Une nouvelle approche d’étiquetage permet d’examiner les emballages que les cellules envoient pour avoir un aperçu de la santé

Nos cellules communiquent constamment et les scientifiques ont développé un moyen efficace de découvrir les messages qu’elles envoient dans des valises biologiques remplies de protéines appelées exosomes.

Ces exosomes sphériques, qui résident dans la membrane interne d’une cellule mais finiront par se diriger vers une autre cellule, transportent de grosses molécules comme les protéines, un élément de base du corps et les moteurs de l’activité biologique, et l’ARN, qui produit des protéines.

« Il s’agit d’un processus continu », déclare le Dr Sang-Ho Kwon, biologiste cellulaire au Département de biologie cellulaire et d’anatomie du Medical College of Georgia de l’Université d’Augusta, et il est de plus en plus évident qu’il se produit à la fois dans les états de santé et maladie.

« Nous essayons de comprendre ce puzzle de ce que font les exosomes dans différents scénarios », explique Kwon. Il est l’auteur correspondant d’une étude dans le Journal des vésicules extracellulaires détaillant une technique de marquage que lui et son équipe de recherche ont développée pour analyser le contenu des exosomes de tout type de cellule spécifique afin de mieux comprendre leur rôle dans le bien-être et la maladie.

« Leur contenu peut nous aider à dire ce que nos cellules se disent », dit Kwon, et fournit probablement des indices précoces que nous tombons malades et nous aide à mieux comprendre comment nous tombons malades.

On pense que la cargaison est chargée au début de la formation des exosomes par leurs endosomes précurseurs, près de la membrane cellulaire, qui fonctionnent un peu comme remplir le camion postal au bureau de poste avant qu’il ne se mette en route. Les exosomes y resteront jusqu’à ce qu’ils soient libérés par la cellule pour se rendre dans d’autres cellules.

Kwon et son équipe voulaient attraper la cargaison au début du processus.

À l’heure actuelle, le principal moyen d’étudier le contenu des exosomes consiste d’abord à sortir les exosomes de leur contexte, à les isoler, un processus plutôt laborieux qui peut donner des résultats incohérents. En fait, il peut isoler un type différent de vésicules, essentiellement des compartiments biologiques de notre corps dont les exosomes ne sont qu’un type.

L’équipe MCG a mis au point une méthode plus efficace qui permet d’étudier uniquement le contenu des exosomes, et d’étudier là où ils se trouvent.

Leur système de marquage comprend une variante de l’APEX, ou ascorbate peroxydase, qui est fusionnée à une autre protéine connue pour rechercher les exosomes. « APEX est en quelque sorte le missile qui me fait pénétrer à l’intérieur », déclare Kwon. L’APEX a une forte affinité pour la biotine, une vitamine B, qui se fixe aux protéines voisines, comme celles que porte l’exosome en développement, les marque et aide ainsi à les identifier. La biotine peut également traverser la membrane cellulaire derrière laquelle se trouvent les exosomes. Une autre protéine, la streptavidine, qui se lie naturellement à la biotine, leur permet de purifier et d’identifier clairement la cargaison protéique ainsi que l’ARN qui produira les futures protéines, à l’aide d’analyses fournies par la spectrométrie de masse.

Kwon se concentre sur les lésions rénales, et ils ont utilisé leur système pour montrer que le stress oxydatif, un sous-produit de l’utilisation de l’oxygène, qui est excessif et destructeur dans les états pathologiques, modifie la teneur en cargaison des exosomes fabriqués par les cellules rénales et trouvés dans l’urine. . Par exemple, les niveaux d’expression de certaines protéines ont changé, et certaines protéines ont même disparu.

Leur technique devrait faciliter le développement de bases de données sur le contenu habituel d’une variété de types de cellules différents qui permettront des études comparatives de ce qui arrive à leur contenu dans différents états pathologiques comme les études sur les lésions rénales de Kwon ou le cancer.

« Il s’avère qu’en regardant les exosomes dans l’urine ou le sang, et en regardant ce qu’il y a à l’intérieur, nous pouvons dire si la cellule est blessée ou saine », dit-il.

Leur première utilisation du système de marquage était dans des cellules rénales vivantes en culture. Ils veulent maintenant l’utiliser dans un modèle animal de maladie rénale.

L’équipe scientifique affirme que le système d’étiquetage peut en outre aider à suivre l’évolution du contenu des exosomes au fil du temps et potentiellement la façon dont les cellules réagissent au traitement en cas de maladie.

Les exosomes sont connus pour jouer un rôle clé dans la communication cellulaire, à la fois entre les cellules du même type et avec d’autres types. Encore une fois, il existe de plus en plus de preuves du rôle que jouent les exosomes dans la maladie, notamment en partageant avec d’autres cellules la nouvelle qu’elles sont malades et en aidant potentiellement à propager la maladie. « Il ne s’agit pas seulement de transmettre de bonnes nouvelles. Il transmet également de mauvaises nouvelles », a déclaré Kwon.

Il note que leur cargaison varie sans aucun doute dans ces divers scénarios, une raison importante pour pouvoir détecter ce que les exosomes transportent. Les changements peuvent finalement servir de bon moyen de surveiller la réponse au traitement, un autre aspect de la recherche sur les exosomes qui « explose », dit Kwon. Les scientifiques explorent également le potentiel d’utilisation des exosomes pour administrer réellement un traitement, en remplissant ces emballages biologiques avec des médicaments qui peuvent être livrés directement à l’endroit souhaité.

En fait, les cellules immunitaires, qui sont essentielles à la santé et à la maladie, libèrent également des exosomes. Ces compartiments biologiques semblent également jouer un rôle important dans l’élimination des débris cellulaires et autres déchets des cellules.

« C’est un domaine émergent, en ce moment », déclare Kwon. Les protéines sont le principal occupant car elles peuvent envoyer des signaux, mais elles peuvent également se lier à d’autres protéines et modifier leur fonction, dit-il. L’ARN peut faire de même, et de minuscules microARN peuvent modifier l’expression des gènes et, par conséquent, la fonction cellulaire.

L’intérêt de Kwon pour les exosomes a été scellé lorsque, en tant que postdoctorant à l’Université de Californie à San Francisco, il a cultivé des tubules rénaux, qui renvoient des nutriments vitaux au sang et éliminent les indésirables dans l’urine, dans un plat et ont trouvé des preuves que les exosomes jouaient un rôle clé. rôle dans l’évolution de la dynamique des gènes.

Il appelle l’accent mis sur les exosomes « science inversée », la plupart des gens examinant comment la cellule change tandis que lui et un nombre croissant de collègues examinent les paquets que la cellule envoie pour comprendre ce que fait la cellule. Bien que cela puisse ne pas sembler être le cas pour la plupart des gens, il dit que c’est en fait une façon moins complexe d’aborder l’activité cellulaire parce que vous regardez un paquet plus petit avec beaucoup moins de protéines.