Le rein, un organe critique pour la filtration des déchets et la régulation des fluides, fait l'objet d'un projet de cartographie moléculaire révolutionnaire qui pourrait remodeler notre compréhension de la santé rénale. Malgré les progrès de la transcriptomique et de la protéomique, les molécules structurelles et de signalisation des lipides sont restées relativement inexplorées dans le contexte de la fonction rénale. Cela change maintenant grâce à une nouvelle étude publiée dans Avancées scientifiques Par des chercheurs du Mass Spectrométrie Centre de recherche et du laboratoire de Jeff Spraggins à l'Université Vanderbilt et du groupe RAF Van de Plas à l'Université de technologie de Delft. Dans le nouvel article, l'équipe a créé un atlas moléculaire à haute résolution du rein humain, tirant parti d'une technique de SPECT de masse d'imagerie de pointe appelée Maldi et apprentissage automatique interprétable.
Cet atlas est le plus complet du genre, incorporant des données de 29 donneurs de rein humains. Les chercheurs ont cartographié les espèces lipidiques auprès de millions de mesures de masse à plus de 100 000 unités de tissu fonctionnel discrètes, y compris des glomérules, des tubules proximaux et distaux, des membres ascendants épais et des conduits de collecte.
Ce travail a été notre étude d'imagerie moléculaire multimodale la plus ambitieuse et la plus complète à ce jour. En reliant spatialement la composition lipidique aux régions anatomiques et fonctionnelles du rein, nous avons pu générer efficacement un code de barre moléculaire pour chaque composant du néphron humain. «
Jeff Spraggins, auteur principal et co-dirigeant du projet
Parmi les résultats frappants: la vision moléculaire de l'Atlas de la fonction rénale révèle des biomarqueurs lipidiques spatialement spécifiques pour des unités tissulaires fonctionnelles distinctes du néphron. Malgré les différences naturelles entre les donneurs humains, des sphingomyélines spécifiques – un type de lipide ont constamment enrichi en glomérules, ce qui suggère un rôle dans le support des types de cellules critiques pour la filtration. D'autres classes lipidiques, y compris des sulfatides et des phosphatidylsérines, étaient fortement associées à la réabsorption des nutriments et au transport d'ions dans des structures telles que la boucle de Henle et des tubules proximaux.
L'équipe a également exploré comment les profils lipidiques varient selon l'indice de masse du sexe et du corps. Tirant parti des modèles d'interprétation d'apprentissage automatique, l'équipe a identifié des biomarqueurs candidats, y compris les phospholipides contenant de l'acide arachidonique, qui peuvent refléter la physiologie spécifique au sexe et la régulation hormonale. De plus, des phosphatidylcholines et des sphingomyélines distinctes étaient associées à des altérations liées à l'obésité du tissu rénal, y compris des marqueurs de la sclérose glomérulaire.
« C'est comme donner à tout le monde un google cartes du rein, mais au lieu des rues et des points de repère, nous cartographions l'organisation cellulaire et les signatures moléculaires », a déclaré Spraggins. « Et comme les cartes, une fois que vous pouvez voir le terrain, vous pouvez commencer à naviguer et à intervenir avec plus de précision. »
Les avantages potentiels sont larges: une meilleure compréhension des relations entre les distributions cellulaires et moléculaires du rein, la stratification plus précise du risque de maladie du patient basée sur les données moléculaires, et éventuellement des interventions ciblées lipidiques pour les maladies.
Surtout, l'ensemble de données et les outils sont disponibles gratuitement via le programme d'atlas biomoléculaire humain du National Institutes of Health, qui est communément appelé Hubmap, ce qui signifie que la communauté de recherche plus large peut exploiter cette ressource pour de nouvelles hypothèses. Le centre d'imagerie multimodal biomoléculaire, le centre de cartographie des tissus Hubmap financée par les NIH situé à l'Université Vanderbilt et dirigé par Spraggins, s'est concentré sur le développement d'un atlas pour le rein humain et d'autres systèmes d'organes depuis six ans. En plus des chercheurs de Vanderbilt, Biomic comprend également des cliniciens du Vanderbilt University Medical Center et des scientifiques des données de l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas.
Les idées de l'étude pourraient se traduire par de nouveaux marqueurs diagnostiques ou des cibles thérapeutiques pour les maladies rénales. « Cet atlas établit une base de référence moléculaire », a déclaré Melissa Farrow, co-prime auteur et professeur agrégé de recherche de biologie cellulaire et de développement. « En comparant les tissus malades à cette référence, nous pouvons commencer à identifier les perturbations lipidiques qui sous-tendent la pathologie. »
En fin de compte, ce projet marque une étape pivot vers l'intégration de la lipidomique dans le grand public biomédical et redéfinit la façon dont nous regardons les organes à travers une lentille moléculaire.
