Внеклеточные везикулы

Внеклеточные везикулы — это крошечные внеклеточные пузырьки, которые выделяют клетки различных тканей или органов в окружающую их среду[1][2][3]. Они найдены в различных жидкостях организма, в том числе в плазме крови, моче, слюне, амниотической жидкости, грудном молоке и жидкости, накапливающейся при плевральном асците. Внеклеточные везикулы можно подразделить на четыре основных класса[4][5][6]: (I) эктосомы, (II) экзосомы, (III) апоптозные тельца и (IV) ретровирус-подобные частицы/микровезикулы.

Эктосомы (микровезикулы)

Эктосомы, или почкующиеся микровезикулы, представляют собой довольно крупные пузырьки (от 50 до 1000 нм в диаметре)[7]. Они образуются путём выпячивания плазматической мембраны из клетки наружу с последующим отделением образовавшегося пузырька от мембраны клетки[8]. Эктосомы выделяются различными клетками, включая клетки опухолей, полиморфноядерные лейкоциты, стареющие эритроциты и активированные тромбоциты[9]. Одной из характерных особенностей эктосом является появление на поверхности их мембраны фосфатидилсерина (PS)[8]. В отличие от экзосом, эктосомы хорошо связываются с аннексином V и могут связываться с протромбином и фактором свёртывания крови X c образованием протромбиназного комплекса[10].

По мнению (пока спорному) некоторых исследователей именно эктосомы, а не экзосомы являются переносчиками нуклеиновых кислот между клетками[11].

Экзосомы

Экзосомы — это сравнительно небольшие мембранные везикулы (от 40 до 100 нм в диаметре) образующиеся из эндосомальных мультивезикулярных телец в результате их слияния с поверхностной мембраной клетки[12].

Апоптозные тельца

Апоптозные тельца высвобождаются из фрагментированных в результате апоптоза клеток. Они имеют размер порядка 50-5000 нм в диаметре и представляют собой фрагменты умирающих клеток. Как и у эктосом, их характерной особенностью является появление на поверхности их мембраны фосфатидилсерина (PS)

Большие онкосомы

В дополнение к очень большим внеклеточным везикулам, высвобождаемым во время апоптоза, внеклеточные везикулы микронного размера могут продуцироваться раковыми клетками, нейронами и другими клетками. Когда эти частицы продуцируются раковыми клетками, они называются «большими онкосомами»[13][14] и могут достигать размеров, сопоставимых с размерами отдельных клеток, с тем отличием что они не содержат цельных ядер. На модели рака простаты у мыши и на культуре фибробластных клеток человека было показано, что они способствуют метастазированию[15]. Клеточная интернализация (поглощение клеткой) больших онкосом может репрограммировать нормальные клетки мозга в патологические, активировав в них способность к делению и миграции. Обнаружено, что на поздних стадиях заболевания глиобластомой в образцах крови от пациентов наблюдается значительно большее количество крупных онкосом, чем на ранних[16].

Экзоферы

Экзоферы представляют собой класс больших внеклеточных везикул диаметром примерно четыре микрона, наблюдаемых у модельных организмов от «Caenorhabditis elegans»[17] и до мышей[18][19]. Предполагается, что они являются механизмом удаления нежелательного клеточного материала, включая белковые агрегаты и поврежденные органеллы[17][19]. Экзоферы могут оставаться связанными с телом клетки тонкой мембранной нитью, напоминающей туннелирующую нанотрубку[англ.][17][19].

Миграсомы

Миграсомы представляют собой большие мембраносвязанные внеклеточные везикулы, диаметром от 0,5 до 3 микрон, которые образуются на концах ретракционных волокон, оставшихся после миграции клеток в процессе, называемом «миграцитоз». Миграсомы могут продолжать заполняться цитозолем и расширяться, даже когда исходная клетка удаляется. Впервые миграсомы были обнаружены в культуре клеток почек крыс, но они также продуцируются клетками мыши и человека[20].

Предполагается что функциональная роль этих внеклеточных везикул заключается в митохондриальном гомеостазе. С их помощью повреждённые митохондрии могут вытесняться из мигрирующих клеток внутри миграсом[21].

