Bagaimana Cara Memperbaiki Dan Mengobati Cedera Ginjal Akut?

Kontak: Audrey Hu{0}}

Pendekatan multi-omik untuk cedera dan perbaikan ginjal akut

Louisa MS Gerhardt dan Andrew P. McMahon

Abstrak

Ginjal memiliki kapasitas regeneratif yang luar biasa. Sebagai respons terhadap cedera iskemik atau toksik, sel tubulus proksimal dapat berproliferasi untuk membangun kembali tubulus yang rusak dan memulihkan fungsi ginjal. Namun, parahcedera ginjal akut(AKI) atau AKI berulang (cedera ginjal akut) dapat menyebabkan perbaikan maladaptif dan perkembangan penyakit dari AKI (cedera ginjal akut) kepenyakit ginjal kronis(CKD). Penerapan teknologi sel tunggal telah mengidentifikasi keadaan sel tubulus proksimal yang cedera beberapa minggu setelah AKl (cedera ginjal akut), dibedakan oleh tanda molekul proinflamasi senescent. Studi epigenetik telah menyoroti perubahan dinamis dalam lanskap kromatin ginjal setelah AKI (cedera ginjal akut)dan telah menjelaskan faktor transkripsi kunci yang terkait dengan AKI (cedera ginjal akut) tanggapan. Integrasi teknologi multi-omic membuka kemungkinan baru untuk meningkatkan pemahaman kita tentang AKI (cedera ginjal akut) dan kekuatan pendorong di belakang AKl (cedera ginjal akuttransisi )-ke-CKD, dengan tujuan akhir merancang strategi diagnostik dan terapeutik yang disesuaikan untuk meningkatkan AKI (cedera ginjal akut) hasil dan pencegahanpenyakit ginjalkemajuan.

Kata kunci: Cedera ginjal akut, Multi-omics, Epigenomics, pengurutan RNA sel tunggal, pengurutan ATAC.

pengantar

Cedera ginjal akut(AKI), yang didiagnosis dengan peningkatan mendadak kreatinin serum dan/atau penurunan volume urin, adalah kondisi yang sangat lazim terkait dengan peningkatan morbiditas dan mortalitas serta biaya perawatan kesehatan yang signifikan [1e4]. Misalnya, bukti saat ini menunjukkan bahwa setidaknya 25 persen dari semua pasien COVID yang dirawat di rumah sakit-19 mengembangkan AKI (cedera ginjal akut) dan bahwa pasien ini memiliki risiko kematian yang jauh lebih tinggi daripada pasien COVID-19 tanpa AKI (cedera ginjal akut) [5]. Pasien yang selamat dari AKI (cedera ginjal akut) berada pada peningkatan risiko transisi ke penyakit ginjal kronis dan stadium akhir [3,4,6]. Menurut laporan tahunan Sistem Data Ginjal AS 2018, hanya 52,6 persen pasien Urusan Veteran yang dirawat di rumah sakit, yang memenuhi AKI (cedera ginjal akut)kriteria diagnosis, diberi diagnosis AKI (cedera ginjal akut), menyerukan kesadaran lebih untuk AKI (cedera ginjal akut) dalam rutinitas rumah sakit [7]. Selanjutnya, diagnosis dini AKI (cedera ginjal akut)dibatasi oleh kurangnya biomarker sensitif, dan pilihan pengobatan yang tersedia untuk AKI (cedera ginjal akut) terus mengandalkan optimasi hemodinamik, menghindari nefrotoksisitas, dan terapi penggantian ginjal.

Sel tubulus proksimal, jenis sel yang paling melimpah di ginjal, bertanggung jawab atas sebagian besar reabsorpsi cairan dan zat terlarut ginjal dan telah muncul sebagai pemain utama dalam respons adaptif dan maladaptif terhadap AKI.cedera ginjal akut) [8]. Karena aktivitas metaboliknya yang tinggi dan ketergantungannya pada metabolisme oksidatif, iskemia dengan cepat menyebabkan deplesi ATP, akumulasi spesies oksigen reaktif, dan akhirnya apoptosis atau nekrosis sel tubulus proksimal (Gambar 1). Sel tubulus proksimal yang bertahan dari peristiwa iskemik memiliki kapasitas untuk berdiferensiasi, berproliferasi, dan membangun kembali tubulus yang rusak, sehingga memainkan peran penting dalam proses perbaikan adaptif untuk memulihkan fungsi ginjal [9-11]. Namun, sel tubulus proksimal maladaptif, ditandai dengan fenotipe proinflamasi dan profibrotik, juga telah terlibat dalam perkembangan penyakit dari AKI.cedera ginjal akut) menjadi penyakit ginjal kronis (CKD), sebuah proses kompleks yang melibatkan peradangan, penghalusan vaskular, dan produksi matriks ekstraseluler oleh perisit teraktivasi dan miofibroblas (Gambar 1)[8,12]. Teknologi omics yang memeriksa organisasi genomik, ekspresi gen, dan produk protein, seperti pengujian untuk kromatin yang dapat diakses transposase menggunakan pengurutan (ATAC-seq), pengurutan mRNA, dan spektrometri massa, masing-masing, telah secara dramatis meningkatkan wawasan molekuler ke dalam respons seluler yang diprakarsai oleh AKI (cedera ginjal akut). Baru-baru ini, aplikasi sel tunggal dari pendekatan ini telah memungkinkan studi tentang peristiwa seluler pada resolusi tinggi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Ini dan pendekatan multi-omics lainnya menjanjikan pemahaman yang komprehensif tentang mekanisme regulasi yang mengatur penyakit ginjal, membuka jalan baru untuk biomarker dan penemuan obat. Naskah ini mengulas temuan terbaru yang menerapkan teknologi omics untukcedera ginjaldan memperbaiki dan mempertimbangkan aplikasi masa depan dari pendekatan multi-omik untuk memajukan pemahaman dan perawatan daricedera ginjaldanpenyakit ginjal.

