Ein neuer Kennzeichnungsansatz ermöglicht die Untersuchung von Paketen, die Zellen versenden, um Erkenntnisse über die Gesundheit zu gewinnen

Unsere Zellen kommunizieren ständig, und Wissenschaftler haben eine effiziente Methode entwickelt, um herauszufinden, welche Botschaften sie in mit Proteinen gefüllten biologischen Koffern, den sogenannten Exosomen, senden.

Diese kugelförmigen Exosomen, die sich in der inneren Membran einer Zelle befinden, aber schließlich in eine andere Zelle eindringen, transportieren große Moleküle wie Proteine, ein Grundbaustein im Körper und Treiber biologischer Aktivität, und RNA, die Protein produziert.

„Dies ist ein fortlaufender Prozess“, sagt Dr. Sang-Ho Kwon, Zellbiologe am Department of Cellular Biology and Anatomy am Medical College of Georgia der Augusta University, und es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass er sowohl in Gesundheitszuständen als auch auftritt Erkrankung.

„Wir versuchen, dieses Rätsel zu lösen, was Exosomen in verschiedenen Szenarien tun“, sagt Kwon. Er ist korrespondierender Autor einer Studie in der Zeitschrift für extrazelluläre Vesikel Er beschreibt eine Markierungstechnik, die er und sein Forschungsteam entwickelt haben, um den Inhalt von Exosomen aus einem bestimmten Zelltyp zu analysieren, um ihre Rolle für Wohlbefinden und Krankheit besser zu verstehen.

„Ihr Inhalt kann uns dabei helfen, uns mitzuteilen, was unsere Zellen einander sagen“, sagt Kwon, und wahrscheinlich frühe Hinweise darauf geben, dass wir krank werden, und uns helfen, besser zu verstehen, wie wir krank werden.

Es wird angenommen, dass die Fracht früh bei der Bildung von Exosomen von ihren Vorläufer-Endosomen in der Nähe der Zellmembran geladen wird, die ähnlich funktionieren wie das Befüllen des Postlastwagens bei der Post, bevor er sich auf den Weg macht. Exosomen bleiben dort, bis sie von der Zelle freigegeben werden, um zu anderen Zellen zu reisen.

Kwon und sein Team wollten die Fracht früh im Prozess fangen.

Im Moment besteht die Hauptmethode, den Inhalt von Exosomen zu untersuchen, darin, Exosomen zunächst aus dem Kontext zu nehmen und sie zu isolieren, ein ziemlich mühsamer Prozess, der zu widersprüchlichen Ergebnissen führen kann. Tatsächlich kann es eine andere Art von Vesikel isolieren, im Grunde genommen biologische Kompartimente in unserem Körper, von denen Exosomen nur eine Art sind.

Das MCG-Team hat eine effizientere Methode entwickelt, die es ermöglicht, nur den Inhalt von Exosomen zu untersuchen, und zwar dort, wo sie sich befinden.

Ihr Markierungssystem umfasst eine Variante von APEX oder Ascorbatperoxidase, die mit einem anderen Protein fusioniert ist, von dem bekannt ist, dass es Exosomen aufspürt. „APEX ist eine Art Rakete, die mich ins Innere bringt“, sagt Kwon. APEX hat eine hohe Affinität zu Biotin, einem B-Vitamin, das sich an benachbarte Proteine ​​anlagert, wie sie das sich entwickelnde Exosom trägt, sie markiert und so hilft, sie zu identifizieren. Biotin kann auch die Zellmembran passieren, hinter der sich die Exosomen befinden. Ein weiteres Protein, Streptavidin, das auf natürliche Weise an Biotin bindet, ermöglicht es ihnen, die Proteinfracht sowie die RNA, die zukünftige Proteine ​​produzieren wird, mit Hilfe der Analyse durch Massenspektrometrie zu reinigen und eindeutig zu identifizieren.

Kwons Fokus liegt auf Nierenverletzungen, und sie haben ihr System verwendet, um zu zeigen, dass oxidativer Stress, ein Nebenprodukt der Verwendung von Sauerstoff, der bei Krankheitszuständen übermäßig und zerstörerisch ist, den Frachtgehalt von Exosomen verändert, die von Nierenzellen hergestellt und im Urin gefunden werden . Beispielsweise änderten sich die Expressionsniveaus einiger Proteine ​​und einige Proteine ​​verschwanden sogar.

