معلومة

تسمية ولون الكلى - علم الأحياء


تسمية ولون الكلى

تشريح الكلى ووظيفتها

الكلى هي الأعضاء الرئيسية في الجهاز البولي. تعمل بشكل أساسي على تصفية الدم من أجل إزالة النفايات والمياه الزائدة. تفرز الفضلات والماء على شكل بول. تعيد الكلى أيضًا امتصاص المواد اللازمة للدم والعودة إليها ، بما في ذلك الأحماض الأمينية والسكر والصوديوم والبوتاسيوم والعناصر الغذائية الأخرى. ترشح الكلى حوالي 200 ليتر من الدم يوميًا وتنتج حوالي 2 ليتر من النفايات والسوائل الزائدة. يتدفق هذا البول عبر أنابيب تسمى الحالبين إلى المثانة. تخزن المثانة البول حتى يخرج من الجسم.


رسم تخطيطي للكلى البشرية

تحتوي الكلى البشرية على ملايين من وحدات الترشيح الصغيرة التي تسمى النيفرون ، والتي تمكن الجسم من الاحتفاظ بالعناصر الغذائية الحيوية وإفراز الجزيئات غير المرغوب فيها أو الزائدة بالإضافة إلى النفايات الأيضية من الجسم. بالإضافة إلى ذلك ، يلعبون أيضًا دورًا مهمًا في الحفاظ على توازن الماء في أجسامنا.

تحتوي الكلى البشرية على ملايين من وحدات الترشيح الصغيرة التي تسمى النيفرون ، والتي تمكن الجسم من الاحتفاظ بالعناصر الغذائية الحيوية وإفراز الجزيئات غير المرغوب فيها أو الزائدة بالإضافة إلى النفايات الأيضية من الجسم. بالإضافة إلى ذلك ، يلعبون أيضًا دورًا مهمًا في الحفاظ على توازن الماء في أجسامنا.

حقائق سريعة

حجم الكلية البالغة:
الطول: 11-12 سم
العرض: 5.0-7.5 سم

وزن الكلية البالغة:
ذكور: 125-170 جرام
إناث: 115-155 جرام

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

تقع الكلى في تجويف البطن ، وهي من أكثر المرشحات كفاءة. فهي عنصر مهم في جهاز الإخراج البشري ، وتساعد الجسم على الاحتفاظ بالجزيئات الأساسية والتخلص من الجزيئات غير المرغوب فيها. يلعبون دورًا حيويًا في الحفاظ على تكوين وحجم سوائل الجسم.

مقطع عرضي لكلية بشرية

  • يتم وضع المكونات الهيكلية الحيوية للكلية في كبسولة ليفية ناعمة ولكن صلبة تسمى كبسولة الكلى.
  • داخل هذه الكبسولة ، يمكن ملاحظة منطقتين متميزتين: منطقة خارجية شاحبة تسمى قشرة الكلى، وجزء داخلي مظلم يسمى النخاع الكلوي.
  • يتكون النخاع الكلوي من مجموعة من 8-18 بنية مخروطية تسمى الأهرامات الكلوية التي تحيط بها القشرة. تسمى أجزاء من القشرة بين هرمين متجاورين أعمدة الكلى.
  • ينتشر في هذه الأهرامات والقشرة ، وهي وحدات وظيفية تسمى النيفرون. يحدث الترشيح الفعلي للدم في النيفرون.
  • تسمى أطراف الأهرامات الكلوية الحليمة الكلوية، وتحيط بها المصارف على شكل كوب تسمى الكؤوس الصغيرة (المفرد: الكأس).
  • تتلاقى الكؤوس الصغيرة لتشكيل مصارف أو ثلاثة مصارف أكبر تسمى الكؤوس الكبرى، والتي تتقارب في النهاية إلى هيكل يسمى الحوض الكلوي. الحوض الكلوي متصل بالحالب.
  • يحدث إمداد الدم لجميع هذه الهياكل من خلال الفروع والفروع الفرعية للشريان الكلوي المسماة الشرايين بين الفصوص و الشرايين المقوسة على التوالى. تزود الشرايين بين الفصوص بالدم إلى حدود القشرة والنخاع ، بينما تتباعد الشرايين المقوسة لتشكل شرايين واردة تحمل الدم إلى النيفرون للترشيح.
  • يتم جمع الدم المصفى في النهاية من خلال الأوردة والفروع الفرعية التي تسمى الأوردة بين الفصوص و عروق مقوسة التي تتلاقى في الوريد الكلوي.
  • يتم جمع فضلات السوائل أو البول في قناة تجميع مشتركة من النيفرون ويتم تفريغها في الكؤوس الصغيرة. تستنزف الكؤوس الصغيرة في الكؤوس الرئيسية ، التي تفرغ محتوياتها في الحوض الكلوي. ومن هنا ينقله الحالب إلى المثانة البولية.

هيكل نفرون

تحتوي كل كلية على أكثر من 800000 نيفرون ، يعمل كل منها كوحدة وظيفية أساسية من خلال إجراء ثلاث عمليات أساسية: الترشيح وإعادة الامتصاص والإفراز. يتكون النيفرون بشكل أساسي من الجسيمات الكلوية والنبيبات الكلوية.

الكرية الكلوية

  • وهي مكونة من شبكة من الشعيرات الدموية تسمى الكبيبة التي تنشأ من الشرايين الواردة ، وتخرج من الجسم الكلوي كشريان صادر وكيس يشبه الكوب يسمى بومان & # 8217 كبسولة الذي يحيط الكبيبة. تحدث الخطوة الأولى من الترشيح في الجسم الكلوي.
  • تتكون جدران الشعيرات الدموية الكبيبية من أ مرشح ثلاثي الطبقات يسمح بترشيح الجزيئات الصغيرة ، ولا يمكن اختراقه للجزيئات الكبيرة مثل الألبومين وخلايا الدم.
  • أ ضغط مرتفع يتم إنشاؤه في الشعيرات الدموية الكبيبية لأن الشريان الصادر له قطر أصغر مقارنة بالشريان الوارد. نتيجة لهذا الضغط المرتفع ، يتم دفع الأيونات وجزيئات الماء إلى كبسولة Bowman & # 8217s ، تاركة وراءها دمًا مركّزًا يحتوي على خلايا الدم والجزيء الكبير.
  • يسمى المرشح الذي يتم استخراجه في كبسولة Bowman & # 8217s بالترشيح الفائق الكبيبي. يمر من كبسولة Bowman & # 8217s إلى النبيبات الكلوية ، بينما يتدفق الدم المركز من الكبيبة عبر الشرايين الصادرة.
  • يتم ترشيح حجم الدم بالكامل حوالي 20-25 مرة يوميًا من خلال عملية الترشيح الفائق هذه.

النبيبات الكلوية

  • إنه هيكل أنبوبي متخصص يتكون من نبيب ملتف قريب ، وأنبوب على شكل حرف U يسمى Loop of Henle ، ونبيب ملتوي بعيد. هذه المكونات الأنبوبية الثلاثة قابلة للاختراق بشكل انتقائي وتسمح فقط لجزيئات معينة بالمرور من خلالها. النبيبات الكلوية محاطة بشعيرات دموية تسمى الشعيرات بيريتوبولار التي تنشأ من الشرايين الصادرة.
  • النبيب الكلوي هو موقع إعادة الامتصاص والإفراز. يتم إعادة امتصاص المواد الضرورية للجسم من الأنابيب إلى الشعيرات الدموية المحيطة بالنبيبات ، ويتم إفراز الجزيئات غير المرغوب فيها أو السامة في تجويف النبيبات الكلوية.
  • يتم إعادة امتصاص الماء ، وأيونات الصوديوم والبوتاسيوم ، واليوريا ، والفوسفات ، والسيترات ، وكذلك الجزيئات العضوية مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية من نبيب الملتوية القريبة. بالإضافة إلى ذلك ، فهو موقع تكوين الأمونيوم وينطوي أيضًا على إفراز الأدوية الزائدة من الدم.
  • ثم يدخل هذا المرشح في حلقة هينلي الهابطةالتي تقع في لب الكلى. هنا ، تتم إعادة امتصاص الماء من المرشح إلى الأنسجة. يتم نقل هذا الماء بواسطة الخلايا إلى الشعيرات الدموية المحيطة بها.
  • ثم ينتقل المرشح عبر حلقة هينلي الصاعدة وهو غير منفذ للماء. ومن ثم ، تنتشر الأيونات فقط في الخلايا المحيطة ، والتي تمررها لاحقًا إلى الشعيرات الدموية المحيطة.
  • أثناء المرور عبر النبيبات الملتوية البعيدة، تسهل الأنسجة المحيطة كذلك تبادل الماء والأيونات من المرشح إلى الشعيرات الدموية. كما أنها تمتص أيونات البوتاسيوم والهيدروجين الزائدة من الشعيرات الدموية وتفرزها في المرشح.
  • ثم يتم جمع المرشح من عدة نيفرون في قناة تجميع مشتركة التي تفرغ في الكؤوس الصغيرة ، ثم تُجمع في المثانة على شكل بول.