Gambar 1:Ikhtisar AKI dan proses.

Sel tubulus proksimal sangat rentan terhadap iskemia, yang dapat menyebabkan kematian sel melalui apoptosis dan teregulasi (piroptosis, ferroptosis, nekroptosis) serta nekrosis tidak teregulasi dan pengelupasan sel mati dan sel hidup ke dalam lumen tubulus. Sel tubulus proksimal (PTC) yang bertahan dapat berdiferensiasi dan berproliferasi untuk memulihkan arsitektur dan fungsi ginjal; Namun, perbaikan maladaptif juga dapat menyebabkan perkembangan penyakit menjadi penyakit ginjal kronis (CKD). Proses ini ditandai dengan penjernihan vaskular, diferensiasi perisit menjadi miofibroblas, peningkatan deposisi matriks ekstraseluler fibrosa (ECM), kehilangan tubulus, dan inflamasi kronis. Nfkb1 plus PTC yang gagal diperbaiki, ditandai dengan fenotipe sekretori terkait penuaan (SASP), kemungkinan memainkan peran penting dalam AKI (cedera ginjal akut)transisi -ke-CKD.

genomik

Studi genom bertujuan untuk mengidentifikasi dasar genetik penyakit dengan pengurutan gen kandidat yang didorong oleh hipotesis atau pengurutan seluruh genom bebas hipotesis. Di sini, kami akan fokus pada studi asosiasi genome-wide (GWAS) yang menggunakan pendekatan yang tidak bias untuk memetakan varian urutan di seluruh genom ke fitur fenotipik seperti sifat penyakit dan memungkinkan identifikasi gen kandidat untuk studi mekanistik (Gambar 2). Dibandingkan dengan sifat penyakit lain, jumlah GWAS yang tersedia yang menginterogasi latar belakang genetik AKI (cedera ginjal akut) langka. Hal ini sebagian disebabkan oleh sifat kompleks dan heterogen dari AKI (cedera ginjal akut) sebagai sifat penyakit. AKI (cedera ginjal akut) dapat disebabkan oleh banyak faktor yang berbeda seperti iskemia, sepsis, obat nefrotoksik, dan nefropati obstruktif. Bukti saat ini menunjukkan bahwa mekanisme molekuler dan seluler yang mendasari AKI (cedera ginjal akut) memiliki komponen penyebab spesifik [13,14], tetapi definisi konsensus AKI (cedera ginjal akut) — perubahan kreatinin serum dan output urin — tidak memperhitungkan AKI yang berbeda (cedera ginjal akut) penyebab.

Alur kerja yang disederhanakan untuk studi asosiasi genome-wide (GWAS) diilustrasikan (kiri atas). Untuk mempelajari hubungan antara varian genetik dan sifat tertentu, sekuensing atau genotip seluruh genom menggunakan susunan polimorfisme nukleotida tunggal (SNP) dilakukan pada populasi dan uji asosiasi statistik digunakan untuk mengidentifikasi SNP yang terkait dengan sifat yang diinginkan. Untuk pengurutan RNA sel tunggal (kanan atas), suspensi sel tunggal disiapkan, sel tunggal diisolasi dan molekul mRNA dari sel (atau nukleus) ditangkap pada manik-manik untuk konversi selanjutnya menjadi cDNA. cDNA diperkuat dan sekuens ditentukan oleh sekuensing generasi berikutnya (NGS) dan pemetaan sekuens ke genom. Untuk analisis epigenomik (kanan bawah), uji untuk kromatin yang dapat diakses transposase (ATAC) diikuti oleh NGS dan pemetaan urutan untuk memvisualisasikan aksesibilitas kromatin di seluruh genom. Transposase Tn5 hiperaktif (Tn5) digunakan untuk secara khusus membelah situs kromatin terbuka dan secara bersamaan memasukkan adaptor pengurutan untuk NGS. Daerah dengan aksesibilitas kromatin yang meningkat ditampilkan sebagai puncak ATAC. Untuk analisis proteomik dengan spektrometri massa (kiri bawah), protein diekstraksi, dicerna menjadi peptida, dan diionisasi. Dalam spektrometer massa, ion dipercepat, dikenai medan magnet, dan rasio massa terhadap muatannya diukur, memungkinkan identifikasi dan kuantifikasi protein.

Sampai saat ini, dua GWAS yang lebih besar menginterogasi latar belakang genetik AKI (cedera ginjal akut). Studi pertama menunjukkan hubungan polimorfisme nuklir tunggal (SNPs) di GRM7 LMCD1-AS1 dan lokus BBS9 dengan AKI terkait operasi cangkok bypass koroner (cedera ginjal akut) dalam kohort penemuan 873 pasien dan kohort replikasi [15]. Pasien gabungan kedua dari dua kohort yang berbeda untuk membentuk populasi penemuan 1429 pasien sakit kritis dan mengidentifikasi empat AKI (cedera ginjal akut)-terkait SNP di dekat baik faktor pengatur interferon 2 (IRF2) atau faktor transkripsi T-box 1 (TBX1) [16]. Menariknya, IRF2 telah dikaitkan dengan pyroptosis dan memiliki peran pengaturan dalam sistem kekebalan [17,18] dan TBX1 adalah bagian dari keluarga gen kotak T, sekelompok faktor transkripsi dengan peran penting dalam nasib sel dan regulasi keadaan sel [19 ]. Namun, hubungan antara AKI (cedera ginjal akut) dan lokus ini tidak dapat direproduksi dalam kohort prospektif pasien sakit kritis, yang secara khusus genotipe untuk SNP yang diidentifikasi [20]. Ini menggarisbawahi perlunya ukuran sampel yang lebih besar untuk AKI di masa depan (cedera ginjal akut) GWAS dan menggambarkan kesulitan dalam mengidentifikasi faktor risiko genetik yang kuat untuk penyakit heterogen seperti AKI (cedera ginjal akut).

