The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Dutch was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Lässer, C., Eldh, M., Lötvall, J. Isolation and Characterization of RNA-Containing Exosomes. J. Vis. Exp. (59), e3037, doi:10.3791/3037 (2012).
Het gebied van exosome onderzoek in volle ontwikkeling, met een dramatische toename in publicaties in de afgelopen jaren. Deze kleine blaasjes (30-100 nm) van endocytische oorsprong werden voor het eerst voorgesteld om te functioneren als een manier voor reticulocyten aan het transferrine-receptor uit te roeien, terwijl rijpen in de erytrocyten een, en werden later de naam exosomes. Exosomes worden gevormd door innerlijke knopvorming van een te late endosomen, het produceren van multivesiculaire organen (MVBs), en zijn vrij in het milieu door fusie van de MVBs met de plasmamembraan 2. Sinds de eerste ontdekking van exosomes, hebben een breed bereik van cellen is aangetoond dat deze blaasjes vrij te geven. Exosomes zijn ook aangetroffen in diverse biologische vloeistoffen, waaronder plasma, nasale lavage vocht, speeksel en moedermelk 3-6. Bovendien is aangetoond dat de inhoud en functie van exosomes hangt af van de oorspronkelijke cel en de omstandigheden waaronder zij worden geproduceerd. Een verscheidenheid van functies zijn demonengeconcentreerd voor exosomes, zoals inductie van tolerantie tegen allergeen 7,8, de uitroeiing van de gevestigde tumoren in muizen 9, inhibitie en activatie van natural killer cellen 10-12, bevordering van differentiatie in T-regulerende cellen 13, stimulatie van T-cel proliferatie 14 en inductie van T cel apoptose 15. Jaar 2007 hebben wij aangetoond dat exosomes vrijkomen uit mestcellen messenger RNA (mRNA) en microRNA (miRNA) bevatten, en dat de RNA kan worden geschuif van de ene cel naar de andere via exosomes. In de ontvangende cellen, werd het mRNA geschuif door exosomes aangetoond worden vertaald in eiwit, wat wijst op een regulerende functie van de overgedragen RNA 16. Verder hebben we ook aangetoond dat exosomes afgeleid van cellen gekweekt onder oxidatieve stress kan tolerantie te induceren tegen verdere stress in ontvangende cellen en dus wijzen op een biologische functie van de exosomal shuttle RNA 17. Celcultuur media en biologische vloeistoffen contain een mengsel van blaasjes en schuur fragmenten. Een hoge kwaliteit isolatie methode voor exosomes, gevolgd door karakterisering en identificatie van de exosomes en hun inhoud, is daarom van cruciaal belang om exosomes onderscheiden van andere blaasjes en deeltjes. Hier presenteren we een methode voor de isolatie van exosomes van beide celcultuurmedium en lichaamsvloeistoffen. Deze isolatie methode is gebaseerd op herhaalde centrifugeren en filtreren stappen, gevolgd door een laatste ultracentrifugatie stap waarin de exosomes zijn pellets. Belangrijke methoden om de exosomes identificeren en karakteriseren van de exosomal morfologie en het eiwitgehalte worden gemarkeerd, met inbegrip van elektron microscopie, flow cytometrie en Western blot. De zuivering van het totaal exosomal RNA is gebaseerd op de spin-kolom chromatografie en de exosomal RNA opbrengst en de grootteverdeling is geanalyseerd met behulp van een Bioanalyzer.
1. Exosome isolatie
Let op; exosomes kan ook worden geïsoleerd uit verschillende lichaamsvloeistoffen, zoals plasma, volgens dezelfde procedure als voor celcultuur media. Voor viskeuze vloeistoffen kan het nodig zijn om het monster te verdunnen met PBS voorafgaand aan het centrifugeren en filtratie stap. In verband met de centrifugeersnelheid voor punt 5 hierboven, kan het worden verhoogd tot 29 500 xg, en de ultracentrifugatie in punt 7 kan worden uitgebreid tot 90 minuten 18.
Als het monster verder moet worden gezuiverd van de exosome pellet kan drijven op een sucrose gradiënt en de exosomes zal voornamelijk te vinden in de fractie representing een dichtheid van 1,13-1,19 g / ml 2.
2. Exosome identificatie door elektronenmicroscopie
3.Exosome karakterisering door flowcytometrie
Omdat exosomes zijn te klein om worden gedetecteerd door de huidige flowcytometrie apparatuur, is het nodig om eerst de exosomes binden aan antilichamen gecoate kralen (figuur 1). Deze kralen kunnen worden gekocht als een kant en klaar product of worden gedaan in het laboratorium met het antilichaam van keuze. Afhankelijk van de exosomal cellulaire oorsprong, kunnen verschillende antilichamen worden gekoppeld aan kralen dat kan worden van magnetische of latex karakter. We op dit moment gebruik van anti-MHC klasse II of anti-CD63 gecoate parels voor deze analyse.