تلعب الكلى دورًا حيويًا في استتباب الماء والأيونات ، وتحتوي على مجموعة ترشيح بيولوجية رائعة. أي عيوب أو اختلافات في الأداء الطبيعي للكلى لها تأثير سلبي على العديد من العمليات الخلوية والفسيولوجية للجسم.


امتصاص وإفراز أنبوبي

يحدث إعادة الامتصاص الأنبوبي في جزء معاهدة التعاون بشأن البراءات من النبيبات الكلوية. يتم إعادة امتصاص جميع العناصر الغذائية تقريبًا ، ويحدث هذا إما عن طريق النقل السلبي أو النشط. يتم تنظيم إعادة امتصاص الماء وبعض الإلكتروليتات الرئيسية ويمكن أن تتأثر بالهرمونات. الصوديوم (Na +) هو أكثر الأيونات وفرة ويتم امتصاص معظمه عن طريق النقل النشط ثم يتم نقله إلى الشعيرات الدموية حول الأنبوب. نظرًا لأن Na + يتم نقله بنشاط خارج النبيب ، فإن الماء يتبعه حتى خارج الضغط الاسموزي. يتم أيضًا إعادة امتصاص الماء بشكل مستقل في الشعيرات الدموية حول الأنبوب بسبب وجود أكوابورينات ، أو قنوات مائية ، في معاهدة التعاون بشأن البراءات. يحدث هذا بسبب انخفاض ضغط الدم وارتفاع الضغط الأسموزي في الشعيرات الدموية حول الأنبوب. ومع ذلك ، فإن كل مادة مذابة لها امتداد النقل الأقصى ولا يتم امتصاص الفائض.

الشكل 2. حلقة هنلي.

في حلقة Henle ، تتغير نفاذية الغشاء. يكون الطرف النازل منفذاً للماء ، وليس ذائباً ، والعكس صحيح بالنسبة للطرف الصاعد. بالإضافة إلى ذلك ، تغزو حلقة Henle النخاع الكلوي ، والذي يكون مرتفعًا بشكل طبيعي في تركيز الملح ويميل إلى امتصاص الماء من النبيبات الكلوية وتركيز المرشح. يزداد التدرج الأسموزي كلما تحرك أعمق في اللب. نظرًا لأن جانبي حلقة Henle يؤديان وظائف متعارضة ، كما هو موضح في الشكل 2 ، فإنه يعمل كملف مضاعف التيار المعاكس. يعمل المستقيم المستقيم من حوله كملف مبادل التيار المعاكس.

تعمل حلقة Henle (كما هو موضح في الشكل 2) كمضاعف للتيار المعاكس يستخدم الطاقة لإنشاء تدرجات التركيز. الطرف النازل نافذ للماء. يتدفق الماء من المرشح إلى السائل الخلالي ، لذلك تزداد الأسمولية داخل الطرف أثناء نزولها إلى النخاع الكلوي. في الجزء السفلي ، تكون الأسمولية أعلى داخل الحلقة منها في السائل الخلالي. وهكذا ، عندما يدخل المرشح إلى الطرف الصاعد ، تخرج أيونات Na و Cl من خلال القنوات الأيونية الموجودة في غشاء الخلية. علاوة على ذلك ، يتم نقل Na + بنشاط من المرشح ويتبع Cl -. الأسمولية تعطى بوحدات الميليوسمولات لكل لتر (الميلي أسمول / لتر)

سؤال الممارسة

مدرات البول العروية هي أدوية تستخدم أحيانًا لعلاج ارتفاع ضغط الدم. تمنع هذه الأدوية إعادة امتصاص أيونات الصوديوم والكلوريد بواسطة الطرف الصاعد لحلقة هنلي. من الآثار الجانبية أنها تزيد من التبول. لماذا تظن أن هذه هي القضية؟

بحلول الوقت الذي يصل فيه المرشح إلى DCT ، تمت إعادة امتصاص معظم البول والمواد المذابة. إذا كان الجسم يحتاج إلى ماء إضافي ، فيمكن إعادة امتصاصه بالكامل في هذه المرحلة. يتم التحكم في إعادة امتصاص المزيد من الهرمونات ، والتي سيتم مناقشتها في قسم لاحق. يحدث إفراز الفضلات بسبب نقص إعادة الامتصاص المقترن بالإفراز الأنبوبي. تفرز المنتجات غير المرغوب فيها مثل الفضلات الأيضية واليوريا وحمض البوليك وبعض الأدوية عن طريق الإفراز الأنبوبي. يحدث معظم الإفراز الأنبوبي في قناة DCT ، لكن بعضها يحدث في الجزء الأول من القناة المجمعة. تحافظ الكلى أيضًا على التوازن الحمضي القاعدي عن طريق إفراز أيونات H + الزائدة.

على الرغم من تسمية أجزاء من الأنابيب الكلوية القريبة والبعيدة ، في المقطع العرضي للكلية ، يتم وضع الأنابيب بالقرب من بعضها البعض وتلامسها مع الكبيبات. هذا يسمح بتبادل الرسل الكيميائي بين أنواع الخلايا المختلفة. على سبيل المثال ، يحتوي الطرف الصاعد DCT لحلقة Henle على كتل من الخلايا تسمى البقعة الكثيفة، والتي هي على اتصال بخلايا الشرايين الواردة تسمى الخلايا المجاورة للكبيبات. معا ، تشكل البقعة الكثيفة والخلايا المجاورة للكبيبات المركب المجاور للكبيبات (JGC). JGC هو هيكل الغدد الصماء التي تفرز إنزيم الرينين وهرمون إرثروبويتين. عندما تحفز الهرمونات خلايا البقعة الكثيفة في DCT بسبب الاختلافات في حجم الدم أو ضغط الدم أو توازن الكهارل ، يمكن لهذه الخلايا على الفور توصيل المشكلة إلى الشعيرات الدموية في الشرايين الواردة والصادرة ، والتي يمكن أن تنقبض أو تسترخي لتغيير الكبيبات معدل الترشيح للكلى.

طبيب كلى

يدرس أخصائي أمراض الكلى ويتعامل مع أمراض الكلى - تلك التي تسبب الفشل الكلوي (مثل السكري) والحالات التي تنتج عن أمراض الكلى (مثل ارتفاع ضغط الدم). يقع ضغط الدم وحجم الدم والتغيرات في توازن الكهارل ضمن اختصاص أخصائي أمراض الكلى.

يعمل أطباء الكلى عادة مع الأطباء الآخرين الذين يحولون المرضى إليهم أو يتشاورون معهم حول التشخيصات المحددة وخطط العلاج. عادة ما يتم إحالة المرضى إلى أخصائي أمراض الكلى لأعراض مثل الدم أو البروتين في البول أو ارتفاع ضغط الدم أو حصوات الكلى أو الفشل الكلوي.

طب الكلى هو تخصص فرعي من الطب الباطني. لتصبح اختصاصي أمراض الكلى ، يتبع كلية الطب تدريب إضافي لتصبح معتمدًا في الطب الباطني. يتم قضاء عامين إضافيين أو أكثر في دراسة اضطرابات الكلى بشكل خاص وتأثيراتها المصاحبة على الجسم.


11.3 - الكلى

تفرز جميع الكائنات الحية فضلاتها ، إلى جانب أي نواتج أيضية زائدة.

11.3.2 & # 8211 رسم وتسمية رسم تخطيطي للكلية

تعمل الكليتان كمرشحات للدم ، تزيل السموم الضارة. تدفق الدم عبر الكلى مرتفع للغاية بسبب العدد الكبير من الشعيرات الدموية. ال النخاع له أسمولية عالية لأنه يحتوي على الكثير من الملح. النيفرون محاطة بأوردة ، لكنها لا تلمس.

11.3.3 & # 8211 علق على رسم تخطيطي لكبيبة ونيفرون مرتبط لإظهار الوظيفة من كل جزء

الكبيبة هي مجموعة من الشعيرات الدموية المتفرعة.

11.3.4 & # 8211 شرح عملية الترشيح الفائق ، بما في ذلك ضغط الدم ، الدم النافخ الشعيرات الدموية والغشاء القاعدي

يتم إجراء الترشيح الفائق في جسم Malpighian. هنا ، هناك العديد من الشعيرات الدموية المسامية التي ليست انتقائية وبالتالي تسمح لمعظم المواد بالمرور.

يتم نقل الدم غير المصفى إلى النيفرون في الشريان الكلوي. يزداد ضغط الدم في الكبيبة لأن الفروع تصبح أضيق. ال ضغط دم مرتفع يجبر الماء واليوريا والأملاح والمواد المذابة الأخرى على تكوين الدم في الكبيبة إلى لومن كبسولة بومان.