Selain itu, analisis lokus sifat kuantitatif ekspresi (eQTL) kemungkinan akan membantu terjemahan wawasan yang diperoleh oleh GWAS ke mekanisme penyakit. Analisis OTL bertujuan untuk mengidentifikasi lokus yang menjelaskan sebagian kecil dari varian ekspresi gen dalam jaringan dan dapat digunakan untuk menghubungkan SNP dalam genom non-coding untuk menargetkan ekspresi gen. Misalnya, pendekatan integratif yang menggabungkan GWAS, eOTL, dan eksperimen fungsional mengarah pada identifikasi gen yang terlibat dalam patogenesis CKD [21-23].

Gambar 2:Skema teknologi omics yang dipilih.

Transkriptomik

Munculnya teknologi skalabel baru untuk mempelajari transkriptom sel di dalam ginjal yang terluka telah merevolusi pemahaman kita tentang respons seluler terhadap AKI (cedera ginjal akut), mengungkap keadaan sel baru dan menyoroti lanskap transkripsi yang berubah secara dinamis dari ginjal yang sedang diperbaiki. Sekuensing mRNA massal ginjal selama satu tahun setelah AKI (cedera ginjal akut) menunjukkan perubahan ekspresi gen spesifik temporal yang berhubungan dengan cedera tubulus, proliferasi, perbaikan, fibrosis, dan imunitas [24]. AKI tikus ini (cedera ginjal akut) data biobank menunjukkan bahwa gen terkait peradangan masih diregulasi satu tahun setelah AKI (cedera ginjal akut), menunjukkan peradangan persisten sebagai faktor pendorong perkembangan penyakit menjadi CKD. Urutan mRNA massal dari biopsi transplantasi ginjal rutin memungkinkan untuk membuat profil perubahan transkripsi jangka pendek dan panjang dalam transplantasi ginjal manusia yang dipicu oleh cedera iskemia/reperfusi (IRI) selama transplantasi [25]. Semua biopsi ginjal yang diambil pada jam-jam pertama setelah reperfusi menunjukkan profil transkripsi yang serupa yang dicirikan oleh aktivasi gen-gen respons langsung hingga awal, banyak di antaranya mengkodekan faktor regulasi transkripsi.

Pada 3 dan 12 bulan setelah transplantasi, bagaimanapun, dua lintasan berbeda yang terkait dengan pemulihan atau perkembangan menjadi CKD dapat digambarkan. Lintasan seperti CKD menunjukkan penurunan regulasi dalam ekspresi gen yang terkait dengan biogenesis mitokondria dan peningkatan regulasi gen terkait peradangan dan fibrosis, seperti yang diamati pada model tikus AKI (cedera ginjal akut) [24,25]. Penelitian pada tikus dan manusia menunjukkan peran penting untuk aktivitas sel T dan B dan munculnya pusat jaringan limfoid tersier dalam hasil jangka panjang AKI (cedera ginjal akut) [25,26]. Analisis AKI tikus (cedera ginjal akut) kumpulan data bio-bank dan transplantasi ginjal manusia mendukung aktivitas sel B yang digerakkan oleh antigen otomatis, mendorong perkembangan penyakit melalui respons imun yang berkelanjutan, satu tahun setelah AKI (cedera ginjal akut) [27].

