Depletion of podocytes, common to glomerular diseases in general, plays a role in the pathogenesis of glomerulosclerosis. Whether podocyte injury in adulthood can be repaired has not been established. Here, we demonstrate that in the adult human kidney, CD133+CD24+ cells consist of a hierarchical population of progenitors that are arranged in a precise sequence within Bowman's capsule and exhibit heterogeneous potential for differentiation and regeneration. Cells localized to the urinary pole that expressed CD133 and CD24, but not podocyte markers (CD133+CD24+PDX− cells), could regenerate both tubular cells and podocytes. In contrast, cells localized between the urinary pole and vascular pole that expressed both progenitor and podocytes markers (CD133+CD24+PDX+) could regenerate only podocytes. Finally, cells localized to the vascular pole did not exhibit progenitor markers, but displayed phenotypic features of differentiated podocytes (CD133−CD24−PDX+ cells). Injection of CD133+CD24+PDX− cells, but not CD133+CD24+PDX+ or CD133-CD24− cells, into mice with adriamycin-induced nephropathy reduced proteinuria and improved chronic glomerular damage, suggesting that CD133+CD24+PDX− cells could potentially treat glomerular disorders characterized by podocyte injury, proteinuria, and progressive glomerulosclerosis.

Abstract Bone marrow (BM)-derived mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent, nonhemopoietic progenitors that also possess regulatory activity on immune effector cells through different mechanisms. We demonstrate that human BM-derived MSCs expressed high levels of Toll-like receptors (TLRs) 3 and 4, which are both functional, as shown by the ability of their ligands to induce nuclear factor κB (NF-κB) activity, as well as the production of interleukin (IL)-6, IL-8, and CXCL10. Of note, ligation of TLR3 and TLR4 on MSCs also inhibited the ability of these cells to suppress the proliferation of T cells, without influencing their immunophenotype or differentiation potential. The TLR triggering effects appeared to be related to the impairment of MSC signaling to Notch receptors in T cells. Indeed, MSCs expressed the Notch ligand Jagged-1, and TLR3 or TLR4 ligation resulted in its strong downregulation. Moreover, anti-Jagged-1 neutralizing antibody and N[N-(3,5-difluorophenacetyl-l-alanyl)]-S-phenylglycine t-butyl ester (DAPT), an inhibitor of Notch signaling, hampered the suppressive activity of MSCs on T-cell proliferation. These data suggest that TLR3 and TLR4 expression on MSCs may provide an effective mechanism to block the immunosuppressive activity of MSCs and therefore to restore an efficient T-cell response in the course of dangerous infections, such as those sustained by double-stranded RNA viruses or Gram-negative bacteria, respectively. Disclosure of potential conflicts of interest is found at the end of this article.

Recent studies implicated the existence in adult human kidney of a population of renal progenitors with the potential to regenerate glomerular as well as tubular epithelial cells and characterized by coexpression of surface markers CD133 and CD24. Here, we demonstrate that CD133+CD24+ renal progenitors can be distinguished in distinct subpopulations from normal human kidneys based on the surface expression of vascular cell adhesion molecule 1, also known as CD106. CD133+CD24+CD106+ cells were localized at the urinary pole of Bowman's capsule, while a distinct population of scattered CD133+CD24+CD106- cells was localized in the proximal tubule as well as in the distal convoluted tubule. CD133+CD24+CD106+ cells exhibited a high proliferative rate and could differentiate toward the podocyte as well as the tubular lineage. By contrast, CD133+CD24+CD106- cells showed a lower proliferative capacity and displayed a committed phenotype toward the tubular lineage. Both CD133+CD24+CD106+ and CD133+CD24+CD106- cells showed higher resistance to injurious agents in comparison to all other differentiated cells of the kidney. Once injected in SCID mice affected by acute tubular injury, both of these populations displayed the capacity to engraft within the kidney, generate novel tubular cells, and improve renal function. These properties were not shared by other tubular cells of the adult kidney. Finally, CD133+CD24+CD106- cells proliferated upon tubular injury, becoming the predominating part of the regenerating epithelium in patients with acute or chronic tubular damage. These data suggest that CD133+CD24+CD106- cells represent tubular-committed progenitors that display resistance to apoptotic stimuli and exert regenerative potential for injured tubular tissue.

Severe AKI is often associated with multiorgan dysfunction, but the mechanisms of this remote tissue injury are unknown. We hypothesized that renal necroinflammation releases cytotoxic molecules that may cause remote organ damage. In hypoxia-induced tubular epithelial cell necrosis in vitro, histone secretion from ischemic tubular cells primed neutrophils to form neutrophil extracellular traps. These traps induced tubular epithelial cell death and stimulated neutrophil extracellular trap formation in fresh neutrophils. In vivo, ischemia-reperfusion injury in the mouse kidney induced tubular necrosis, which preceded the expansion of localized and circulating neutrophil extracellular traps and the increased expression of inflammatory and injury-related genes. Pretreatment with inhibitors of neutrophil extracellular trap formation reduced kidney injury. Dual inhibition of neutrophil trap formation and tubular cell necrosis had an additive protective effect. Moreover, pretreatment with antihistone IgG suppressed ischemia-induced neutrophil extracellular trap formation and renal injury. Renal ischemic injury also increased the levels of circulating histones, and we detected neutrophil infiltration and TUNEL-positive cells in the lungs, liver, brain, and heart along with neutrophil extracellular trap accumulation in the lungs. Inhibition of neutrophil extracellular trap formation or of circulating histones reduced these effects as well. These data suggest that tubular necrosis and neutrophil extracellular trap formation accelerate kidney damage and remote organ dysfunction through cytokine and histone release and identify novel molecular targets to limit renal necroinflammation and multiorgan failure.

Abstract Acute kidney injury (AKI) is considered largely reversible based on the capacity of surviving tubular cells to dedifferentiate and replace lost cells via cell division. Here we show by tracking individual tubular cells in conditional Pax8/Confetti mice that kidney function is recovered after AKI despite substantial tubular cell loss. Cell cycle and ploidy analysis upon AKI in conditional Pax8/FUCCI2aR mice and human biopsies identify endocycle-mediated hypertrophy of tubular cells. By contrast, a small subset of Pax2+ tubular progenitors enriches via higher stress resistance and clonal expansion and regenerates necrotic tubule segments, a process that can be enhanced by suitable drugs. Thus, renal functional recovery upon AKI involves remnant tubular cell hypertrophy via endocycle and limited progenitor-driven regeneration that can be pharmacologically enhanced.