Using Imaging Mass Cytometry to Develop Mechanistic Understanding of Glomerulonephritis
Final Report Abstract
Als Ziel des geförderten Projektes wurde eine mechanistische Charakterisierung der Pathogenese von Glomerulonephritiden, im Speziellen der Krankheitsbilder ANCA-assoziierte Vaskulitis (AAV) und Lupusnephritis (LN), mithilfe der bildgebenden Massenzytometrie (Imaging Mass Cytometry) formuliert. In Ergänzung zu den im gastgebenden Labor bereits etablierten Markern für nierenresidente und Immunzellen plante ich die Validierung von Schädigungsmarkern sowie Markern der Autophagie und der regulierten Nekrose wie Ferroptose und Nekroptose, um mit dem erweiterten Panel die vorausgewählten Proben inklusive einer Kontrollgruppe zu untersuchen. Bei der Auswahl der AAV und LN Proben wurden nach Bewilligung eines entsprechenden Ethikantrags unter anderem Kriterien wie das Vorhandensein eines Immunzellinfiltrates und eines Immunfluoreszenz- und Elektronenmikroskopiebefundes sowie Seropositivität für die entsprechenden Autoantikörper herangezogen. Als Kontrollen dienten tumor-ferne Nephrektomiegewebe. Anhand von Hämatoxylin-Eosin-gefärbten Schnitten der ausgewählten Gewebeblöcke wurden je zwei Regionen bestimmt, die unmittelbar vor der finalen Analyse durch die Kooperationspartner der Gewebepathologie in ein Tissue Microarray eingebracht wurden. Die Analyse erfolgte mit einem Panel von 33 Antikörpern. Die Auswertung der erhobenen Daten mithilfe des Visualisierungsprogramms erbrachte neue Erkenntnisse über die Zusammensetzung des Immunzellinfiltrates, die Expression von Entzündungsmarkern durch bestimmte Zellpopulationen sowie das Vorhandensein und die Korrelationsmuster von Markern der Nierenschädigung, der regulierten Nekrose wie Ferroptose und Nekroptose und der Autophagie untereinander und mit etablierten Markern des renalen Tubulussystems und der Glomeruli. Für die quantitative Zelltypidentifizierung, Interaktionsanalyse und Analyse auf Einzelzellebene wird zum Zeitpunkt der Berichterstattung in Kooperation mit Kollegen der Bioinformatik an der Yale Universität eine neue Analysepipeline entwickelt. Dies geschieht vor dem Hintergrund, dass bei der Analyse von Gewebe mit ausgeprägtem Immunzellinfiltrat mithilfe der zuvor im gastgebenden Labor etablierten Pipeline "Kidney-MAPPS" Optimierungspotential bei der Segmentierung und Zelltypidentifizierung auffiel. Im Zuge des Prozesses der Analyseoptimierung wurde bereits ein vom Hersteller des Hyperion Imaging Systems entwickeltes Segmentierungskit zur Unterstützung der Zellsegmentierung etabliert, eine Anpassung der Segmentierungs-Pipeline vorgenommen sowie ein alternativer Clusteralgorithmus an verschiedenen Datensätzen erprobt. Im Anschluss an die Analyse der Einzelproben wird ein Vergleich der verschiedenen Krankheitsentitäten und der Kontrollgruppe erfolgen. Darüber hinaus können die Ergebnisse mit den initialen Pathologiebefunden, einer zusätzlich erfolgten Bewertung verschiedener Parameter der Nierenschädigung durch einen Kooperationspartner der Pathologie sowie mit demographischen und klinischen Daten der Patienten korreliert werden. Zusammenfassend wird das Projektergebnis einen Beitrag zur Bewertung der für die Krankheitsbilder der ANCA-assoziierten Vaskulitis und Lupusnephritis pathogenetischen Relevanz von Immunzellinfiltraten, Schädigungsmarkern und Signalwegen der regulierten Nekrose und Autophagie im Kontext der Gewebearchitektur darstellen.
Publications
- Tubular Cell Dropout in Preimplantation Deceased Donor Biopsies as a Predictor of Delayed Graft Function. Transplant Direct. 7(7):e716
Avigan ZM, Singh N, Kliegel JA, Weiss M, Moeckel GW, Cantley LG.
(See online at https://doi.org/10.1097/TXD.0000000000001168) - Using Imaging Mass Cytometry to Define Cell Identities and Interactions in Human Tissues. Front Physiol. 12:817181
Kakade VR, Weiss M, Cantley LG.
(See online at https://doi.org/10.3389/fphys.2021.817181)