Meskipun sekuensing mRNA massal telah terbukti sangat informatif dalam AKI (cedera ginjal akut) studi, respons spesifik tipe sel tidak dibedakan dengan teknik ini. Pendekatan genetik untuk pelabelan jenis sel yang berbeda menambah presisi yang lebih besar dan wawasan tambahan. Misalnya, menerjemahkan pemurnian afinitas ribosom (TRAP) menggunakan penandaan eGFP dari subunit ribosom L10a untuk mengidentifikasi subset mRNA spesifik dalam jenis sel individu yang menjalani translasi aktif [28]. Studi TRAP pertama di AKI (cedera ginjal akut) penelitian menggunakan model genetik dari aktivasi kaset eGFP-L10a yang dimediasi rekombinase CRE secara khusus dalam tipe sel nefron, stroma, vaskular, atau kekebalan dan menunjukkan perubahan transkripsi yang berbeda terkait dengan setiap kompartemen seluler setelah AKI (cedera ginjal akut) [29]. Banyak gen yang berhubungan dengan fungsi tubulus ginjal diturunkan regulasinya 24 jam setelah AKI (cedera ginjal akut). Sebaliknya, gen yang terlibat dalam aktivitas jalur anti-apoptosis, proliferasi sel, dan pergerakan sel diregulasi secara nyata. Analisis TRAP sel tubulus proksimal yang disorot oleh penanda cedera Kim-1(dikodekan oleh Hazel) menunjukkan sebagian besar sel positif Kim-1-berhasil diperbaiki dua minggu setelah AKI (cedera ginjal akut), meskipun 15 persen mempertahankan ekspresi Kim-1 dan penanda cedera Sox9 [10], menyoroti keadaan sel yang cedera terus-menerus [30]. Analisis klon mengungkapkan bahwa perluasan klon positif Kim-1 mengisi kembali tubulus proksimal yang rusak, mendukung model perbaikan melalui dediferensiasi sel tubulus proksimal, daripada melalui populasi sel induk/progenitor tertentu [30]. Transkripsi FoxMI sangat diregulasi dalam sel tubulus proksimal Kim-1-positif dan terbukti mendorong proliferasi tubulus proksimal dalam zitro dengan cara yang bergantung pada reseptor faktor pertumbuhan epidermal [30]. Pendekatan sekuensing mRNA sel tunggal throughput tinggi, memeriksa profil sekuensing mRNA seluruh sel (scRNA-seq) atau transkrip mRNA terlokalisasi nuklir (snRNA-seq), telah secara dramatis meningkatkan AKI (cedera ginjal akut) studi. Pendekatan ini memberikan wawasan molekuler yang mendalam ke dalam ekspresi gen pada tingkat sel ketika dikombinasikan dengan pendekatan komputasi yang kuat, mengidentifikasi jenis sel variabel dan keadaan sel di seluruh organ [31,32]. scRNA-seq dimulai dari suspensi sel tunggal atau inti tunggal, yang diberi label dengan tag molekul unik dan dilisiskan (Gambar 2). mRNA kemudian ditranskripsi balik, diamplifikasi, dan diurutkan. Sebuah studi snRNA-seq pada ginjal yang mengalami obstruksi ureter unilateral (UUO) mengidentifikasi dua kelompok sel tubulus proksimal baru 14 hari setelah UUO, salah satunya memiliki tanda proliferasi yang kuat, sementara gen lain yang diekspresikan terlibat dalam peradangan dan pergerakan sel, seperti Ccl2, II34, Cxcll, dan Dock10 [33].

Populasi sel yang serupa terbukti dalam studi snRNA-seq yang membuat profil ginjal yang terluka setelah IRI [34]. Pada jam-jam pertama setelah IRI, terjadi penurunan regulasi ekspresi gen tubulus proksimal normal dan respons transkripsi yang ditandai termasuk gen awal langsung dan penanda cedera yang diketahui HuverI dan Krt20 [24,25,34]. Pada hari kedua setelah IRI, sebagian besar sel tubulus proksimal menunjukkan profil proliferatif atau mendapatkan kembali karakteristik tanda tangan transkripsi t untuk sel tubulus proksimal yang berdiferensiasi. Namun, populasi kecil sel proinflamasi, profibrotik, yang dicirikan oleh ekspresi Vcaml di sebagian besar sel, dan koekspresi Cal2 dalam subset, memprediksi aktivitas keluarga faktor transkripsi NF-KB. Sementara proliferasi sel tubulus proksimal menurun dua minggu setelah AKI (cedera ginjal akut), proinflamasi, sel tubulus proksimal profibrotik meningkat, menunjukkan hubungan antara perbaikan tubulus yang gagal dan populasi sel pro-inflamasi profibrotik yang diamati (Gambar 1). Menariknya, analisis dekonvolusi dari studi sekuensing RNA massal menunjukkan populasi yang sama meningkat ketika ginjal menua secara normal dan setelah transplantasi.

Sejalan dengan penelitian yang disebutkan di atas [34], fokus selektif secara genetik pada sel tubulus proksimal yang terluka empat minggu setelah AKI yang lebih ringan (cedera ginjal akut), menggunakan tikus Krt20-T2A-CRE-ERT2 untuk memberi label dan memurnikan sel tubulus proksimal yang terluka, menunjukkan fenotipe seluler yang terluka serupa: VcamI/Cal2 ditambah populasi sel tubulus proksimal yang terluka yang selanjutnya dibedakan oleh proinflamasi yang kuat ( misalnya Cal2, Vcam1, Cxcll, /34) dan tanda tangan transkripsi profibrotik (egPdgfb, ColAal), dengan aktivasi yang ditandai dari pensinyalan NF-KB, TNF, dan AP-1 [35]. Sel-sel tubulus proksimal yang terluka ini berbagi fitur dari fenotipe sekretori terkait penuaan (SASP) yang diidentifikasi pada organ lain yang terluka (Gambar 1) [35,36]. Berbeda dengan AKI sebelumnya (cedera ginjal akut) studi [12], tidak ada penangkapan siklus sel G2/M yang signifikan yang diamati pada populasi ini. Eksperimen pemetaan nasib tambahan dari sel bersepeda menunjukkan sebagian besar sel tubulus proksimal VcamI plus / Cal2 plus, terlokalisasi ke batas kortikomedullary, ditelusuri kembali ke sel tubulus proksimal yang berkembang biak pada hari-hari pertama setelah AKI (cedera ginjal akut). Namun, sel tubulus proksimal Vuamt plus /Cu2 kortikal kemungkinan mewakili situs cedera sekunder, tidak terkait dengan perbaikan tubulus proksimal terkait replikasi awal.

