Внеклеточные везикулы — это крошечные внеклеточные пузырьки, которые выделяют клетки различных тканей или органов в окружающую их среду. 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: (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). Они образуются путём выпячивания плазматической мембраны из клетки наружу с последующим отделением образовавшегося пузырька от мембраны клетки. Эктосомы выделяются различными клетками, включая клетки опухолей, полиморфноядерные лейкоциты, стареющие эритроциты и активированные тромбоциты. Одной из характерных особенностей эктосом является появление на поверхности их мембраны фосфатидилсерина (PS). В отличие от экзосом, эктосомы хорошо связываются с аннексином V и могут связываться с протромбином и фактором свёртывания крови X c образованием протромбиназного комплекса.
По мнению (пока спорному) некоторых исследователей именно эктосомы, а не экзосомы являются переносчиками нуклеиновых кислот между клетками.
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.
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» 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. 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.
Экзоферы Экзоферы представляют собой класс больших внеклеточных везикул диаметром примерно четыре микрона, наблюдаемых у модельных организмов от «Caenorhabditis elegans» и до мышей. Предполагается, что они являются механизмом удаления нежелательного клеточного материала, включая белковые агрегаты и поврежденные органеллы. Экзоферы могут оставаться связанными с телом клетки тонкой мембранной нитью, напоминающей .
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.
Предполагается что функциональная роль этих внеклеточных везикул заключается в митохондриальном гомеостазе. С их помощью повреждённые митохондрии могут вытесняться из мигрирующих клеток внутри миграсом.
Роль в организме С помощью внеклеточных везикул локально на уровне клеточной ниши и системно на уровне организма осуществляется межклеточная коммуникация — () в виде крупных биомолекул, таких как РНК и белки — ферменты. 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 , названная «фенотипической синхронизацией клеток», сокращённо PSyC (), благодаря которой близлежащие клетки синхронизируют друг с другом стадии дифференцировки и клеточные фенотипы.
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. 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.
Примечания
Литература de Abreu, R. C., Ramos, C. V., Becher, C., Lino, M., Jesus, C., da Costa Martins, P. A., … & Ferreira, L. (2021). Exogenous loading of miRNAs into small extracellular vesicles. Journal of Extracellular Vesicles, 10(10), e12111. Horodecka, K., & Düchler, M. (2021). CRISPR/Cas9: Principle, Applications, and Delivery through Extracellular Vesicles. International Journal of Molecular Sciences, 22(11), 6072. Ng, C. Y., Kee, L. T., Al-Masawa, M. E., Lee, Q. H., Subramaniam, T., Kok, D., ... & Law, J. X. (2022). Scalable Production of Extracellular Vesicles and Its Therapeutic Values: A Review. International Journal of Molecular Sciences, 23(14), 7986. Gupta, D., Zickler, A. M., & Andaloussi, S. E. (2021). Dosing Extracellular Vesicles. Advanced Drug Delivery Reviews, 113961. Liu, S., Mahairaki, V., Bai, H., Ding, Z., Li, J., Witwer, K. W., & Cheng, L. (2019). Highly purified human extracellular vesicles produced by stem cells alleviate aging cellular phenotypes of senescent human cells. Stem Cells, 37(6), 779-790. Ziegler, J. N., & Tian, C. (2023). Engineered Extracellular Vesicles: Emerging Therapeutic Strategies for Translational Applications. International Journal of Molecular Sciences, 24(20), 15206. Kumar, A., Dhadi, S. R., Mai, N. N., Taylor, C., Roy, J. W., Barnett, D. A., … & Ouellette, R. J. (2021). The polysaccharide chitosan facilitates the isolation of small extracellular