Роль в организме

С помощью внеклеточных везикул локально на уровне клеточной ниши и системно на уровне организма осуществляется межклеточная коммуникация — (перекрёстный обмен сигнальной информацией[англ.]) в виде крупных биомолекул, таких как РНК и белки — ферменты[22]. Важную роль в развитии, регенерации и таких видах жизнедеятельности организма как метаболизм и целенаправленное движение множества клеток в определённом направлении имеет, в частности, осуществляемая с помощью внеклеточных везикул паракринная регуляция[англ.], названная «фенотипической синхронизацией клеток», сокращённо PSyC (англ. Phenotypic Synchrony of Cells), благодаря которой близлежащие клетки синхронизируют друг с другом стадии дифференцировки и клеточные фенотипы[23][24].

Роль в диагностике

ДНК, полученная из внеклеточных везикул, несёт те же связанные с раком генетические мутации, что и раковые клетки, взятые из опухоли. Поэтому анализ ДНК внеклеточных везикул, полученных из образцов крови, может помочь определить наличие раковой опухоли в организме и даже выявить конкретные мутации без необходимости дорогостоящей и небезопасной для пациента биопсии образца опухоли[25]. Разработано простое и дешёвое микрожидкостное устройство типа «лаборатория на чипе» — «ExoChip» для выделения внеклеточных везикул, обогащённых экзосомами, непосредственно из кровяной сыворотки, которое позволяет подсчитать количество экзосом и выделить из них неповрежденную (интактную) РНК для изучения «профиля» микроРНК. Предполагается, что это устройство станет прототипом для разработки микролаборатории для экспресс диагностики онкологических заболеваний[26].