atlas komprehensif dari respons cedera terhadap A unilateral-ischemia reperfusion (UIR) melakukan scRNA-seq pada beberapa titik waktu dari hari pertama hingga hari ke 14 setelah UIR mengungkapkan peningkatan ekspresi pada sel Sox4 dan Cd24a yang terluka, gen yang diidentifikasi untuk peran dalam perkembangan ginjal [37]. Sebuah populasi sel baru, 'sel identitas campuran,' juga dilaporkan menunjukkan koekspresi tubulus proksimal (Sl34a7), penanda duktus menaik yang tebal (Umod), atau saluran pengumpul (Agp2). Data scRNA-seq dari nefropati asam folat tikus dan model UUO menunjukkan bahwa penurunan ekspresi penanda diferensiasi seperti pembawa zat terlarut dalam sel tubulus proksimal yang terluka dikaitkan dengan penurunan regulasi gen yang terlibat dalam proses metabolisme, seperti oksidasi asam lemak [38]. Reseptor nuklir Esrra diidentifikasi sebagai penghubung penting antara diferensiasi tubulus proksimal dan metabolisme karena secara langsung mengatur ekspresi gen spesifik metabolik dan tubulus proksimal. Ini dan penelitian scRNA-seq lainnya juga menyoroti keragaman sel imun yang sebelumnya tidak dihargai di ginjal yang sakit [38,39].

Salah satu batasan penting dari semua teknik transkriptomik yang dibahas adalah tidak adanya informasi spasial. Platform transkriptomik baru sekarang memungkinkan untuk memvisualisasikan ekspresi mRNA secara spasial dengan menganil dan memperbaiki bagian jaringan langsung ke probe berkode unik, mencitrakan bagian jaringan, dan melakukan transkripsi terbalik in situ diikuti dengan pelepasan dan pengurutan probe [40]. Transkriptom yang diurutkan selanjutnya dapat dipetakan kembali ke bagian jaringan yang dicitrakan. Teknologi transkriptomik spasial ini memungkinkan lokalisasi spesifik dari dua jenis sel transkripsi yang berbeda dari segmen tubulus proksimal S3 [41] ke korteks dan garis luar medula luar [42]. Dalam AKI murine yang berbeda (cedera ginjal akut) model, dekonvolusi bintik-bintik transkriptomik spasial individu menggunakan data scRNA-seq mengungkapkan AKI (cedera ginjal akut) pola spesifik model infiltrasi sel imun dan memungkinkan identifikasi populasi sel tubulus proksimal yang mengekspresikan Af3-berbeda, berkolokasi dengan neutrofil setelah IRI [43]. Studi-studi ini menggambarkan potensi omics spasial-temporal untuk memprediksi kontrol lingkungan mikro pada respons seluler setelah AKI (cedera ginjal akut).

Epigenomik

Program spesifik tipe sel dari ekspresi gen diferensial bergantung pada modifikasi epigenetik kromatin (misalnya, metilasi dan asetilasi histon) dan DNA (misalnya, dengan metilasi sitosin pada residu CpG) sebagai respons terhadap regulator transkripsi yang mengikat DNA dan faktor terkait. Kumpulan bukti yang terakumulasi menunjukkan peran pengaturan penting untuk mekanisme epigenetik pada AKI (cedera ginjal akut) dan perbaikan ginjal [44-46]. Mengingat ulasan mendalam yang sangat baik[44-47], kami hanya menyoroti secara singkat studi epigenomik terbaru yang dipilih di AKI (cedera ginjal akut) riset.

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 persen setelah UUO. Menariknya, perubahan komplementer pada tanda yang berbeda pada asam amino yang sama dilaporkan, menunjukkan respons terkoordinasi terhadap AKI (cedera ginjal akut) [48].

H3K4me3-promotor yang disorot dibandingkan dengan enhancer bertanda H3K27ac setelah AKI (cedera ginjal akut) menggunakan imunopresipitasi kromatin dan sekuensing generasi berikutnya (ChIP-seq) [49]. Situs penambah aktif menampilkan perubahan yang lebih dinamis dalam menanggapi AKI (cedera ginjal akut). Modifikasi kromatin di situs penambah aktif dikaitkan dengan perubahan pengikatan faktor transkripsi seperti Hnf4a, Gr, dan Stat3.Hnf4a adalah faktor transkripsi kunci dalam spesifikasi dan diferensiasi sel tubulus proksimal [50]. Pengikatan Hnf4a ke elemen penambah aktif secara normal sel tubulus proksimal menurun sebagai respons terhadap AKI (cedera ginjal akut) [49]. Ini kemungkinan berkontribusi pada AKI (cedera ginjal akut)-diinduksi dediferensiasi sel tubulus proksimal yang terluka. Stat3 adalah pengatur transkripsi kunci dalam jaringan inflamasi dengan NF-KB dan protein aktivator faktor pengatur-1(AP-1)[51]. Aktivasi jalur AP-1 sangat dipertahankan sebagai awal respon terhadap mouse AKI (cedera ginjal akut) dan IRI terkait transplantasi ginjal manusia [24,25]. Keterlibatan Stat3 di lokus Junb sebagai respons terhadap AKI (cedera ginjal akut) menyarankan peran inaktivasi Stat3 dari komponen transkripsi AP-1[49]. Selanjutnya, penghambatan bromodomain dan aktivasi penambah yang bergantung pada ekstra-terminal (BET) mengganggu pemulihan setelah AKI (cedera ginjal akut), menyoroti peran penting dinamika penambah dalam AKI (cedera ginjal akut)perbaikan[49].