ال الشعيرات الدموية المسامية و بودوسيتيس، أو الخلايا الخاصة ، ترشح الدم عن طريق نفاذه للماء والمذابات الصغيرة ولكن ليس الدم وبروتينات البلازما الأخرى. العملية في غير انتقائيويحتوي المرشح الناتج على أملاح وجلوكوز وفيتامينات ومخلفات نيتروجينية. في نهاية النيفرون ، هناك انقلاب يستوعب الكبيبة.

في نهاية النيفرون ، هناك انغماس يستوعب الكبيبة.

الشعيرات الدموية المثقبة

تشكل الشعيرات الدموية النافرة مسارًا لمقاومة منخفضة للخروج من الكبيبة كما فعلت الفجوات بين الخلايا التي تشكل الأوعية. هذه الفجوات مرئية فقط من خلال المجهر الإلكتروني.

لا يتم إخراج جميع محتويات الدم بالقوة أثناء العملية ، والتي تمنعها الأغشية القاعديّة. هذه بمثابة حواجز الترشيح ، ومنع الخلايا و بروتينات كبيرة أو بولي ببتيدات من المرور. وبدلاً من ذلك يتم الاحتفاظ بها في الدورة الدموية.

11.3.5 & # 8211 تحديد تنظيم التناضح

السيطرة على توازن الماء في الدم أو الأنسجة أو السيتوبلازم للكائن الحي.

تعتبر قناة التجميع مهمة لعملية تنظيم التناضح

11.3.6 - اشرح إعادة امتصاص الجلوكوز والماء والأملاح في الملتف القريب أنبوب صغير ، بما في ذلك دور الميكروفيلي والتناضح والنقل النشط

النبيب الملتوي القريب له ميكروفيلي، مما يمنحه مساحة سطح أكبر لامتصاص الجلوكوز والأحماض الأمينية والأيونات المعدنية من المرشح إلى الشبكة الشعرية. إنه أطول قسم من النيفرون. يتم نقل اليوريا أيضًا عن طريق الانتشار.

يتم نقل الأيونات المعدنية عن طريق النقل النشط ، وتسهيل الانتشار وتبادل الأيونات.

يتم امتصاص حوالي 80٪ من الماء بواسطة التنافذ.

النقل النشط يستخدم لنقل الجلوكوز والأحماض الأمينية ، لذلك هناك عدد كبير من الميتوكوندريا لتوفير الـ ATP المطلوب.

11.3.7 - اشرح أدوار حلقة Henle و medulla وقناة التجميع و ADH (فازوبريسين) في الحفاظ على توازن الماء في الدم

في ال الأطراف النازلة من حلقة هنلي نفاذية للماء، ولكن ليس لأيونات الصوديوم. وبدلاً من ذلك تنتشر أيونات الصوديوم في الحلقة. يتم سحب الماء من المرشح بواسطة التنافذ. هذا يقلل من تركيز السوائل في النخاع ، بينما يصبح المرشح أكثر تركيزًا.

يتم تقليل فقدان الماء من الجسم عن طريق طرد المزيد من البول المركز. يتدفق المرشح الكبيبي عبر النخاع ، و حلقة هنلي، والخروج من خلال القشرة. تزيد حلقة Henle من تركيز المادة المذابة في النخاع ، حيث تخلق ومنطقة ذات تركيز عالي الذائبة في خلايا وأنسجة النخاع. يتم تقليل حجم المرشح في النهاية.

من ناحية أخرى ، فإن الأطراف الصاعدة غير منفذة للماء ، ولكن لأيونات الصوديوم ، التي تضخ من المرشح إلى النخاع عبر النقل النشط. نتيجة لذلك ، يزداد تركيز أيونات الصوديوم في النخاع. يتم تقليل تركيز المرشح.

إذا تم إطلاق هذا الهرمون ، فإن مسام النبيب الملتوي البعيدة وقناة التجميع مفتوحة ، مما يجعلها قابلة للنفاذ إلى الماء.

ينتقل الدم إلى النبيبات الملتوية البعيدة حيث يتم تبادل الأيونات ، ثم إلى جمع القناة. يتم زيادة نفاذية هذه بواسطة هرمون فاسوبريسين (ADH) ، الذي يفتح المسام في أغشية الخلايا لهذه الأنابيب.

11.3.8 - شرح الفروق في تركيز البروتينات والجلوكوز واليوريا بين بلازما الدم والفلترة الكبيبية والبول

كل هذه المنتجات تتحرك بالتسلسل التالي:

خلال هذه العملية ، اليوريا يطرح من الجسم عن طريق البول. ومع ذلك ، لن يتم امتصاص كل اليوريا التي تغادر قناة التجميع بواسطة حلقة Henle ، لذلك هناك إعادة امتصاص كلية بنسبة 50٪ فقط. الجلوكوز، من ناحية أخرى ، يعاد امتصاصه من المرشح إلى الدم. يتم امتصاصه بنسبة 100٪. بينما البروتينات توجد في بلازما الدم ، ولا تنتقل إلى الترشيح الكبيبي. إذا تم العثور على البروتينات في البول ، فهذا يعني أن ضغط الدم مرتفع للغاية وهناك تلف في الكلية في كبسولة بومان.

11.3.9 - شرح وجود الجلوكوز في بول مرضى السكري غير المعالجين

الأشخاص المصابون بمرض السكري مستويات السكر في الدم غير المنتظمة، وغالبًا ما ترتفع عن المستويات الطبيعية ، خاصة بعد الوجبات. نتيجة لذلك ، الكلى غير قادر على إعادة امتصاص كل الجلوكوز من الدم ، لذلك يبقى البعض في البول. هذا لأن مضخات النبيب الملتف القريب غير قادرة على إعادة امتصاص مثل هذه التركيزات العالية من الجلوكوز (أعلى من 90 مجم لكل 100 مل).

نتيجة لذلك ، يمكن أن يؤدي تركيز الجلوكوز في بول الشخص إلى حدوث ذلك توضيح ما إذا كانوا مصابين بالسكري. إذا لم يتم علاجهم ، فسيستمر الجلوكوز في التواجد.


قم بتسمية مخطط الكلى والنيفرون أدناه

قسم الأحياء 3 - البطاقات التعليمية & quothilus & quot موجودة على الجانب المقعر من الكلى الذي يتم من خلاله ربط الحالب بالكلية ، حيث يدخل الشريان الكلوي والغرور الكلوي في الرسم التخطيطي للكلية والنيفرون أسفل بنية ووظيفة الكلى التشريح يقوم chegg الخاص بجهاز الإخراج بتسمية الرسم التخطيطي للكلى والنيفرون أدناه ، ثم قم بتسمية الرسم التخطيطي للكلى والنيفرون

مخطط النيفرون المسمى جميل Ausgezeichnet · ضع علامة على الرسم التخطيطي للكلى والكلاء أدناه
أسئلة الكلى ودليل الدراسة 11 3 2 رسم رسم تخطيطي للكلى ووضع علامة عليه

قم بتسمية الرسم التخطيطي للكلى والنيفرون أدناه - مخطط نيفرون المسمى جميل Ausgezeichnet
واجب منزلي لأنظمة إخراج الحيوانات ch44 ch44 واجبات منزلية لأنظمة إخراج الحيوان وملصقات بيضاء على الكلية البيضاء تسمية مخطط الكلية والنيفرون أدناه

توضح هذه الصورة الأوعية الدموية واتجاه تدفق الدم في النيفرون الشكل 4
قم بتسمية الرسم التخطيطي للكلية والنيفرون أدناه ، قم بتسمية الرسم التخطيطي للكلية والنيفرون أدناه إتقان صور علم الأحياء ، قم بتسمية مخطط الكلية والنيفرون أدناه إتقان صور علم الأحياء

نص كامل مجاني للآلات الدقيقة · ضع علامة على الرسم التخطيطي للكلى والنيفرون أدناه - مخططات التشريح وعلم وظائف الأعضاء
واجب منزلي لأنظمة إخراج الحيوانات ch44 ch44 واجبات منزلية لأنظمة إخراج الحيوان وملصقات بيضاء على الكلية البيضاء ، قم بتسمية مخطط الكلية والنيفرون أدناه

يوضح هذا الشكل شبكة الأوعية الدموية وتدفق الدم في الكلى
السؤال عن بنية الكلية ووظيفتها هيكل ووظيفة الكلى المطرح.

يوضح هذا الرسم البياني الأيونات والمواد الكيميائية المختلفة التي يتم إفرازها وإعادة امتصاصها على طول النيفرون
تم حل الجزء أ تحديد الهياكل التي تكمل الكلية المخطط أدناه باستخدام الخطوات التالية ضع الملصقات الوردية التي تشير إلى الأسمولية للسائل الخلالي في Mosm l على القطران الوردي الصحيح لاحظ أن الأرقام الموجودة داخل النيفرون وقناة التجميع تشير إلى الأسمولية للترشيح في تلك النقاط المختلفة ضع سهمًا أحمر للإشارة إلى النقل النشط أو سهم أرجواني للإشارة إلى النقل السلبي على القطران المتبقي

يوضح هذا الرسم البياني مسار عمل نظام الرينين الألدوستيرون أنجيوتنسين
الإجابة الصحيحة يجب أن تمر الغازات من خلال جميع الأجزاء الثلاثة هـ من الكلية. قم بتسمية الرسم التخطيطي للكلية والنيفرون أدناه ، وسحب الملصقات إلى مواقعها المناسبة على الرسم التخطيطي أدناه ، يمكن أن تكون الملصقات

رسم تخطيطي A Nephron - رسم تخطيطي للكلى هيكل داخلي أنيق
الرسم التخطيطي المسمى للنيفرون وموقعه ووظائفه يقع معظم النيفرون في المنطقة الخارجية من الكلية ، والقشرة الكلوية ، أي جزء واحد من حلقة الهينل تدخل الجزء المركزي من الكلية ، والنخاع الكلوي.