Примечания

  1. ↑ Kalra H., Simpson R. J., Ji H., Aikawa E., Altevogt P., Askenase P., Bond V. C., Borràs F. E., Breakefield X., Budnik V., Buzas E., Camussi G., Clayton A., Cocucci E., Falcon-Perez J. M., Gabrielsson S., Gho Y. S., Gupta D., Harsha H. C., Hendrix A., Hill A. F., Inal J. M., Jenster G., Krämer-Albers E. M., Lim S. K., Llorente A., Lötvall J., Marcilla A., Mincheva-Nilsson L., Nazarenko I., Nieuwland R., Nolte-'t Hoen E. N., Pandey A., Patel T., Piper M. G., Pluchino S., Prasad T. S., Rajendran L., Raposo G., Record M., Reid G. E., Sánchez-Madrid F., Schiffelers R. M., Siljander P., Stensballe A., Stoorvogel W., Taylor D., Thery C., Valadi H., van Balkom B. W., Vázquez J., Vidal M., Wauben M. H., Yáñez-Mó M., Zoeller M., Mathivanan S. Vesiclepedia: a compendium for extracellular vesicles with continuous community annotation. (англ.) // Public Library of Science Biology. — 2012. — Vol. 10, no. 12. — P. e1001450. — doi:10.1371/journal.pbio.1001450. — PMID 23271954. [исправить]
  2. ↑ György B., Szabó T. G., Pásztói M., Pál Z., Misják P., Aradi B., László V., Pállinger E., Pap E., Kittel A., Nagy G., Falus A., Buzás E. I. Membrane vesicles, current state-of-the-art: emerging role of extracellular vesicles. (англ.) // Cellular and molecular life sciences : CMLS. — 2011. — Vol. 68, no. 16. — P. 2667—2688. — doi:10.1007/s00018-011-0689-3. — PMID 21560073. [исправить]
  3. ↑ Katsuda T., Kosaka N., Takeshita F., Ochiya T. The therapeutic potential of mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles. (англ.) // Proteomics. — 2013. — Vol. 13, no. 10-11. — P. 1637—1653. — doi:10.1002/pmic.201200373. — PMID 23335344. [исправить]
  4. ↑ van der Pol E., Böing A. N., Harrison P., Sturk A., Nieuwland R. Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles. (англ.) // Pharmacological reviews. — 2012. — Vol. 64, no. 3. — P. 676—705. — doi:10.1124/pr.112.005983. — PMID 22722893. [исправить]
  5. ↑ Akers J. C., Gonda D., Kim R., Carter B. S., Chen C. C. Biogenesis of extracellular vesicles (EV): exosomes, microvesicles, retrovirus-like vesicles, and apoptotic bodies. (англ.) // Journal of neuro-oncology. — 2013. — Vol. 113, no. 1. — P. 1—11. — doi:10.1007/s11060-013-1084-8. — PMID 23456661. [исправить]
  6. ↑ Fang D. Y., King H. W., Li J. Y., Gleadle J. M. Exosomes and the kidney: blaming the messenger. (англ.) // Nephrology (Carlton, Vic.). — 2013. — Vol. 18, no. 1. — P. 1—10. — doi:10.1111/nep.12005. — PMID 23113949. [исправить]
  7. ↑ Théry C., Ostrowski M., Segura E. Membrane vesicles as conveyors of immune responses. (англ.) // Nature reviews. Immunology. — 2009. — Vol. 9, no. 8. — P. 581—593. — doi:10.1038/nri2567. — PMID 19498381. [исправить]
  8. ↑ 1 2 Cocucci E., Racchetti G., Meldolesi J. Shedding microvesicles: artefacts no more. (англ.) // Trends in cell biology. — 2009. — Vol. 19, no. 2. — P. 43—51. — doi:10.1016/j.tcb.2008.11.003. — PMID 19144520. [исправить]
  9. ↑ Heijnen H. F., Schiel A. E., Fijnheer R., Geuze H. J., Sixma J. J. Activated platelets release two types of membrane vesicles: microvesicles by surface shedding and exosomes derived from exocytosis of multivesicular bodies and alpha-granules. (англ.) // Blood. — 1999. — Vol. 94, no. 11. — P. 3791—3799. — PMID 10572093. [исправить]
  10. ↑ Sadallah S., Eken C., Schifferli J. A. Ectosomes as modulators of inflammation and immunity. (англ.) // Clinical and experimental immunology. — 2011. — Vol. 163, no. 1. — P. 26—32. — doi:10.1111/j.1365-2249.2010.04271.x. — PMID 21039423. [исправить]
  11. ↑ Kanada M., Bachmann M. H., Hardy J. W., Frimannson D. O., Bronsart L., Wang A., Sylvester M. D., Schmidt T. L., Kaspar R. L., Butte M. J., Matin A. C., Contag C. H. Differential fates of biomolecules delivered to target cells via extracellular vesicles. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2015. — Vol. 112, no. 12. — P. 1433—1442. — doi:10.1073/pnas.1418401112. — PMID 25713383. [исправить]
  12. ↑ Février B., Raposo G. Exosomes: endosomal-derived vesicles shipping extracellular messages. (англ.) // Current opinion in cell biology. — 2004. — Vol. 16, no. 4. — P. 415—421. — doi:10.1016/j.ceb.2004.06.003. — PMID 15261674. [исправить]
