Onze cellen communiceren voortdurend en wetenschappers hebben een efficiënte manier ontwikkeld om erachter te komen welke berichten ze verzenden in met eiwitten gevulde biologische koffers, exosomen genaamd.

Deze bolvormige exosomen, die zich in het interne membraan van een cel bevinden, maar uiteindelijk naar buiten zullen gaan om in een andere cel te komen, transporteren grote moleculen zoals eiwitten, een basisbouwsteen in het lichaam en aanjagers van biologische activiteit, en RNA, dat eiwitten produceert.

"Dit is een continu proces", zegt Dr. Sang-Ho Kwon, celbioloog bij de afdeling Cellulaire Biologie en Anatomie van het Medical College of Georgia aan de Augusta University, en er zijn steeds meer aanwijzingen dat het zowel in gezondheidstoestanden als ziekte.

"We proberen deze puzzel te achterhalen van wat exosomen in verschillende scenario's doen", zegt Kwon. Hij is corresponderend auteur van een studie in het Journal of Extracellular Vesicles waarin hij een labeltechniek beschrijft die hij en zijn onderzoeksteam hebben ontwikkeld om de inhoud van exosomen van elk specifiek celtype te analyseren om hun rol in welzijn en ziekte beter te begrijpen.

"De inhoud ervan kan ons helpen te vertellen wat onze cellen elkaar vertellen", zegt Kwon, en geeft waarschijnlijk vroege aanwijzingen dat we ziek worden en helpt ons beter te begrijpen hoe we ziek worden.

Er wordt gedacht dat vracht vroeg in de vorming van exosomen wordt geladen door hun voorloper-endosomen, in de buurt van het celmembraan, die ongeveer hetzelfde werken als het vullen van de postwagen op het postkantoor voordat deze op weg gaat. Exosomen blijven daar totdat ze door de cel worden vrijgegeven om naar andere cellen te reizen.

Kwon en zijn team wilden de lading vroeg in het proces vangen.

Op dit moment is de belangrijkste manier om exosome-inhoud te bestuderen, eerst exosomen uit hun context te halen en ze te isoleren, een nogal moeizaam proces dat inconsistente resultaten kan opleveren. In feite kan het een ander type blaasje isoleren, in feite biologische compartimenten in ons lichaam waarvan exosomen slechts één type zijn.

Het MCG-team heeft een efficiëntere methode ontwikkeld waarmee alleen de inhoud van exosomen kan worden bestudeerd en bestudeerd waar ze zich bevinden.

Hun labelsysteem omvat een variant van APEX, of ascorbaatperoxidase, dat is gefuseerd met een ander eiwit waarvan bekend is dat het exosomen zoekt. "APEX is een soort raket waarmee ik naar binnen ga", zegt Kwon. APEX heeft een hoge affiniteit voor biotine, een B-vitamine, die zich hecht aan nabijgelegen eiwitten, zoals degene die het ontwikkelende exosoom draagt, labelt en zo helpt ze te identificeren. Biotine kan ook door het celmembraan gaan waar de exosomen achter zitten. Nog een eiwit, streptavidine, dat van nature bindt aan biotine, stelt hen in staat om de eiwitlading en het RNA dat toekomstige eiwitten zal produceren te zuiveren en duidelijk te identificeren, met behulp van analyse door massaspectrometrie.

De focus van Kwon ligt op nierbeschadiging en ze hebben hun systeem gebruikt om aan te tonen dat oxidatieve stress, een bijproduct van het gebruik van zuurstof, dat buitensporig en destructief is in ziektetoestanden, de ladingsinhoud van exosomen verandert die door niercellen worden gemaakt en in de urine worden aangetroffen. . Zo zijn de expressieniveaus van sommige eiwitten veranderd en zijn sommige eiwitten zelfs verdwenen.

Their technique should ease development of databases of the usual content of a variety of different cell types that will enable comparative studies of what happens to their content in different disease states like the kidney injuries Kwon studies, or cancer.

"It turns out that by looking at the exosomes in the urine or blood, and by looking at what is inside, we can tell whether the cell is injured or a healthy cell," he says.

Their first use of the labeling system was in live kidney cells in culture. They now want to use it in an animal model of kidney disease.

The scientific team says the labeling system additionally can help trace how exosome content changes over time and potentially how cells are responding to treatment in the case of disease.

Exosomes are known to play a key role in cell communication, both between cells of the same type and with other types. Again, there is increasing evidence of the role exosomes play in disease, including sharing with other cells the news that they are sick and potentially even helping spread disease. "It's not just passing good news. it also passes bad news," Kwon says.

He notes their cargo no doubt varies in those diverse scenarios, an important reason to be able to detect what exosomes are carrying. Changes may ultimately serve as good way to monitor response to treatment, another aspect of exosome research that is "exploding," Kwon says. Scientists also are exploring the potential of using exosomes to actually deliver treatment, by filling these biological packages with medication that can be delivered directly to the desired location.

In fact, immune cells, which are pivotal in health and disease, also are releasing exosomes. These biological compartments also appear to play an important role in taking cellular debris and other trash out of the cells.

"It's an emerging field, right now," says Kwon. Proteins are the primary occupant because they can send signals, but they can also bind to other proteins and change their function, he says. RNA can do the same, and tiny microRNA can alter gene expression and consequently cell function.

Kwon's interest in exosomes was sealed when, as a postdoc at the University of California San Francisco, he grew kidney tubules, which return vital nutrients to the blood and eliminate undesirables in the urine, in a dish and found evidence that exosomes were playing a key role in the changing gene dynamics there.

He calls the focus on exosomes "reverse science," with most people looking at how the cell changes while he and a growing number of colleagues are looking at the packages the cell is sending out to understand what the cell is up to. While it may not seem like it to most people, he says it's actually a less complex way to approach cell activity because you are looking at a smaller package with far fewer proteins. + Verder verkennen

Cells' 'exosomes' may improve the delivery of anticancer drugs to tumors