مخطط تشريح الكلى المقطع العرضي لصحة جسم الإنسان

قم بتسمية المحور في مخطط Excel ، وقم بتسمية الرسم التخطيطي للجلد ، وقم بتسمية مخطط المرحلة لثاني أكسيد الكربون ، وقم بتسمية الرسم البياني ، وتغذية الملصق ، وقم بتسمية الجزيئات على أنها رابطة الدول المستقلة أو عبر ، أو تسمية من الزجاجة ، أو تسمية مخطط البركان ، أو تسمية الصور تسمية الجهاز الهضمي


النبيبات الكلوية هي بنية طويلة ومعقدة تنبثق من الكبيبة ويمكن تقسيمها إلى ثلاثة أجزاء بناءً على الوظيفة. الجزء الأول يسمى النبيبات الملتوية القريبة (PCT) بسبب قربها من الكبيبة فإنها تبقى في القشرة الكلوية. الجزء الثاني يسمى حلقة هنلي، أو الحلقة الكلوية ، لأنها تشكل حلقة (مع تنازلي و الأطراف الصاعدة) يمر عبر النخاع الكلوي. الجزء الثالث من النبيبات الكلوية يسمى النبيبات الملتفة البعيدة (DCT) ويقتصر هذا الجزء أيضًا على القشرة الكلوية. يربط DCT ، وهو الجزء الأخير من النيفرون ، محتوياته ويفرغها في قنوات التجميع التي تبطن الأهرامات النخاعية. تجمع قنوات التجميع محتويات من عدة نيفرونات وتندمج معًا عند دخولها الحليمات في النخاع الكلوي.

تزود الشبكة الشعرية التي تنشأ من الشرايين الكلوية النيفرون بالدم الذي يحتاج إلى تصفيته. الفرع الذي يدخل الكبيبة يسمى شرين وارد. الفرع الذي يخرج من الكبيبة يسمى الشرايين الصادرة. داخل الكبيبة ، تسمى شبكة الشعيرات الدموية الطبقة الشعرية الكبيبية. بمجرد خروج الشرايين الصادرة من الكبيبة ، فإنها تشكل شبكة الشعيرات الدموية حول الأنبوب، الذي يحيط ويتفاعل مع أجزاء من النبيبات الكلوية. في النيفرون القشرية ، تحيط الشبكة الشعرية المحيطة بالنبيبات معاهدة التعاون بشأن البراءات و DCT. في nephrons juxtamedullary ، تشكل الشبكة الشعرية المحيطة بالنبيبات شبكة حول حلقة Henle وتسمى الأوعية المستقيمة.


المثانة [عودة إلى الأعلى]

تنضم جميع قنوات التجميع معًا في حوض الكلى لتشكيل الحالبمما يؤدي الى المثانة. المرشح ، يسمى الآن بول، يتم إنتاجه باستمرار عن طريق كل كلية ويقطر في المثانة للتخزين. المثانة عبارة عن كيس قابل للتمدد ، وعندما تكون ممتلئة ، ترسل مستقبلات التمدد في الجدران المرنة نبضات إلى النخاع ، مما يؤدي إلى استرخاء العضلات العاصرة ، مما يؤدي إلى التبول (أو التبول). هذه استجابة لا إرادية لا إرادية يمكننا تعلم التحكم فيها إلى حد معين عندما نكون صغارًا.


الكلى

نعرض هنا الكلية المفردة المفتوحة / المشقوقة على طول محورها الطويل إلى نصفين (قطعنا من الهامش الجانبي - لا يزال الحالب سليمًا ومتصلًا بالحوض الكلوي).

تتكون الكلية من ثلاث مناطق مختلفة داخليًا: الجزء الخارجي القشرة، الوسط النخاع (مع ال الأهرامات الكلوية) والداخلي - الأكثر الحوض الكلوي.

قم بالتمرير لأسفل الصفحة لمزيد من التفاصيل حول هذه المناطق المتخصصة.

عندما يدخل الدم إلى الكلية عبر الشريان الكلوي ، يتم إجباره عبر متاهة من الأنابيب الصغيرة (النيفرون) - الوحدة الوظيفية للكلية. هذه النيفرون لها الأقرب تنتهي داخل القشرة الكلوية.

تقوم النيفرون بترشيح الماء والأيونات والنفايات النيتروجينية وغيرها من المواد من الدم والشكل بول التي يتم تمريرها بعد ذلك عبر قنوات التجميع إلى قاعدة الأهرامات الكلوية وفي الحوض الكلوي.

يتجمع البول في الحوض الكلوي ، والذي يصب في الحوض الحالب (المشار إليها مع الملصق). ينتقل البول في الحالب للتخزين في المثانة البولية.

الدم المصفى يخرج من الكلى عبر الوريد الكلوي.

العودة إلى: نظام الإخراج


نتائج

التجميع وتحديد أنواع الخلايا

أجرينا نسخًا أحادية الخلية على كلية جنينية بشرية من الأسبوع 16 من الحمل ، أي ما يعادل 14 أسبوعًا من التطور (الشكل 1 ب). بعد تقليم البيانات والإزالة الصارمة للخلايا المتأثرة بالإجهاد (الشكل S2 ، الطرق) ، تم الاحتفاظ بـ 6602 خلية لمزيد من التحليل. تم تحديد مجموعات الخلايا عن طريق المجموعات الهرمية بعد تجانس k-الأقرب [12]. قمنا بتعيين أنواع الخلايا لهذه المجموعات من خلال التعبير عن جينات العلامة من الأدبيات المتعلقة بتطور كلى الفأر. تمت الإشارة إلى الدراسات التي ربطت جينات مجموعة الأدبيات هذه بأنواع خلايا معينة في جدول S1. بعد دمج المجموعات المتشابهة (الشكل S3 ، الطرق) ، حصلنا على 22 نوعًا من الخلايا (S4 الشكل) وتصورنا النسخ أحادية الخلية في خريطة تضمين الجوار العشوائية الموزعة ثنائية الأبعاد (tSNE) [13] (الشكل 1C).

أظهر متوسط ​​مستويات التعبير لجينات مجموعة الأدبيات اختلافات واضحة بين أنواع الخلايا (الشكل 2 أ). تم تمييز الشخصيات غير القابلة للعب ، التي تم توزيعها على أربع مجموعات متميزة (NPCa-d) ، بواسطة العلامات المحددة SIX2 (الشكل 1 ج) ، مقيدة 1, MEOX1، و EYA1. كان التعبير عن هذه العلامات السلفية أعلى في NPCa ، والذي اعتبرناه بالتالي "حسن النية" NPCs ذاتية التجديد. أظهر NPCb مستويات أقل من مقيدة 1 و SALL1 ومستويات أعلى من GDNF و HES1 بالمقارنة مع مجموعات NPC الأخرى. HES1، عامل النسخ المصب لإشارات NOTCH ، مهم لمزيد من تمايز الخلايا الكلوية. مقارنة بمجموعات NPC الأخرى ، أظهر NPCc تعبيرًا أعلى عن كراب 2، والذي يرتبط بإشارات حمض الريتينويك [14]. عرضت NPCd منخفضة OSR1, مقيدة 1، و MEOX1 التعبير وزيادة مستويات LEF1، وهو مؤشر معروف لتحريض الشخصيات غير القابلة للعب تجاه التمايز. مقارنةً بالأنواع الفرعية الأخرى لـ NPC ، تم تمييز NPCd أيضًا بجزء أكبر من الخلايا في طور G2 / M من دورة الخلية (الشكل 2 ب و 2 ج) وتعبير أعلى عن علامات الانتشار (الشكل 2 د) ، مما يشير إلى انتشار أسرع. سنناقش العلاقة بين مجموعات NPC المختلفة بمزيد من التفصيل أدناه (انظر عدم التجانس في مكانة كلوية).

