Eine Möglichkeit, wie Zellen miteinander kommunizieren, ist die Sekretion und Aufnahme extrazellulärer Vesikel (EVs). Elektrofahrzeuge transportieren eine Vielzahl von Ladungen, darunter Proteine, Lipide und Nukleinsäuren. Ihre Aufnahme beeinflusst die Funktion der Empfängerzellen, indem sie Signalprozesse und die Genexpression beeinflusst.
Trotz umfangreicher Untersuchungen zu Elektrofahrzeugen ist jedoch wenig über ihre zellspezifische Aufnahme durch Empfängerzellen bekannt.
„Zu verstehen, wie Empfängerzellen Elektrofahrzeuge aufnehmen, ist entscheidend für die Entschlüsselung der umfassenderen Mechanismen, die die Kommunikation von Zelle zu Zelle in zellulären Prozessen sowohl bei Gesundheit als auch bei Krankheit steuern“, erklärt Koshi Imami vom RIKEN Center for Integrative Medical Sciences.
Imami und Kollegen haben nun eine neuartige Methode entwickelt, um die Interaktion zwischen Elektrofahrzeugen und Empfängerzellen zu verfolgen. Das TurboID-EV-System funktioniert durch die Markierung von Empfängerzellproteinen in der Nähe von Elektrofahrzeugen mit Biotin (Vitamin B7). Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Analytische Chemie.
„Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, die Elektrofahrzeuge mit fluoreszierenden Proteinen markieren oder Mikroskopie verwenden, bietet unsere Methode einen globalen Überblick über Proteine, die an der Aufnahme und Interaktion von Elektrofahrzeugen innerhalb der Empfängerzellen beteiligt sind“, sagt Imami.
Durch die Identifizierung der Biotin-markierten Proteine mittels biochemischer Anreicherung und Massenspektrometrie können Forscher Hinweise auf die molekularen Mechanismen gewinnen, die der Aufnahme von Elektrofahrzeugen zugrunde liegen.
Imami und Kollegen entwickelten eine Biotin-Ligase, die so konstruiert ist, dass sie mit EV-Membranen in menschlichen embryonalen Nierenzellen fusioniert, ohne die EV-Sekretion zu beeinträchtigen. Indem sie sekretierte TurboID-EVs sammelten und sie mit Empfängerzellen inkubierten, die mit schweren Aminosäuren markiert und mit Biotin ergänzt waren, konnten sie Biotinylierungsereignisse untersuchen, die während der Aufnahme von EVs auftreten.
Die Forscher identifizierten mehr als 450 biotinylierte Empfängerproteine. Dazu gehörten bekannte Proteine, die an dem Prozess beteiligt sind, bei dem Zellen externe Substanzen verschlingen, um sie einzubringen. Das Team fand außerdem Proteine, die am intrazellulären Transport beteiligt sind, und membranassoziierte Proteine, die in diesem Modell für die EV-Aufnahme von entscheidender Bedeutung sein könnten.
Die Methode kann für verschiedene EV-Subtypen und Zelltypen angepasst werden. „Die Vielseitigkeit unseres Systems ermöglicht es Forschern, die Spezifität der EV-Aufnahmemechanismen in vielen biologischen Kontexten zu untersuchen“, sagt Imami.
Die Entdeckung der Proteine, die an der Aufnahme von Elektrofahrzeugen beteiligt sind, könnte unser Verständnis darüber verbessern, wie sich Krebszellen ausbreiten, und dazu beitragen, auf Elektrofahrzeugen basierende Arzneimittelabgabesysteme zu entwickeln, die auf bestimmte Zelltypen abzielen.
Imamis Team versucht nun, das TurboID-EV-System auf ein Mausmodell anzuwenden, um zu verstehen, wie sich Krebs zwischen Organen ausbreitet. „Es ist bekannt, dass von Tumoren stammende EVs von organspezifischen Zellen aufgenommen werden, um die Ausbreitung von Krebs auf neue Organe vorzubereiten“, erklärt Imami. „Wir wollen die Funktion dieser Elektrofahrzeuge charakterisieren.“
Mehr Informationen:
Yuka Li et al, TurboID-EV: Proteomic Mapping of Recipient Cellular Proteins Proximal to Small Extrazelluläres Vesikel, Analytische Chemie (2023). DOI: 10.1021/acs.analchem.3c01015