцию в других тканях, таких как легкие, селезенка и печень, и формирует их реакцию на иммунологический вызов. и реализация таких стратегий ограничена нашим нынешним пониманием регулирования KRM и реакции на травму в зависимости от времени».

Исследование UAB, опубликованное в журнале JCI Insight, представляет собой приложение пространственной транскриптомики, которое Nature Methods назвало методом года 2020.

Джордж, соавтор Анупам Агарвал, доктор медицинских наук, и коллеги из UAB проследили эти KRM в нормальных почках и в почках после экспериментального повреждения, вызванного ограничением кровотока в течение 19 минут. Такое острое повреждение почек может привести к хроническому заболеванию почек, поэтому знание изменений в субпопуляциях KRM после повреждения является важной частью атласа KRM почки мыши. Такой атлас послужит отправной точкой для будущих исследований роли резидентной системы макрофагов в нормальной и поврежденной почке.

Поврежденные почки исследовали через 12 часов, а также через 1, 6 и 28 дней после травмы.

«После инсульта мы отслеживали субпопуляции, поскольку они, казалось, перемещались по всей ткани, предполагая возможную локомоцию этих клеток в ответ на травму», — сказал Джордж. Макрофаги обладают способностью двигаться, как и амебы.

Через 28 дней после травмы три субпопуляции макрофагов в значительной степени вернулись в места, где они были обнаружены до травмы, но четыре субпопуляции остались рассеянными по почкам. «Таким образом, — сказал Джордж, — наши данные подтверждают давно предполагаемое нарушение регуляции иммунной системы после острого повреждения почек, которое может быть основным фактором, способствующим повышенному риску хронического заболевания почек после острого повреждения почек».

У человека более 1 миллиона нефронов в каждой из двух почек. Нефрон — это крошечная функциональная единица почки, удаляющая жидкость из крови, а затем возвращающая большую часть этой жидкости обратно в кровь, сохраняя при этом отработанную мочу, которая будет течь через мочеточник в мочевой пузырь. Различные части нефрона выполняют разные функции, и исследователи обнаружили, что разные популяции макрофагов связаны с разными частями нефрона.

Исследование началось с секвенирования одноклеточной РНК 58 304 KRM, выделенных из целых почек мыши. Путем анализа 3000 вариабельных генов они определили семь основных различных субпопуляций, которые имеют уникальные транскриптомные сигнатуры -; матричные РНК, транскрибированные с активных генов.

Дифференциально экспрессируемые гены в шести кластерах указывают по крайней мере на одну специфическую функцию. Например, Джордж сказал: «Наиболее значимые термины генной онтологии в кластерах 1, 3 и 6 были связаны с антибактериальными, противовирусными и противогрибковыми ответами. Кластер 2 содержал термины, связанные с ответами на железо, фагоцитозом и заживлением ран, что предполагает участие в гомеостатических функциях. Кластеры 0 и 4 сопоставлены с несколькими терминами, но анализ содержал ссылки на фактор некроза опухоли и апоптоз».

«Эти разрозненные онтологические сопоставления генов предполагают, что каждый кластер выполняет отдельную программу транскрипции, которая может быть функцией местоположения, в котором находится каждый кластер».

Места для кластеров были найдены путем помещения тонкого среза почки на предметное стекло микроскопа Visium Spatial Gene Expression, площадь которого составляет около четверти квадратного дюйма. Технология системы Visium позволила исследователям определить, где в анатомии почек находится каждая субпопуляция, на основе их транскриптомных подписей.

Два скопления в нормальных почках были расположены в корковом веществе, внешней области почки. Четыре были в мозговом веществе, области ниже коры, и один был в сосочке, или центральной области почки. Одним из примеров важности местоположения было скоординированное расположение трех субкластеров для защиты почки от инфекции. «Транскриптомы и расположение кластеров 1, 3 и 6 изображают стратегический иммунный барьер от мочеточника, наиболее распространенного источника почечных инфекций», — сказал Джордж.

Важно отметить, что транскриптомный атлас КРМ через 28 дней после травмы -; со многими субпопуляциями KRM, которые больше не выражают свои первоначальные профили и существуют в новых местах -; настойчиво изменялся. «Учитывая продолжающееся нарушение транскрипции и пространственного распределения после острого повреждения, KRM могут влиять на переход к хроническому заболеванию почек», — сказал Джордж. «Однократное острое повреждение почек резко увеличивает риск развития хронического заболевания почек, хотя механизмы, лежащие в основе этого перехода, остаются неясными».

В UAB Джордж является профессором кафедры хирургии, а Агарвал — профессором медицинского отделения нефрологии. Соавторами исследования «Резидентные субпопуляции макрофагов занимают различные микроокружения в почках» являются Мэтью Д. Чунг и Элиз Н. Эрман, отделение хирургии UAB.

Другими авторами, помимо Джорджа, Агарвала, Ченга и Эрмана, являются Кайл Х. Мур, Джереми М. Левер, Дженнифер Р. Лафонтен и Рафай Карим, отделение хирургии UAB; Чжан Ли и Брэдли К. Йодер, Отделение клеточной биологии, биологии развития и интегративной биологии UAB; и Геларе Гаджар-Рахими, Шанрун Лю и Чжэнцин Ян, медицинский факультет UAB.

Поддержку оказали гранты Национального института здравоохранения DK079337, DK59600, DK118932, GM-008361 и AI007051; и гранты Американской кардиологической ассоциации 906401 и 827257.

В UAB Джордж возглавляет кафедру исследований сердечно-сосудистой хирургии UAB, а Агарвал является временным деканом Медицинской школы Марникса Э. Херсинка. Хирургия, медицина, клеточная биология, биология развития и интегративная биология — это факультеты Медицинской школы Херсинка.