(أ) تعيين خريطة الحرارة للأدب التعبير الجيني في 22 نوعًا من الخلايا المحددة. كان التعبير عبارة عن تحويل فريمان-توكي ، متوسطًا على جميع الخلايا في عنقود وموحد من حيث الجينات. (ب) خريطة tSNE لجميع الخلايا ذات اللون الذي يشير إلى درجة G2 / M (محسوبة بواسطة أداة Cyclone [15]). تعكس هذه الدرجة احتمال أن تكون الخلية في طور G2 / M. (C) متوسط ​​درجات G2 / M من اللوحة B على الخلايا في كل نوع خلية. (د) يعني التعبير عن علامات الانتشار [16] (Z- درجات) لكل نوع خلية. يمكن العثور على البيانات الرقمية التي يقوم عليها هذا الرقم في S1 Data. CnT ، توصيل أنبوب DTLH ، أنبوب / حلقة بعيدة من Henle End ، خلايا بطانية ErPrT ، أنبوب قريب مبكر G2 / M ، طور دورة الخلية G2 / M ICa ، الخلايا الخلالية a ICb ، الخلايا الخلالية b IPC ، الخلايا السلفية الخلالية Leu ، الكريات البيض Mes ، خلايا ميسانجيل NPCa ، خلايا سلف النيفرون أ NPCb ، خلايا سلف نفرون ب NPCc ، خلايا نيفرون سابقة ج NPCd ، خلايا سلف نيفرون د قرنة ، بودوسيت بروليف ، خلايا متكاثرة PTA ، ركام قبل نواة RVCSBa ، حويصلة كلوية / جسم على شكل فاصلة أ الحويصلة الكلوية / الجسم على شكل فاصلة b scRNAseq ، تسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية SSBm / d ، SSBpod الإنسي / البعيدة للجسم على شكل s ، خلايا سلائف الجسم على شكل s SSBpr ، خلايا سليفة الجسم القريبة على شكل s tSNE ، الجار العشوائي الموزع على شكل T تضمين UBCD ، برعم الحالب / قناة التجميع.

تستمر عملية تكوّن الكلية مع إنشاء الخلايا التجميعية قبل الأنبوبية (PTA) ، والتي تتطور بدورها إلى RV و CSB. في بياناتنا ، تم تحديد خلايا PTA بناءً على تعبير عالٍ عن LHX1 (الشكل 1 ج) ، JAG1, WNT4، و CCND1. نظرًا لأن RV و CSB يمكن تمييزهما بشكل أساسي عن طريق التشكل ، فقد تم تجميع الخلايا التي تنتمي إلى هذين الهيكلين في تحليلنا (RVCSB). تم تمييز خلايا RVCSB بنفس الجينات مثل خلايا PTA ، لكن يبدو أنها تتكاثر بشكل أقل (الشكل 2 ب -2 د). علاوة على ذلك ، عبروا عن علامات تعكس نمطًا إقليميًا أكثر تقدمًا ، مما سمح لنا بالتمييز بين نوعين فرعيين (أ و ب). كان لدى RVCSBa تعبير أعلى عن الجينات التي ارتبطت مؤخرًا بـ RV البعيدة (SFRP2, DLL1, LHX1) ، بينما يعبر RVCSBb عن الجينات التي تشير إلى RV القريب (CDH6, FOXC2, مافب, CLDN1, WT1).

الخطوة التالية في التطوير هي تشكيل SSB. في مجموعة البيانات الخاصة بنا ، تم تمثيل هذا الهيكل بثلاث مجموعات ، سميت وفقًا لجزء من النبيبات والظهارة الكبيبية المعروف أنها تؤدي إلى - SSBpr ، النبيبات القريبة SSBm / d ، SSBpod الإنسي / البعيد ، الخلايا البودوسية. تم تحديد SSBpr في بياناتنا بواسطة علامات النبيب القريب المبكر (ErPrT) (مثل HNF1A, CDH6, AMN) ، وكذلك انخفاض التعبير عن SLC3A1, LRP2، و SLC13A1، والتي من المعروف أنها توجد في خلايا الأنابيب القريبة الأكثر نضجًا. لذلك ، من المحتمل أن يكون SSBpr من السلائف لخلايا ErPrT ، والتي عبرت عن مستويات أعلى من العلامات القريبة المبكرة جنبًا إلى جنب مع CLDN2 (الشكل 1 ج) ، ANPEP، و SLC34A1. تمثل مجموعة أخرى (SSBm / d) الخلايا الأولية لحلقة Henle والنبيب البعيد في SSB. يمكن التعرف على هذه المجموعة من خلال وجود IRX1, IRX2, بطاقة SIM2, SOX9, POU3F3، و HNF1B، جنبًا إلى جنب مع التعبير المنخفض عن PAPPA2 و MAL وغياب CDH6 و HNF1A. تم العثور على أنواع الخلايا التي من المعروف أنها تتطور من SSBm / d معًا في مجموعة واحدة (أنبوب / حلقة بعيدة من Henle [DTLH]). أظهرت هذه المجموعة تعبيرًا عاليًا عن العلامات البعيدة MAL, CLCN5, SLC12A3، و POU3F3، والتي هي خاصة بالنبيبات البعيدة ، وكذلك SLC12A1, PAPPA2، و UMOD، والتي توجد في حلقة هنلي. أخيرًا ، الخلايا التي من المحتمل أن تؤدي إلى ظهور خلايا بودوسيت ، SSBpod ، متجمعة بشكل منفصل. أظهرت هذه الخلايا تعبيرًا عاليًا عن مافب و FOXC2، كلا من عوامل النسخ اللازمة لتطوير هوية podocyte ، ومستويات منخفضة من علامات خلايا podocytes الناضجة CLIC5 (الشكل 1 ج) ، PTPRO, NPHS1، و NPHS2. أظهرت هذه المجموعة أيضًا أعلى تعبير عن OLFM3، التي تم تحديدها مسبقًا كعلامة محددة لسلائف podocyte المقيمة في الجزء الحشوي من الجزء القريب من SSB. على النقيض من SSBpod ، أظهرت الخلايا البودية (Pods) تعبيرًا أعلى لعلامات الخلايا القرنية الناضجة ومستويات أقل من مافب. ستتم دراسة الاختلافات بين SSBpod و Pods بمزيد من التفاصيل أدناه (انظر تطوير Podocyte). بسبب التشابه الكبير في التعبير الجيني بين SSB ومرحلة الحلقة الشعرية ، لا يمكننا استبعاد أن مجموعات SSB تحتوي أيضًا على خلايا من مرحلة الحلقة الشعرية.

يمكن أيضًا تحديد خلايا الأنبوب المتصل (CnT) ، الذي يربط النبيبات البعيدة بقناة التجميع ، في البيانات. قاموا بمشاركة العلامات مع قناة التجميع (مثل ALDH1A1, TACSTD2، و CDH1) ، النبيبات البعيدة (SOX9, POU3F3) و UB (ريت, KRT8, KRT18, MMP7). تم تمييز خلايا UB وقناة التجميع (UBCD) بقوة بواسطة جينات معروفة مثل AQP2 (الشكل 1 ج) ، CALB1, KRT8, KRT18, ريت، و جاتا 2، الموجودة في قناة التجميع بالإضافة إلى ساق وطرف UB.

The developing nephrons are surrounded by interstitial tissue, a separate lineage that originates in interstitial progenitor cells (IPCs). We identified IPCs by coexpression of FOXD1 و GDNF. These cells also expressed lower levels of markers known to be found in more mature cells like بدجفرا for ICs or PDGFRB (Fig 1C) and ACTA2 for mesangial cells. We identified two subtypes of ICs (a and b), which were similar in their marker gene profile. Compared to IPCs, they lacked FOXD1 and expressed less (ICa) or no (ICb) GDNF. ICa showed high levels of FGF7, which has been localized to the renal fibroblasts or stroma surrounding the ureter and the collecting system. ICa also showed high levels of TPM2 و ACTA2, markers of smooth muscle-like cells. ICb, on the other hand, expressed genes like DCN (Fig 1C), DES, SERPINE2، و COL3A1, which are known to mark cortical stromal cells. Endothelial cells were identified by markers such as KDR و TEK, whereas leukocytes showed many specifically expressed genes, such as CD37 أو CD48. Finally, one cluster of cells (Prolif) had a higher expression of proliferation markers compared to most other cell types (Fig 2D) but lacked discernible cell type markers.

Developmental flow

The literature-based analysis of the found clusters seemed to suggest that cells cluster by developmental progression (e.g., NPCs versus PTA cells), as well as location (e.g., RVCSBa, distal, versus RVCSBb, proximal). Because the interpretation of clusters is sometimes based on genes that are expressed in multiple developmental stages, we wanted to retrieve the developmental flow with an independent method. كنا Monocle 2 [17] to learn a graph that represents the developmental hierarchy of the cell types from the PTA on (Fig 3A). Subsequently, cells were placed on a pseudotime scale rooted in the PTA (Fig 3B and 3C). This analysis showed that PTA cells were followed by RVCSBa and RVCSBb, the SSB clusters, and finally the clusters identified as more mature types (DTLH, ErPrT, Pod). Therefore, the clustering was strongly driven by developmental progression. RVCSBa cells were distributed over a fairly broad period of pseudotime and already occurred before branch point 1, which separates proximal from distal cell fates (Fig 3A). This might indicate that some of these cells preceded the RVCSBb, whereas others were primed to develop into distal fates. RVCSBb cells, however, only appeared after branch point 1, which confirmed that they were likely progenitors of proximal cell fates. On three separate branches, SSBm/d preceded DTLH, SSBpr preceded ErPrT, and SSBpod preceded Pods, which confirmed the identity of the SSB clusters. The temporal relationship of the NPC subtypes will be discussed in detail below (see Heterogeneity in the nephrogenic niche).