ATAC-seq telah menjadi metodologi yang paling banyak digunakan untuk menilai keterbukaan kromatin dan menyimpulkan aktivitas daerah genomik regulasi dan transkripsi. Dengan cepat, teknologi ATAC-seq telah berpindah dari pengujian jaringan massal sensitif dengan hanya 500 sel, ke analisis nuklir tunggal, dan yang terbaru analisis paralel keadaan kromatin dan ekspresi gen dalam sel yang sama [41,52-54]. ATAC-seq menggunakan transposase Tn5 hiperaktif untuk memotong kromatin terbuka dan memotong DNA dengan adaptor DNA untuk memfasilitasi konstruksi perpustakaan dan sekuensing DNA (Gambar 2). Mengingat hanya dua situs target di setiap genom, data ATAC jarang, dan studi snATAC menggunakan pendekatan komputasi untuk mengelompokkan sel dengan profil snATAC yang serupa dan untuk berintegrasi dengan set data sc atau snRNA-seq yang dihasilkan secara independen. Sebuah studi baru-baru ini memprofilkan heterogenitas seluler dalam sampel ginjal manusia dewasa yang sehat dengan kumpulan data snATAC-seq dan snRNA-seq yang terintegrasi secara komputasi [55]. Menariknya, penelitian ini mengidentifikasi subpopulasi VCAM1-mengekspresikan sel tubulus proksimal, yang menunjukkan penurunan aktivitas HNF4A dan peningkatan aktivitas anggota keluarga NF-KB, sebagian menyerupai proinflamasi, sel tubulus proksimal cedera profibrotik yang diidentifikasi dalam ginjal tikus beberapa minggu setelah AKI (cedera ginjal akut) [34,35,55]. Kelimpahan populasi sel ini meningkat dari waktu ke waktu pada tikus yang menua dan lebih tinggi pada ginjal diabetes manusia daripada pada kontrol yang sehat. Dengan demikian, beberapa respons seluler tampaknya dipertahankan antara penyakit ginjal yang berbeda dan lintas spesies. Namun, sejauh mana populasi sel ini berkontribusi terhadap hilangnya fungsi ginjal terkait usia dan?penyakit ginjalperkembangan memerlukan penyelidikan lebih lanjut.

Deteksi tipe sel dan prediksi regulasi ditingkatkan dengan menganalisis bersama snRNA-seq dan snATAC-seq dalam nukleus yang sama[41]. Teknik ini baru-baru ini digunakan untuk mengkarakterisasi jaringan ginjal manusia yang sehat dan AKI (cedera ginjal akut) dan biopsi CKD mengungkapkan keragaman sel baru pada ginjal normal dan menyoroti keadaan cedera yang sebanding pada AKI tikus dan manusia (cedera ginjal akut), serta perubahan status sel ekstremitas menaik tebal yang ditandai dengan ekspresi Proml dan Dcd2 [56]. Selain itu, transkriptomik spasial melokalisasi myofibroblast dan sel imun dalam sampel CKD ke lokasi cedera tubulus proksimal [56].

Cistanche mengembalikan gangguan fungsi ginjal

Proteomik dan metabolomik

Studi protein dan metabolit dalam plasma, urin, dan jaringan ginjal menggunakan elektroforesis gel dan spektrometri massa melengkapi alat transkriptomik dan epigenomik. Spektrometri massa dapat mengidentifikasi dan mengukur makromolekul (misalnya protein) dan metabolit seluler dalam jaringan kompleks, mengukur sifat muatan massa molekul yang berbeda ketika terionisasi dan dikenai medan magnet atau listrik (Gambar 2)[57]. Banyak studi proteomik telah diarahkan pada identifikasi biomarker untuk AKI (cedera ginjal akut)(ditinjau secara komprehensif di tempat lain[57-59]). Misalnya, tingkat metalloproteinase penghambat jaringan kemih -2(TIMP2) dan protein pengikat IGF-7(IGFBP7) terbukti dapat memprediksi kematian dan gagal ginjal pada pasien sakit kritis dengan AKI (cedera ginjal akut) [60]. Pengobatan pasien kopositif TIMP2 dan IGFBP7 dengan tindakan perawatan suportif sesuai dengan pedoman Ginjal Peningkatan Hasil Global (KDIGO) untuk pasien dengan risiko tinggi AKI(cedera ginjal akut) mengurangi AKI (cedera ginjal akut) perkembangan dalam 72 jam pertama setelah operasi jantung, tetapi tidak mempengaruhi mortalitas dan kebutuhan akan terapi pengganti ginjal [61]. Hasil dan temuan dari studi biomarker lain ini menggembirakan; namun, biomarker yang ideal atau panel biomarker yang lebih mungkin untuk AKI (cedera ginjal akut)penilaian risiko, AKI yang ditargetkan (cedera ginjal akut)pencegahan, diagnosis prediktif, dan bahkan mungkin bimbingan terapeutik dalam praktik klinis rutin belum diidentifikasi.

Selain dorongan untuk AKI yang efektif (cedera ginjal akut) biomarker, proteomik juga dapat digunakan untuk menginterogasi AKI (cedera ginjal akut) patofisiologi [62]. Sebuah studi praklinis AKI . yang diinduksi cisplatin (cedera ginjal akut)mengungkapkan korelasi yang lemah antara transkriptom dan proteom pada ginjal yang cedera [63]. Studi tersebut menyarankan bahwa perbedaan antara dua pendekatan didorong oleh perubahan protein di kompartemen ekstraseluler, misalnya, dalam sistem komplemen [63]. Menariknya, tingkat disosiasi antara RNA dan ekspresi protein sangat berkorelasi dengan keparahan cedera seperti yang ditunjukkan oleh kadar kreatinin serum dan nitrogen urea darah [63]. Ini menyoroti relevansi perubahan pasca-transkripsi dalam AKI (cedera ginjal akut)tanggapan.