Ihre Technik sollte die Entwicklung von Datenbanken mit dem üblichen Inhalt einer Vielzahl unterschiedlicher Zelltypen erleichtern, die vergleichende Studien darüber ermöglichen, was mit ihrem Inhalt bei verschiedenen Krankheitszuständen wie den Kwon-Studien zu Nierenverletzungen oder Krebs passiert.

„Es stellt sich heraus, dass wir durch einen Blick auf die Exosomen im Urin oder Blut und durch den Blick auf das Innere erkennen können, ob die Zelle verletzt oder eine gesunde Zelle ist“, sagt er.

Ihre erste Anwendung des Markierungssystems erfolgte in lebenden Nierenzellen in Kultur. Sie wollen es nun in einem Tiermodell für Nierenerkrankungen einsetzen.

Das wissenschaftliche Team sagt, dass das Markierungssystem außerdem dabei helfen kann, zu verfolgen, wie sich der Exosomeninhalt im Laufe der Zeit verändert und möglicherweise, wie Zellen im Falle einer Krankheit auf die Behandlung ansprechen.

Es ist bekannt, dass Exosomen eine Schlüsselrolle bei der Zellkommunikation spielen, sowohl zwischen Zellen des gleichen Typs als auch mit anderen Typen. Auch hier gibt es zunehmend Hinweise auf die Rolle, die Exosomen bei Krankheiten spielen, einschließlich der Weitergabe der Nachricht, dass sie krank sind, an andere Zellen und möglicherweise sogar zur Verbreitung von Krankheiten. „Es werden nicht nur gute Nachrichten übermittelt, sondern auch schlechte Nachrichten“, sagt Kwon.

Er stellt fest, dass ihre Fracht in diesen verschiedenen Szenarien zweifellos variiert, ein wichtiger Grund, um erkennen zu können, was Exosomen tragen. Änderungen könnten letztendlich als gute Möglichkeit dienen, das Ansprechen auf die Behandlung zu überwachen, ein weiterer Aspekt der Exosomenforschung, der „explodiert“, sagt Kwon. Wissenschaftler untersuchen auch das Potenzial der Verwendung von Exosomen zur tatsächlichen Behandlung, indem sie diese biologischen Verpackungen mit Medikamenten füllen, die direkt an den gewünschten Ort geliefert werden können.

Tatsächlich setzen auch Immunzellen, die für Gesundheit und Krankheit von entscheidender Bedeutung sind, Exosomen frei. Diese biologischen Kompartimente scheinen auch eine wichtige Rolle bei der Entfernung von Zelltrümmern und anderem Müll aus den Zellen zu spielen.

„Es ist gerade ein aufstrebendes Gebiet“, sagt Kwon. Proteine ​​sind die primären Bewohner, weil sie Signale senden können, aber sie können auch an andere Proteine ​​binden und ihre Funktion verändern, sagt er. RNA kann dasselbe tun, und winzige microRNA kann die Genexpression und folglich die Zellfunktion verändern.

Kwons Interesse an Exosomen wurde besiegelt, als er als Postdoc an der University of California in San Francisco Nierenkanälchen, die lebenswichtige Nährstoffe an das Blut zurückführen und unerwünschte Stoffe im Urin eliminieren, in einer Schale züchtete und Beweise dafür fand, dass Exosomen eine Schlüsselrolle spielten Rolle in der sich verändernden Gendynamik dort.

Er nennt den Fokus auf Exosomen „umgekehrte Wissenschaft“, wobei die meisten Menschen beobachten, wie sich die Zelle verändert, während er und eine wachsende Zahl von Kollegen auf die Pakete schauen, die die Zelle verschickt, um zu verstehen, was die Zelle vorhat. Auch wenn es den meisten Menschen nicht so erscheinen mag, sagt er, dass es tatsächlich ein weniger komplexer Weg ist, sich der Zellaktivität zu nähern, da Sie ein kleineres Paket mit weitaus weniger Proteinen betrachten.