(A) Two-dimensional embedding (with the DDRTree algorithm [18]) of all w16 kidney cells, calculated by Monocle 2 [17]. The graph learned by the algorithm is shown as a black line. Colors and labels indicate cell types. (B) Same embedding as in panel A. Color indicates pseudotime calculated by Monocle 2. (C) Box plots of cell type distribution over pseudotime. The numerical data underlying this figure can be found in S1 Data. DTLH, distal tubule/loop of Henle ErPrT, early proximal tubule Pod, podocyte PTA, pretubular aggregate RVCSBa, renal vesicle/comma-shaped body a RVCSBb, renal vesicle/comma-shaped body b SSBm/d, s-shaped body medial/distal SSBpod, s-shaped body podocyte precursor cells SSBpr, s-shaped body proximal precursor cells w16, week 16.

Comparison with existing single-cell transcriptomics data

To further confirm the interpretation of the cell clusters, we wanted to compare our data with an existing single-cell transcriptomics study of a w17 fetal kidney by Lindström and colleagues [19]. To that end, we first corrected for batch effects, using a method based on matching mutual nearest neighbors in the two data sets [20]. After correction, the two data sets showed a large degree of overlap (S5A Fig). This allowed us to use the cell types found by Lindström and colleagues to classify the cell clusters found here, using a k-nearest neighbors approach (see Methods). NPCa–c were also classified as NPC by Lindström and colleagues, whereas NPCb were considered “primed NPC,” which supports the notion that NPCb were primed to differentiate. The NPCd cluster was classified as “proliferating cells.” This classification is in agreement with our observation that NPCd seemed to proliferate more than other NPC subtypes (Fig 2B–2D). Because NPCd expressed low levels of NPC markers (such as SIX2 و CITED1), these cells were likely in a transition state between NPCs and PTA cells. Whereas the majority of PTA cells identified here were considered “PTA/RV I” by Lindström and colleagues, RVCSBa cells were spread over multiple cell types. This spread was likely due to the fact that transitory cell types are transcriptionally similar, and their clustering is therefore less robust. Nevertheless, the “PTA/RV II” cluster received most of the RVCSBa cells. RVCSBb cells were called “podocyte precursors” in the Lindström data set, whereas SSBpod as well as Pods were classified as “podocytes.” In our data set, RVCSBb directly preceded SSBpod (Fig 3A), so they could indeed be considered podocyte progenitors. Below, we will show that SSBpod did form a cell state separate from Pods and should not be grouped with them (see Podocyte development). In agreement with our analysis, the majority of SSBpr were classified as “proximal precursor” or “proximal tubule,” and all ErPrT were considered “proximal tubule” by Lindström and colleagues. CnT and DTLH were both classified as “distal/loop of Henle (LOH) precursor.” The fact that two cell types in the study by Lindström and colleagues (“podocytes” and “distal/LOH precursor”) were split in multiple subclusters in our study likely reflects differences in sample preparation. Whereas Lindström and colleagues preferentially released single cells from the nephrogenic niche, here, the whole kidney was used. Consequently, the Lindström data set has a finer resolution of NPCs and early, proliferating cell types, whereas our data set allowed us to resolve more mature cell types. The two data sets therefore complement each other.

Marker identification

To confirm the inferred cell types and also identify novel markers, we pursued two complementary strategies. First, we determined a set of marker genes based on their usefulness as classifiers for individual cell types: for each gene, the performance of a binary classifier was evaluated by the area under the receiver operating characteristic (AUROC) and combined with expression level filtering (see Methods). This resulted in 88 marker genes (S6A Fig, marker set, S3 Table). Only 11 of these markers overlapped with the 89 genes in the literature set (S6C Fig). To our knowledge, many of the remaining markers had not been associated with kidney development in previous studies. As an independent approach, we used the KeyGenes algorithm [21] to identify classifier genes among the 500 most highly variable genes (HVGs), using two-thirds of all cells as a training set. Based on the classifier genes determined by KeyGenes, we next predicted the cell types of the remaining one-third of the cells (test set). Cell types could be predicted with an average certainty (id score) of 0.59 24% of the cells in the test set obtained an id score higher than 0.8. Of the 95 classifier genes (S6B Fig, KeyGenes set, S3 Table), 24 were the same as in the marker set, and 14 were common with the literature set (S6C Fig).

Because the interpretation of the found cell clusters was largely based on markers identified in mouse development, we were wondering whether the new markers identified here were informative for the classification of cell types in the mouse kidney. Using a scRNA-seq measurement of cells from a whole P1 mouse kidney [22], we plotted the expression of the newly identified marker genes in single cells (S7 Fig). In many cases, markers that were found to label a particular cell type in the human fetal kidney were coexpressed in the same subset of mouse cells. A few markers, however, were either ubiquitously expressed or almost completely absent. This might be due to interspecies differences.

Comparison of different developmental ages

By establishing the identity of cell clusters at w16, we obtained a snapshot of cell type diversity in the fetal kidney. To explore whether the identified expression patterns change dynamically throughout development, we analyzed four additional samples from different developmental ages (w9, w11, w13, and w18), which together contained 11,359 usable cells. Using, again, batch correction based on mutual nearest neighbors [20], we visualized all samples in a common tSNE map (Fig 4, S8 Fig). Overall, gene expression in the different samples was largely overlapping for the majority of cell types. For example, proximal tubules cells (ErPrT) appeared at the same positions in the tSNE map in all samples (Fig 4B). The position of Pods, however, shifted systematically across different ages, which corresponds to a continuing change in expression pattern (Fig 4C). This observation might suggest that Pods further matured in terms of their expression pattern after being specified.

(A) tSNE map combining all five samples (w9, w11, w13, w16, w18). Samples were corrected for batch effects by matching mutual nearest neighbors [20]. Cells in the w9, w11, w13, and w18 samples were classified by comparing to the w16 sample using a k-nearest neighbors-based approach (see Methods). (B) tSNE map of all ages restricted to ErPrT. Labels and colors indicate ages. Six outlier cells were omitted from this plot to improve visualization. (C) tSNE map of all ages restricted to Pods. Labels and colors indicate ages. The numerical data underlying this figure can be found in S1 Data. CnT, connecting tubule DTLH, distal tubule/loop of Henle End, endothelial cells ErPrT, early proximal tubule ICa, interstitial cells a ICb, interstitial cells b IPC, interstitial progenitor cell Leu, leukocyte Mes, mesangial cells NPCa, nephron progenitor cells a NPCb, nephron progenitor cells b NPCc, nephron progenitor cells c NPCd, nephron progenitor cells d Pod, podocyte Prolif, proliferating cells PTA, pretubular aggregate RVCSBa, renal vesicle/comma-shaped body a RVCSBb, renal vesicle/comma-shaped body b scRNAseq, single-cell RNA sequencing SSBm/d, s-shaped body medial/distal SSBpod, s-shaped body podocyte precursor cells SSBpr, s-shaped body proximal precursor cells tSNE, t-distributed stochastic neighbor embedding tx, transcript UBCD, ureteric bud/collecting duct w16, week 16.

Differential expression analysis of Pods of different ages revealed 109 differentially expressed genes (fold change > 2 in any comparison, false discovery rate (FDR) < 0.05, S4 Table). Functional annotation analysis of these genes showed significant enrichment of two gene ontology (GO) terms—“proteinaceous extracellular matrix” (adjusted ص-value = 1.9 × 10 −3 , including SPON2, BGN, COL1A2، و CTGF) and “extracellular exosomes” (adjusted ص-value = 1.4 × 10 −3 , including NPNT, S100A10, ANXA1، و EPCAM). Some of the differentially expressed genes have been shown to be important for kidney development. على سبيل المثال، NPNT و DCN showed increasing expression from w11 to w18. Knockout of the extracellular matrix protein NPNT in mice decreases the invasion of the UB and causes agenesis or hypoplasia [23]. NPNT was further shown to be expressed in the glomerular basement membrane and to be necessary for podocyte adhesion in mice [24]. Ablation of this gene in mice causes podocyte effacement. As in the case of NPNT, DCN has been reported to be part of the glomerular basement membrane proteins [25]. This gene appeared strongly up-regulated in podocytes between w11 and w13 or w18 (fold changes of 3.25 and 4.6, respectively). The increase of NPNT و DCN expression over time in our data set could reflect an increase in adhesion between podocytes and glomerular basement membrane. Pods further showed significant differential expressions of genes related to stress, like HSPA1A and HSPA1ب أو NFKB genes (NFKB2, نفكبيا، و REL), with the highest levels at w18. This might suggest that dissociation-related stress increases with age for podocytes, maybe related to stronger adhesion of the cells, or that stress-related genes have another, physiological role in development.