vesicles from multiple biofluids (Vol. 10, No. 11, p. e12138). Takasugi, M. (2018). Emerging roles of extracellular vesicles in cellular senescence and aging. Aging cell, 17(2), e12734. https://doi.org/10.1111/acel.12734 Kostyushev, D., Kostyusheva, A., Brezgin, S., Smirnov, V., Volchkova, E., Lukashev, A., & Chulanov, V. (2020). Gene Editing by Extracellular Vesicles. International Journal of Molecular Sciences, 21(19), 7362. Suprunenko, E. A., Sazonova, E. A., & Vasiliev, A. V. (2021). Extracellular Vesicles of Pluripotent Stem Cells. Russian Journal of Developmental Biology, 52(3), 129—140. Paolillo, M., Comincini, S., & Schinelli, S. (2021). Fostering «Education»: Do Extracellular Vesicles Exploit Their Own Delivery Code?. Cells, 10(7), 1741. O’Brien K., et al., (2022). Uptake, functionality, and re-release of extracellular vesicle-encapsulated cargo. Cell Reports. 39(2), 110651, Diosa-Toro, M., Strilets, T., Yeh, S. C., & Garcia-Blanco, M. A. (2022). Tinkering with extracellular vesicles viruses evolve new infectious units. ExRNA. 4:4 Troyer, Z., & Tilton, J. C. (2021). Extracellular vesicles as carriers of viruses. ExRNA. 3:13 Syromiatnikova, V., Prokopeva, A., & Gomzikova, M. (2022). Methods of the Large-Scale Production of Extracellular Vesicles. International Journal of Molecular Sciences, 23(18), 10522. Sanz-Ros, J., Romero-García, N., Mas-Bargues, C., Monleón, D., Gordevicius, J., Brooke, R. T., ... & Borrás, C. (2022). Small extracellular vesicles from young adipose-derived stem cells prevent frailty, improve health span, and decrease epigenetic age in old mice. Science Advances, 8(42), eabq2226. Catitti, G., De Bellis, D., Vespa, S., Simeone, P., Canonico, B., & Lanuti, P. (2022). Extracellular Vesicles as Players in the Anti-Inflammatory Inter-Cellular Crosstalk Induced by Exercise Training. International Journal of Molecular Sciences, 23(22), 14098. Jeppesen D.K., Zhang Q., Franklin J. L., Coffey R. J. (2023). Extracellular vesicles and nanoparticles: emerging complexities. Trends in Cell Biology, Son, J. P., Kim, E. H., Shin, E. K., Kim, D. H., Sung, J. H., Oh, M. J., ... & Bang, O. Y. (2023). Mesenchymal Stem Cell-Extracellular Vesicle Therapy for Stroke: Scalable Production and Imaging Biomarker Studies. Stem Cells Translational Medicine, szad034. Ju, Y., Hu, Y., Yang, P., Xie, X., & Fang, B. (2022). Extracellular vesicle-loaded hydrogels for tissue repair and regeneration. Materials Today Bio, 100522. Erdbrügger, U., Blijdorp, C. J., Bijnsdorp, I. V., Borràs, F. E., Burger, D., Bussolati, B., ... & Martens‐Uzunova, E. S. (2021). Urinary extracellular vesicles: A position paper by the Urine Task Force of the International Society for Extracellular Vesicles. Journal of Extracellular Vesicles, 10(7). PMID 34035881 DOI: 10.1002/jev2.12093 Bajo-Santos, C., Priedols, M., Kaukis, P., Paidere, G., Gerulis-Bergmanis, R., Mozolevskis, G., ... & Rimsa, R. (2023). Extracellular Vesicles Isolation from Large Volume Samples Using a Polydimethylsiloxane-Free Microfluidic Device. International Journal of Molecular Sciences, 24(9), 7971. Danilushkina, A. A., Emene, C. C., Barlev, N. A., & Gomzikova, M. O. (2023). Strategies for Engineering of Extracellular Vesicles. International Journal of Molecular Sciences, 24(17), 13247. https://doi.org/10.3390/ijms241713247
См. также Экзоферы
Ссылки Learn More About Circulating microvesicles (cMVs) Сайт компании разрабатывающей диагностические тесты на основе внеклеточных везикул. Внеклеточные везикулы как носители микроРНК для терапии Extracellular vesicles
Категория:Клеточные процессы Категория:Структуры эукариотической клетки Категория:Органеллы Категория:Клеточный транспорт Категория:Биологические жидкости Категория:Иммунная система Категория:Передача сигнала (биология) Категория:Мембранная биология Категория:Лабораторная диагностика