Eén manier waarop cellen met elkaar communiceren is door de uitscheiding en opname van extracellulaire blaasjes (EV's). EV’s vervoeren een groot aantal ladingen, waaronder eiwitten, lipiden en nucleïnezuren. De opname ervan beïnvloedt de functie van ontvangende cellen door signaalprocessen en genexpressie te beïnvloeden.

Ondanks uitgebreid onderzoek naar EV's is er echter weinig bekend over hun celspecifieke opname door ontvangende cellen.

"Begrijpen hoe ontvangende cellen EV's opnemen is van cruciaal belang voor het ontcijferen van de bredere mechanismen die cel-tot-cel-communicatie regelen in cellulaire processen in zowel gezondheid als ziekte", legt Koshi Imami van het RIKEN Center for Integrative Medical Sciences uit.

Imami en collega's hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld om de interactie tussen EV's en ontvangende cellen te volgen. Het TurboID-EV-systeem werkt door de cellulaire eiwitten van de ontvanger in de buurt van EV's te labelen met biotine (vitamine B7). Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Analytical Chemistry .

"In tegenstelling tot traditionele technieken die EV's labelen met fluorescerende eiwitten of microscopie gebruiken, biedt onze methode een globaal beeld van eiwitten die betrokken zijn bij EV-opname en interacties in ontvangende cellen", zegt Imami.

Door de met biotine gemerkte eiwitten te identificeren met behulp van biochemische verrijking en massaspectrometrie, kunnen onderzoekers aanwijzingen verzamelen over de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de opname van EV's.

Imami en collega's brachten een biotineligase tot expressie die is ontworpen om te fuseren met EV-membranen in menselijke embryonale niercellen zonder de EV-secretie te verstoren. Door uitgescheiden TurboID-EV's te verzamelen en deze te incuberen met ontvangende cellen die zijn gelabeld met zware aminozuren en aangevuld met biotine, konden ze biotinyleringsgebeurtenissen onderzoeken die plaatsvinden tijdens de opname van EV's.

De onderzoekers identificeerden meer dan 450 gebiotinyleerde ontvangereiwitten. Ze omvatten bekende eiwitten die betrokken zijn bij het proces waarbij cellen externe stoffen opslokken om deze binnen te brengen. Het team vond ook eiwitten die betrokken zijn bij intracellulair transport en membraan-geassocieerde eiwitten, die in dit model van cruciaal belang zouden kunnen zijn voor de opname van EV's.

De methode kan worden aangepast voor verschillende EV-subtypen en celtypen. "De veelzijdigheid van ons systeem stelt onderzoekers in staat de specificiteit van EV-opnamemechanismen in veel biologische contexten te onderzoeken", zegt Imami.

Het ontdekken van de eiwitten die betrokken zijn bij de opname van EV's zou ons begrip van de verspreiding van kankercellen kunnen vergroten en kunnen helpen bij de ontwikkeling van op EV gebaseerde systemen voor de toediening van medicijnen die zich richten op specifieke celtypen.

Imami's team probeert nu het TurboID-EV-systeem toe te passen op een muismodel om te begrijpen hoe kanker zich tussen organen verspreidt. "Het is bekend dat van tumoren afkomstige EV's worden opgenomen door orgaanspecifieke cellen om zich voor te bereiden op de verspreiding van kanker naar nieuwe organen", legt Imami uit. "We willen de functie van deze EV's karakteriseren."

Meer informatie: Yuka Li et al, TurboID-EV:Proteomische mapping van cellulaire eiwitten van ontvangers proximaal ten opzichte van kleine extracellulaire blaasjes, Analytische chemie (2023). DOI:10.1021/acs.analchem.3c01015

Journaalinformatie: Analytische chemie

Aangeboden door RIKEN