Dr. Sang-Ho Kwon (al centro) e il suo gruppo di ricerca. Credito:Michael Holahan, Università di Augusta
Le nostre cellule comunicano costantemente e gli scienziati hanno sviluppato un modo efficiente per scoprire quali messaggi stanno inviando in valigie biologiche piene di proteine chiamate esosomi.
Questi esosomi sferici, che risiedono nella membrana interna di una cellula ma alla fine usciranno per entrare all'interno di un'altra cellula, trasportano grandi molecole come le proteine, un elemento costitutivo di base nel corpo e motori dell'attività biologica, e l'RNA, che produce proteine.
"Questo è un processo in corso", afferma il dottor Sang-Ho Kwon, biologo cellulare presso il Dipartimento di biologia cellulare e anatomia del Medical College of Georgia presso l'Università di Augusta, e ci sono prove crescenti che si verifica sia in condizioni di salute che malattia.
"Stiamo cercando di capire questo enigma di ciò che gli esosomi stanno facendo in diversi scenari", afferma Kwon. È autore corrispondente di uno studio nel Journal of Extracellular Vesicles descrivendo in dettaglio una tecnica di etichettatura che lui e il suo team di ricerca hanno sviluppato per analizzare il contenuto degli esosomi di qualsiasi tipo di cellula specifico per comprendere meglio il loro ruolo nel benessere e nella malattia.
"I loro contenuti possono aiutarci a dirci cosa si dicono le nostre cellule", dice Kwon, e probabilmente forniscono i primi indizi che ci stiamo ammalando e ci aiutano a capire meglio come ci ammaliamo.
Si pensa che il carico venga caricato all'inizio della formazione degli esosomi dai loro endosomi precursori, vicino alla membrana cellulare, che funzionano in modo molto simile al riempimento del camion postale dell'ufficio postale prima che si diriga verso il suo percorso. Gli esosomi rimarranno lì fino a quando non verranno rilasciati dalla cellula per viaggiare verso altre cellule.
Kwon e il suo team volevano prendere il carico all'inizio del processo.
In questo momento, il modo principale per studiare il contenuto degli esosomi è prima di tutto togliere gli esosomi dal contesto, isolarli, un processo piuttosto laborioso che può produrre risultati incoerenti. In effetti, può isolare un diverso tipo di vescicola, fondamentalmente compartimenti biologici nel nostro corpo di cui gli esosomi sono solo un tipo.
Il team di MCG ha sviluppato un metodo più efficiente che consente di studiare solo il contenuto degli esosomi e di studiarli dove si trovano.
Il loro sistema di etichettatura include una variante di APEX, o ascorbato perossidasi, che è fusa con un'altra proteina nota per cercare gli esosomi. "APEX è una specie di missile che mi fa entrare", dice Kwon. APEX ha un'elevata affinità per la biotina, una vitamina B, che si lega alle proteine vicine, come quelle trasportate dall'esosoma in via di sviluppo, le etichetta e quindi aiuta a identificarle. La biotina può anche passare attraverso la membrana cellulare dietro gli esosomi. Un'altra proteina, la streptavidina, che si lega naturalmente alla biotina, consente loro di purificare e identificare chiaramente il carico proteico e l'RNA che produrrà le proteine future, con l'aiuto dell'analisi fornita dalla spettrometria di massa.
L'obiettivo di Kwon è il danno renale e hanno utilizzato il loro sistema per dimostrare che lo stress ossidativo, un sottoprodotto dell'uso dell'ossigeno, che è eccessivo e distruttivo negli stati patologici, modifica il contenuto di carico degli esosomi prodotti dalle cellule renali e che si trovano nelle urine . Ad esempio, i livelli di espressione di alcune proteine sono cambiati e alcune proteine sono addirittura scomparse.
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. + Esplora ulteriormente