  13. ↑ Morello M, Minciacchi VR, de Candia P, Yang J, Posadas E, Kim H, et al. (2013). "Large oncosomes mediate intercellular transfer of functional microRNA". Cell Cycle. 12 (22): 3526—36. doi:10.4161/cc.26539. PMC 3906338. PMID 24091630.
  14. ↑ Meehan B, Rak J, Di Vizio D (2016). "Oncosomes - large and small: what are they, where they came from?". Journal of Extracellular Vesicles. 5: 33109. doi:10.3402/jev.v5.33109. PMC 5040817. PMID 27680302.
  15. ↑ Minciacchi VR, Spinelli C, Reis-Sobreiro M, Cavallini L, You S, Zandian M, Li X, Mishra R, Chiarugi P, Adam RM, Posadas EM, Viglietto G, Freeman MR, Cocucci E, Bhowmick NA, Di Vizio D (2017). "MYC Mediates Large Oncosome-Induced Fibroblast Reprogramming in Prostate Cancer". Cancer Research. 77 (9): 2306—2317. doi:10.1158/0008-5472.CAN-16-2942. PMID 28202510.
  16. ↑ Bertolini I, Terrasi A, Martelli C, Gaudioso G, Di Cristofori A, Storaci AM, Formica M, Braidotti P, Todoerti K, Ferrero S, Caroli M, Ottobrini L, Vaccari T, Vaira V (2019). "A GBM-like V-ATPase signature directs cell-cell tumor signaling and reprogramming via large oncosomes". EBioMedicine. 41: 225—235. doi:10.1016/j.ebiom.2019.01.051. PMC 6441844. PMID 30737083.
  17. ↑ 1 2 3 Melentijevic I, Toth ML, Arnold ML, Guasp RJ, Harinath G, Nguyen KC, et al. (February 2017). "C. elegans neurons jettison protein aggregates and mitochondria under neurotoxic stress". Nature. 542 (7641): 367—371. Bibcode:2017Natur.542..367M. doi:10.1038/nature21362. PMC 5336134. PMID 28178240.
  18. ↑ Nicolás-Ávila JA, Lechuga-Vieco AV, Esteban-Martínez L, Sánchez-Díaz M, Díaz-García E, Santiago DJ, et al. (2020). "A Network of Macrophages Supports Mitochondrial Homeostasis in the Heart". Cell. 183 (1): 94—109. doi:10.1016/j.cell.2020.08.031. PMID 32937105.
  19. ↑ 1 2 3 Siddique Ibrar, Di Jing, Williams Christopher K., Markovic Daniela, Vinters Harry V., Bitan Gal. Exophers are components of mammalian cell neurobiology in health and disease (англ.). — 2021. — 7 December. — doi:10.1101/2021.12.06.471479. [исправить]
  20. ↑ Ma L, Li Y, Peng J, Wu D, Zhao X, Cui Y, Chen L, Yan X, Du Y, Yu L (2015). "Discovery of the migrasome, an organelle mediating release of cytoplasmic contents during cell migration". Cell Research. 25 (1): 24—38. doi:10.1038/cr.2014.135. PMC 4650581. PMID 25342562.
  21. ↑ Jiao H, Jiang D, Hu X, Du W, Ji L, Yang Y, Li X, Sho T, Wang X, Li Y, Wu YT, Wei YH, Hu X, Yu L (2021). "Mitocytosis, a migrasome-mediated mitochondrial quality-control process". Cell. 184 (11): 2896—2910. doi:10.1016/j.cell.2021.04.027. PMID 34048705.
  22. ↑ Mir B., Goettsch C. Extracellular Vesicles as Delivery Vehicles of Specific Cellular Cargo. (англ.) // Cells. — 2020. — 2 July (vol. 9, no. 7). — doi:10.3390/cells9071601. — PMID 32630649. [исправить]
  23. ↑ Minakawa Tomohiro, Matoba Tetsuya, Ishidate Fumiyoshi, Fujiwara Takahiro K., Takehana Sho, Tabata Yasuhiko, Yamashita Jun K. Extracellular vesicles synchronize cellular phenotypes of differentiating cells (англ.) // Journal of Extracellular Vesicles. — 2021. — September (vol. 10, no. 11). — ISSN 2001-3078. — doi:10.1002/jev2.12147. [исправить]
  24. ↑ Джагаров, Дмитрий Экзосома — механизм координации и взаимопомощи клеток организма. Биомолекула (22 октября 2013). Дата обращения: 13 февраля 2023. Архивировано 2 октября 2021 года.
  25. ↑ Kahlert C., Melo S. A., Protopopov A., Tang J., Seth S., Koch M., Zhang J., Weitz J., Chin L., Futreal A., Kalluri R. Identification of double-stranded genomic DNA spanning all chromosomes with mutated KRAS and p53 DNA in the serum exosomes of patients with pancreatic cancer. (англ.) // The Journal of biological chemistry. — 2014. — Vol. 289, no. 7. — P. 3869—3875. — doi:10.1074/jbc.C113.532267. — PMID 24398677. [исправить]
  26. ↑ Kanwar S. S., Dunlay C. J., Simeone D. M., Nagrath S. Microfluidic device (ExoChip) for on-chip isolation, quantification and characterization of circulating exosomes. (англ.) // Lab on a chip. — 2014. — Vol. 14, no. 11. — P. 1891—1900. — doi:10.1039/c4lc00136b. — PMID 24722878. [исправить]

Литература

См. также

Ссылки