Baru-baru ini, profil proteomik hampir-sel tunggal, yang memungkinkan pengukuran proteomik kuantitatif dari 10 hingga 100 sel ginjal mikrodiseksi yang ditangkap laser, telah digunakan untuk mengidentifikasi protein khusus untuk glomerulus dan kompartemen tubulus proksimal pada ginjal yang sehat [64] . Beberapa protein spesifik kompartemen yang paling diperkaya berkorelasi baik dengan ekspresi gen yang sesuai dalam podosit dan kluster tubulus proksimal dari kumpulan data scRNA-seq. Selanjutnya, lebih dari 40 penanda protein dapat dideteksi secara bersamaan pada satu bagian jaringan dengan pencitraan massa sitometri (IMC), sehingga memungkinkan untuk mempelajari proteom dalam konteks spasial [65]. IMC ginjal manusia yang sehat mengungkapkan heterogenitas seluler yang tidak terduga dan mengidentifikasi tipe sel positif megalin/aquaporin-1/vimentin (Lrp2/Aqp1/Vim)-positif yang berpotensi mencerminkan tubulus proksimal yang cedera (Vim plus )(Lrp2 plus /Aqp1 ditambah ) keadaan sel [65]. Penerapan teknologi tersebut pada AKI (cedera ginjal akut) penelitian akan memberikan wawasan kritis ke dalam lanskap proteomik cedera dan perbaikan.

Studi tentang metabolisme ginjal (molekul yang lebih kecil dari 1500 Da [62]) telah memajukan pemahaman tentang AKI.cedera ginjal akut) patofisiologi.

Metabolomik

profil jaringan ginjal yang terluka menggunakan spektrometri massa kromatografi cair mengarah pada temuan bahwa sintesis de neo nicotinamide adenine dinucleotide (NAD plus ) terganggu pada AKI (cedera ginjal akut) [66]. Downregulasi regulator biogenesis mitokondria PGCl di AKI (cedera ginjal akut) mengakibatkan deplesi NAD plus lokal, sementara ekspresi berlebih PGC1 meningkatkan kadar NAD plus ginjal dan mengurangi AKI (cedera ginjal akut) [66]. Skrining urin yang tidak bias juga telah menunjukkan peningkatan kadar NAD plus prekursor kuinolin dalam urin tikus setelah IRI [67] yang dihasilkan dari pengurangan kuinolin fosforibosiltransferase ginjal (QPRT), enzim kunci dalam sintesis NAD plus de novo [67]. Penurunan level QPRT ginjal dikaitkan dengan AKI . yang lebih tinggi(cedera ginjal akut) kerentanan [67]. Pengobatan nikotinamida oral menyelamatkan AKI (cedera ginjal akut) yang diinduksi NAD ginjal ditambah defisiensi biosintetik pada tikus, dan uji klinis fase 1 kecil telah menyarankan manfaat ginjal potensial dari pengobatan nikotinamida pada pasien yang menjalani operasi jantung [67]. Sebuah studi metabolomik dari biopsi transplantasi ginjal manusia, sebelum dan sesudah reperfusi, menunjukkan profil metabolik yang jelas berbeda dari transplantasi dengan fungsi cangkok yang tertunda di masa depan dibandingkan dengan transplantasi tanpa fungsi cangkok yang tertunda [68]. Transplantasi dengan fungsi cangkok tertunda di masa depan ditandai dengan katabolisme ATP/GTP yang persisten, menunjukkan pemulihan awal homeostasis energi sebagai tujuan terapeutik pada AKI (cedera ginjal akut) pencegahan [68]. Pencitraan spektrometri massa (MSI) adalah teknik kuat yang digunakan untuk memvisualisasikan distribusi spasial metabolit, protein, atau lipid, dengan resolusi seluler dan subseluler [69]. Analisis MSI pada ginjal yang cedera menunjukkan lipidomik menggunakan ch coll .x7rr untuk membedakan antara iskemia ringan dan berat sedini 2 jam setelah cedera [70,71].

Kesimpulan dan perspektif

Teknologi omics yang tersedia telah mendorong pemahaman kita tentang AKI (cedera ginjal akut) dan perbaikan. Integrasi atau akuisisi simultan dari kumpulan data omics yang berbeda akan semakin meningkatkan wawasan tentang AKI (cedera ginjal akut), dan temuan yang menguatkan dari pendekatan ortogonal akan memberikan kepercayaan tambahan untuk mekanisme yang diidentifikasi. Wawasan baru, alat, dan sumber informasi bertambah dengan investasi oleh NIDDK di beberapa konsorsium besar termasuk Proyek Pengobatan Presisi Ginjal dan Program Pembangunan Kembali Ginjal. Tantangan besar era 'data besar' ini adalah untuk menyimpulkan mekanisme yang relevan secara biologis dari kumpulan data yang sangat kompleks untuk mendemokratisasikan akses ke data ini melalui tampilan yang mudah digunakan dan platform analisis data, dan pada akhirnya, untuk menerjemahkan wawasan patofisiologis kami yang meningkat menjadi diagnostik dan strategi terapeutik yang meningkatkan perawatan pasien dan AKI (cedera ginjal akut) hasil.

Deklarasi kepentingan bersaing

Para penulis menyatakan kepentingan keuangan/hubungan pribadi berikut yang dapat dianggap sebagai potensi persaingan kepentingan: APMerupakan penasihat ilmiah tentang pendekatan terkait ginjal terhadap penyakit manusia untuk Novartis, eGenesis, Aviva, dan Trestle Biotherapeutics.