We would like to emphasize that the observed gene expression changes with age should be considered with caution because they might be related to the differences in genotype between the samples. A much larger number of samples would be necessary to rule out such interindividual differences as a cause.

Having established the identity of the cell clusters, we next wanted to demonstrate how the data set can be used to explore different aspects of kidney development. We specifically focused on the nephrogenic niche, which showed pronounced heterogeneity, and the development of podocytes, which progressed via a distinct, intermediate cell state (SSBpod).

Heterogeneity in the nephrogenic niche

The formation of the nephron epithelium starts with the NPCs that differentiate and form the PTA, RV, and CSB. Studies in the mouse suggest that cells in the NPC compartment are not biased towards a particular lineage and patterning is first detectable in the PTA [26]. Nevertheless, the w16 scRNA-seq data indicated the presence of several nephron progenitor subpopulations, NPCa–d. To clarify the temporal relationship of these clusters, we employed Monocle 2 again to arrange them together with the PTA cells on a pseudotime scale (Fig 5A). NPCa clearly preceded NPCb and c, which seemed to appear around the same pseudotime. NPCd cells followed NPCb and c and preceded PTA. This analysis suggested that NPCa are the “bona fide” NPCs and give rise to NPCb and c. NPCd, which were likely more proliferative than the other NPCs (Fig 2B–2D), seemed to be an intermediate state between (slowly cycling) NPCa–c and the PTA.

(A) Pseudotime analysis of the nephrogenic niche (NPC) and the PTA. Two-dimensional DDRTree [18] embedding and the learned graph (shown as a black line) were calculated with Monocle 2 [17]. Labels and colors indicate cell types. (B) Schematic sketch of the CM indicating the distance د from the UB to the edge of the CM (solid arrow) and the relative distance س along the UB (dashed arrow), in which 0 and 1 represent the top and bottom of the CM, respectively. (C) Representative image of SIX2 and CITED1 immunostaining in a w15 human fetal kidney. Dashed lines in the insets indicate the outline of the nuclei, based on DAPI signal. Arrows in the inset point to cells in which CITED1 is concentrated in the nucleus. Scale bar = 50 μm. (D) Quantification of SIX2 and CITED1 immunostaining with respect to the distance د from UB or distance س along the UB see panel A. Error bars indicate the SEM calculated over all evaluated profiles (ن = 24). (E) Representative image of HSPA1A, NR4A1, and CKS2 immunostaining in a w15 human fetal kidney. Scale bar = 20 μm. (F) Representative image of UNCX and CITED1 immunostaining. Arrowheads indicate the presence of immunostaining signal. Scale bar = 100 μm. The numerical data underlying this figure can be found in S1 Data. CM, cap mesenchyme NPC, nephron progenitor cell PTA, pretubular aggregate SEM, standard error of the mean UB, ureteric bud w15, week 15.

To localize the NPC clusters in the tissue, we made use of the fact that they expressed various levels of CITED1 و SIX2 (Fig 2A): whereas NPCa and NPCc exhibited roughly similar levels of these markers, NPCb and NPCd had lost CITED1 almost completely, while retaining some SIX2 التعبير. In an immunostaining of a w15 kidney, CITED1 and SIX2 appeared overlapping in a subset of cells (Fig 5B–5D). Quantification of the fluorescence signal (Methods) revealed clear differences between their expression patterns. Whereas SIX2 expression was approximately constant throughout the CM, CITED1 expression decreased, relative to SIX2, with increasing (radial) distance from the UB (Fig 5D). A marked drop of CITED1 was visible between 10 and 20 μm from the UB, which approximately corresponds to the first layer of cells. To exclude that the observed difference between SIX2 and CITED1 expression was due to the different fluorophores on the secondary antibodies, we repeated the experiment with swapped fluorophores. This measurement produced a very similar expression gradient (S9A Fig). To exclude that the observed effect was influenced by PTA found in the CM towards the stalk of the UB, the analysis was repeated, taking only the 20% of CM cells closest to the edge of the cortex into account. A similar expression gradient was observed (S9C Fig). This result implies the existence of a CITED1 low/SIX2 high subpopulation of cells, which are not in contact with the UB. Secondly, we observed that CITED1 decreased relative to SIX2 towards the interface with the PTA and the stalk of the UB (Fig 5D). A similar observation was made when the experiment was repeated with swapped fluorophores (S9B Fig). Taken together, these results suggested that NPCa and NPCc were located closer to the surface of the UB and closer to the tip of the UB compared to the other NPC subtypes. Additionally, we also observed differences in subcellular localization of CITED1 protein within the CITED1 high compartment. Whereas for the majority of cells CITED1 was found in the cytoplasm, in several cells it was concentrated in the nucleus (right inset in Fig 5C). In contrast, SIX2 was always found restricted to the nucleus (left inset in Fig 5C). This observation might indicate that CITED1 was only active in a small population of cells, which would constitute another layer of cell–cell heterogeneity.

In addition to the observed heterogeneity in CITED1 و SIX2, differences between the NPC clusters could also be gleaned from the set of novel markers (marker set, S3 Table).

TMEM100 و RSPO3 specifically marked NPCa. RSPO3 is an activator of the canonical WNT signaling pathway [27], suggesting a role of WNT either in NPC self-renewal or UB branching morphogenesis. Notably, all markers of NPCb (CACYBP, MRPL18, ZFAND2A, DNAJB1) were related to the stress response in some form. The markers of NPCc (CRABP2, HAS2, MDK, HOXC6), which were also expressed in the other NPC types, are all either targets of retinoic acid or binding it [14,28,29]. MDK has been shown to be expressed in the CM of the developing rat kidney, and its neutralization reduced the number of formed nephrons in vitro [30,31]. Finally, the NPCd markers CENPF, HMGB2, CCNB2, and NUSAP1 all have a role in cell cycle regulation or proliferation [16]. HMGB2 was recently implied in the activation of quiescent adult neural stem cells [32].

The observation that markers of NPCb were related to the stress response seemed to suggest that this cluster was created as an artefact of cell dissociation [33], despite our best efforts to remove stressed cells (see Methods). On the other hand, the vast majority of NPCb cells were classified as “primed NPC II” in the Lindström data set (S5 Fig). The fact that NPCb cells were only detected in the w16 and w18 kidneys is consistent with single-cell dissociation becoming increasingly difficult with fetal age, or alternatively, with a progenitor cell aging phenomenon. To explore the differences between NPCb and the other NPC clusters further, we immunostained HSPA1A and NR4A1, both known stress-response genes, in w15 kidney sections (Fig 5E). HSPA1A was identified as a marker of NPCb (S9D Fig, S3 Table), whereas NR4A1 was expressed in multiple NPC clusters but highest in NPCb (S9D Fig). بالإضافة إلى، NR4A1 was also identified in the study by Adam and colleagues [22] to be up-regulated in response to elevated temperatures during enzymatic dissociation. HSPA1A and NR4A1 were both observable in the nephrogenic niche at the level of the stalk of the UB and at the transition to the PTA or RV. Additionally, we studied the expression of EGR1, another stress-related gene that marked NPCb, with smFISH (S9E Fig). EGR1 was mainly found toward the stalk of the UB and in a few cells around the tip of the UB, whereas SIX2 و CITED1 transcripts were visible throughout the CM (S9F Fig). Because results obtained in fixed tissue sections are not confounded by dissociation-related artifacts, these immunostainings and smFISH measurements supported the existence of NPCb cells in the fetal kidney.

The fourth NPC cluster, NPCd, was clearly distinguished by proliferation markers (Fig 2B–2D). To locate NPCd in the tissue, we immunostained the cell cycle regulator and NPCd marker CKS2 (S2G Fig). CKS2 signal could be observed around the stalk of the UB and in RVs (Fig 5E). This result supported the interpretation that NPCd were a proliferating transitory state between NPCa–c and PTA.

Given the crucial role of the nephrogenic niche in the development of nephrons, it is likely that misexpression or mutation of genes that are specifically expressed in NPCs affect kidney function. Mining a database of genome wide association studies (GWAS) revealed that genes that were differentially expressed in NPCs were significantly enriched for association with kidney disease (ص = 1.7 × 10 −3 , one-sided Fisher’s exact test). No enrichment was found for lung diseases (ص = 0.21, one-sided Fisher’s exact test) (see Methods, S10 Fig, S4 Table). Unsurprisingly, several of the disease-associated genes are known regulators of kidney development, such as SALL1, SOX11، و HAS2 [34–37]. The other identified genes had not been previously associated with kidney development. على سبيل المثال، DDX1, which was differentially expressed in NPCs as well as SSBpod, is an RNA helicase that promotes micro-RNA maturation [38]. UNCX, which was broadly expressed in all NPC clusters, is a homeobox transcription factor involved in somitogenesis and neurogenesis [39] and has also been found to be up-regulated in the induced mouse nephrogenic mesenchyme in culture [40]. It was recently associated with renal-function–related traits [41] as well as glomerular filtration rate [42–44]. In our data, the expression profile of UNCX was similar to that of CITED1 (S9H Fig). Immunostaining of UNCX confirmed the scRNA-seq results and showed expression of UNCX in the nephrogenic zone, as marked by CITED1 (Fig 5F and S9I Fig). These findings suggested UNCX as a novel potential regulator of early nephrogenesis.

Podocyte development

Another cell type of high relevance for kidney function is the podocyte. This cell type is critical for filtration and is implied in several forms of kidney disease [45]. Podocytes wrap around the glomerular basement membrane (capillary bed) inside Bowman’s capsule (Fig 6A). Clustering (Fig 1C) and pseudotime analysis (Fig 3) of the w16 kidney data set had indicated that development into Pods occurs via a distinct intermediate state that we dubbed SSBpod here. This cell state was likely related or even identical to previously discovered podocyte precursors [19,46]. In the Lindström data set [19], SSBpod and Pods were both classified as “podocytes,” and the RVCSBb were considered “podocyte precursors” (S5B Fig). To show that SSBpod cells were indeed a localizable cell state distinct from Pods, we further investigated their expression pattern (Fig 6B), focusing on known literature markers (literature set) and the marker set (S3 Table). Compared to RVCSBb, SSBpod showed higher expression of MAFB و FOXC2, which are necessary for the determination of podocyte identity [47,48]. On the other hand, compared to Pods, they exhibited lower expression of genes typically associated with more mature podocytes, like CLIC5, PODXL، و PTPRO. Filtration function-related genes like NPHS1, NPHS2، و PTPRO were expressed at intermediate levels in SSBpod compared to RVCSBb, where they were absent, and Pods, where they are highly expressed. A similar pattern could be observed for genes associated with podocyte polarization or structural organization as well as pedicel growth and patterning. Finally, Pods showed the expression of genes that negatively regulate the cell cycle and support long term survival, consistent with their postmitotic nature [49]. In contrast, SSBpod specifically expressed ORC4, which has a function in DNA replication. However, proliferation markers were lowly expressed in both SSBpod and Pods (Fig 2D), which suggested low proliferative potential in both cell types. In contrast to NPCs, association with kidney disease was not significantly enriched among genes differentially expressed in SSBpod (ص-value = 0.1, one-sided Fisher’s exact test). One of the disease-associated genes was OLFM3, which has been associated with glomerular filtration rate [50]. OLFM3, a secreted glycoprotein, has a known function in brain and retina development [51] and has been identified as a marker for podocyte precursors in two independent studies [19,46]. In our data set, it was specifically expressed in SSBpod (Fig 6C) and was a marker for this cell type in the marker set and KeyGenes set (S3 Table).

(A) Schematic of development from the SSB to the glomerulus. Regional patterning is shown in color—proximal (purple), medial (green), distal (orange). (B) Expression heat map of the subset of marker set genes that are markers for SSBpod and Pods. Expression was Freeman-Tukey transformed, averaged over all cells in a cluster and standardized gene-wise. (C) Two-dimensional tSNE map showing the expression of OLFM3. Expression is indicated by color expression values of 1 are plotted in gray. (D) Typical images of MAFB, PODXL, and ACTA2 immunostaining in SSB and glomeruli. w15 female kidney. Scale bar = 50 μm. (E) Representative images of smFISH of OLFM3, MAFB، و CLIC5 in SSBpod and Pods. w15 female kidney. Scale bar = 10 μm. (F) Box plots of smFISH signal densities in SSB (ن = 10), capillary loop (ن = 4), and glomeruli (ن = 8), for OLFM3, MAFB و CLIC5 (* adjusted ص < 0.05, ** adjusted ص < 0.0005). w15 female kidney. (G) Volcano plot of differential gene expression between SSBpod and Pod. L2FC Pod over SSBpod versus −log10 (adjusted ص-value). Genes with an adjusted ص < 0.05 and L2FC > 1 were considered significant (colored data points). Genes with an AP-1 binding site are shown in red. The numerical data underlying this figure can be found in S1 Data. CnT, connecting tubule DE, differentially expressed DTLH, distal tubule/loop of Henle End, endothelial cells ErPrT, early proximal tubule ICa, interstitial cells a ICb, interstitial cells b IPC, interstitial progenitor cell Leu, leukocyte L2FC, log2 fold change Mes, mesangial cells NPCa, nephron progenitor cells a NPCb, nephron progenitor cells b NPCc, nephron progenitor cells c NPCd, nephron progenitor cells d Pod, podocyte Prolif, proliferating cells PTA, pretubular aggregate RVCSBa, renal vesicle/comma-shaped body a RVCSBb, renal vesicle/comma-shaped body b smFISH, single molecule fluorescence in situ hybridization SSBm/d, s-shaped body medial/distal SSBpod, s-shaped body podocyte precursor cells SSBpr, s-shaped body proximal precursor cells tSNE, t-distributed stochastic neighbor embedding tx, transcript UBCD, ureteric bud/collecting duct w15, week 15.

In order to localize SSBpod, Pods and mesangial cells in situ, we immunostained w15 kidney sections with antibodies for MAFB, PODXL, and ACTA2 (Fig 6D). As expected, PODXL and MAFB were found in Pods at the capillary loop stage and in more mature glomeruli. MAFB staining extended to the proximal segment of the SSB, which indicated that SSBpod may be part of this structure. To locate the SSBpod cells more precisely, we performed smFISH on CLIC5 و MAFB, expressed both in Pods and SSBpod (Fig 6E). We observed a subpopulation of MAFB+/CLIC5− cells outside the glomeruli, which we identified as the SSBpod. These cells could be found predominantly in the visceral part of the proximal segment of the SSB but also at the capillary loop stage. This result supported the notion that SSBpod were transient cells that preceded (mature) Pods. Having localized the SSBpod, we next wanted to confirm OLFM3 as a marker of this cell type. smFISH of OLFM3, MAFB، و CLIC5 أظهر OLFM3 to be coexpressed with MAFB but absent in cells that were positive for CLIC5 (Fig 6E), a marker that persists in podocytes in the adult kidney. Quantification of the density of smFISH signals (Fig 6F) showed that OLFM3 was absent in glomeruli but could be detected in the subpopulation we identified as SSBpod (MAFB+/CLIC5−). In summary, these results supported OLFM3 as a robust marker of podocyte precursors.

Finally, we were wondering whether our data set would also allow us to identify candidate mechanisms that drive development from SSBpod to Pods. Differential expression analysis revealed 228 genes that had a significant, bigger than 2-fold changes between SSBpod and Pods (Fig 6G, S4 Table). Among these we found factors belonging to multiple signaling pathways, such as FGF1, VEGFA, HES1، و EGF1. Vegfa و Fgf1 are known to have a homeostatic function in podocytes [52–54], whereas هس 1, a target of the NOTCH signaling pathway, seems to be necessary for the synthesis of extracellular matrix proteins in these cells [55]. Binding sites for the transcription factor AP-1 were strongly enriched in this set of genes (145 out of 228 genes, adjusted ص-value = 1.3 × 10 −5 ). AP-1 would therefore be an interesting target for perturbation studies in mouse models.

All in all, the results presented here complement other, recent, single-cell transcriptomics studies of the fetal kidney. We demonstrated how the data can be interrogated to find expression patterns that will improve our understanding of human kidney development.


Perch Dissection 2

The fish in the class Osteichthyes have bony skeletons. There are three groups of the bony fish — ray-finned fish, lobe-finned fish, and the lung fish. The perch is an example of a ray-finned fish. Its fins have spiny rays of cartilage &/or bone to support them. Fins help the perch to move quickly through the water and steer without rolling. The perch also has a streamline body shape that makes it well adapted for movement in the water. All ray-finned fish have a swim bladder that gives the fish buoyancy allowing them to sink or rise in the water. The swim bladder also regulates the concentration of gases in the blood of the fish. Perch have powerful jaws and strong teeth for catching and eating prey. Yellow perch are primarily bottom feeders with a slow deliberate bite. They eat almost anything, but prefer minnows, insect larvae, plankton, and worms. Perch move about in schools, often numbering in the hundreds.

The scientific name for the yellow perch, most often used in dissection, is Perca flavescens (Perca means “dusky” flavescens means “becoming gold colored”). The sides of the yellow perch are golden yellow to brassy green with six to eight dark vertical saddles and a white to yellow belly. Yellow perch have many small teeth, but no large canines. Yellow perch spawn from mid-April to early May by depositing their eggs over vegetation or the water bottom, with no care given. The eggs are laid in large gelatinous adhesive masses.

Preserved perch, dissecting pan, scalpel, scissors, forceps, magnifying glass, dissecting pins, apron, gloves, eye cover, tape measure


شاهد الفيديو: محاضرة في الباثومورفولوجي pathology كيفية تسمية الاورام naming tumors (كانون الثاني 2022).