Ucapan Terima Kasih

Kami mohon maaf kepada semua peneliti yang karyanya tidak dapat didiskusikan karena keterbatasan tempat. Kami berterima kasih kepada Dr. Pietro E.Cipp atas pembacaan kritis naskah ini. LMS Gerhardt didukung oleh German Research Foundation (DFG), Jerman dengan beasiswa postdoctoral (GE 3179/1-1). Pekerjaan di laboratorium AP McMahon didukung oleh hibah dari NIDDK, Amerika Serikat (DK126024,54364,126925) dan Inisiatif ChanZuckerberg, Amerika Serikat (CZIF2019-002430).

Referensi

Makalah yang menarik, diterbitkan dalam periode peninjauan, telah disorot sebagai:

1. Chertow GM, Burdick E, Honor M, Bonventre JV, Bates DW:Cedera ginjal akut, mortalitas, lama rawat inap, dan biaya pada pasien rawat inap.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, dkk: inisiatif 0by25 International Society of Nephrology untukcedera ginjal akut(nol kematian yang dapat dicegah pada tahun 2025): kasus hak asasi manusia untuk nefrologi. Lancet 2015, 385:2616-2643.

3. Hsu RK, Hsu CY: Perancedera ginjal akutpada penyakit ginjal 3. H kronis. Semin Nephrol 2016, 36:283-292.

4. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL:Cedera ginjal akutdan penyakit ginjal kronis sebagai sindrom yang saling berhubungan. 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: Patofisiologi COVID-19-terkaitcedera ginjal akut. Nat Rev Nephrol 2021.https://doi.org/10.1038/s41581-021-00452-0. Ulasan ini memberikan ikhtisar mendetail tentang literatur terkini yang terkait dengan COVID-19-terkaitcedera ginjal akut.

6. Zuk A, Bonventre JV: Kemajuan terbaru dicedera ginjal akut6. 2 dan akibat serta dampaknya terhadap penyakit ginjal kronis. F Curr Opin Nephrol Hypertens 2019,28:397-405. Ulasan yang sangat baik ini merangkum mekanisme patofisiologis yang mendasari transisi dari cedera ginjal akut ke kronis dan menyoroti peran disfungsi mitokondria, peradangan, penuaan, dan kematian sel dalam proses ini.

7. Saran R, Robinson B, Abbott KC, Agodoa LYC, Bragg Gresham J, Balkrishnan R, Bhave N, Dietrich X, Ding Z, Eggers PW, dkk: Sistem data ginjal AS Laporan data tahunan 2018: epidemiologi penyakit ginjal di Amerika Serikat. AmJ Kidney Dis 2019,73:A7-A8.US Renal Data System 2018 Annual Data Report tersedia dari: https://www.usrds.org/media/2282/2018_volume{{9} }ckd_di_di_us.pdf. (Diakses 11 April 2021).

8. Ferenbach DA, Bonventre JV: Mekanisme maladaptif 8. perbaikan setelah AKI (cedera ginjal akut) menyebabkan percepatan penuaan ginjal dan CKD. Nat Rev Nephrol 2015,11:264-276.

9. Kusaba T, Lalli M, Karmann R, Kobayashi A, Humphreys BD:9. Sel epitel ginjal yang berbeda memperbaiki tubulus proksimal yang terluka. 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: Aktivasi Sox9 menyoroti jalur seluler perbaikan ginjal di ginjal mamalia yang terluka parah. Perwakilan Sel 2015,12:1325-1338.

11. Kang HM, Huang S, Reidy K, Han SH, Ching F, SusztakK: Sel progenitor positif Sox9 memainkan peran kunci dalam regenerasi epitel tubulus ginjal pada tikus. Perwakilan Sel 2016,14:861-871.

12. Yang L, Besschetnova TY, Brooks CR, Shah JV, Bonventre JV: Penangkapan siklus sel epitel di G2/M memediasi fibrosis ginjal setelah cedera. 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, dkk: Program transkripsi unik mengidentifikasi subtipe AKI (cedera ginjal akut).JASN (J Am Soc Nephrol) 2017,28:1729-1740.

14. Mar D, Gharib SA, Zager RA, Johnson A, Denisenko O, Bomsztyk K: Heterogenitas perubahan epigenetik pada iskemia/reperfusi- dan yang diinduksi endotoksincedera ginjal akutgen. Ginjal 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, dkk.: Studi asosiasi genom-lebarcedera ginjal akutsetelah operasi cangkok bypass koroner mengidentifikasi lokus kerentanan. Ginjal 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, dkk.: Studi asosiasi genom untuk mengidentifikasi polimorfisme nukleotida tunggal untukcedera ginjal akut.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, dkk: IRF2 secara transkripsi menginduksi ekspresi GSDMD untuk piroptosis. Sinyal Sains 2019, 12.

18. Matsuyama T, Kimura T, Kitagawa M, Pfeffer K, Kawakami T, Watanabe N, Kündig TM, Amakawa R, Nishihara K, Wakeham A: Gangguan IRF yang ditargetkan-1 atau IRF-2 mengakibatkan induksi gen IIFN tipe abnormal dan perkembangan limfosit yang menyimpang. Sel 1993, 75:83-97.

19. Papaioannou VE: Keluarga gen T-box: peran yang muncul dalam perkembangan, sel punca, dan kanker. Pengembangan 2014.141:3819-3833.

20. Renken IJE, Vilander LM, Kaunisto MA, Vaara ST, Snieder H, Keus F van der Horst ICC, Pettilä V∶Tidak ada hubungan antara lokus genetik di dekat IRF2 dan TBX1 dancedera ginjal akutdalam sakit kritis.AmJ Respir Crit Care Med 2019,201:109-111.