Zoals hierboven besproken, verschillende kralen kunnen worden gebruikt, zoals latex bolletjes, zoals beschreven in het protocol of magnetische korrels. Als magnetische korrels worden gebruikt in plaats, gelieve te noteren, dat het protocol is iets anders. De blokkering stap (punt 4) is niet vereist en de was wordt uitgevoerd door het plaatsen van de buis in een magnetische stand in plaats van een centrifugeren.
De opslag buffer gebruikt voor de "zelfgemaakte" antilichaam gecoate kralen, bevat 0,1% glycine en 0,1% natrium azid in PBS, met een pH van 7,2.
Belangrijker is, zorg ervoor dat de exosome uitgeputte serum te gebruiken voor de flowcytometrie wasbuffer (1-3% serum in PBS), om het risicoserum exosomes besmetten de analyse.
Let op; bij het uitvoeren van exosome karakterisering door gebruik te maken antilichaam gekoppeld kralen is het belangrijk te erkennen dat het slechts een specifieke subpopulatie, specifiek voor de gebruikte antilichaam, dat is geïsoleerd en gekarakteriseerd.
4. Exosome detectie door Western blot
Western blot is een gevestigde methode en we zullen niet in detail te gaan over de methode zelf, maar focus op het belang van een geschikte eiwitisolatie voor de Western blot en het gebruik van verschillende antilichamen.
Aangezien er geen exosome specifieke markers, eiwitten die zijn verrijkt met exosomes, van alle verschillende cellulaire oorsprong, worden vaak gebruikt voor exosome detectie. Dit zijn eiwitten zoals tetraspanins (bijv. CD9, CD63 en CD81), cytoskelet geassocieerd eiwit (bijv. Ezrin) en eiwitten die betrokken zijn bij multivesiculaire biogenese (bijv. Tsg101 en Alix). Andere eiwitten die ook vaak worden gedetecteerd in exosomes zijn Flotillin, Hsc70 en verschillende rab eiwitten etc. Maar er zijn ook cel-specifieke eiwitten in exosomes zoals de A33 (darmepitheelcellen), CD3(T cellen) en MHC klasse II (antigeen presenterende cellen). Zo kunnen variëren, afhankelijk van van wat celtype de exosomes vrijkomen uit de markers voor de detectie.
Als andere compartimenten van de cel ook kan produceren blaasjes, is het verder aan te raden om de aanwezigheid van eiwitten uit deze compartimenten, zoals het endoplasmatisch reticulum (bijv. calnexin en Grp78) en het Golgi-apparaat (bijv. GM130) te bepalen. Zo, het ontbreken van deze eiwitten geeft aan geen of weinig besmetting van blaasjes van de andere compartimenten in het monster bestudeerd.
5. Isolatie van exosomal RNA en RNA-analyse
Voor de detectie en analyse van het geëxtraheerde totaal exosomal RNA, gebruik maken van een Agilent 2100 Bioanalyzer met de RNA 6000 Nano-of RNA-6000 Pico Kit. Uit de analyse blijkt de exosomal RNA opbrengst en grootteverdeling.
6. Representatieve resultaten
Exosomes zijn te klein om worden gedetecteerd door de beschikbare flowcytometrie methoden, en zijn daarom aan antilichaam-gecoate kralen alvorens te worden geanalyseerd (figuur 1). Als exosome-kraal complexen kunnen voegen de flow cytometrie scatterplot kunnen bevatten verschillende populaties van enkele, dubbele en driedubbele kralen (figuur 2A). De pijl geeft de single kralen die verder worden geanalyseerd. Een CD63 positieve enkele bead-exosome bevolking ten opzichte van zijn isotype controle is weergegeven in figuur 2B.
e_content "> Vanwege de kleine omvang van exosomes, kunnen ze alleen worden direct gevisualiseerd met elektronenmicroscopie, en niet door lichtmicroscopie. Typische morfologische kenmerken van exosomes zijn ronde vorm en 30-100 nm grote membraanblaasjes. In figuur 3, elektronenmicroscopie foto's tonen exosomes immunostained (A) met goud-gelabeld antilichaam voor CD63 (aangegeven met de pijl) en niet-immunostained exosomes (B).Om vast te stellen dat de geïsoleerde blaasjes inderdaad exosomes en om verder te karakteriseren van de exosomal eiwitten, is Western blot gebruikt. Figuur 4 toont de afwezigheid van calnexin, een endoplasmatisch reticulum marker. Dit duidt op weinig vervuiling van blaasjes van het endoplasmatisch reticulum. Bovendien Figuur 4 toont de aanwezigheid van CD81 in exosomes, dat is een tetraspanine vaak verrijkt met exosomes.
Cellulair RNA bevatten voornamelijks ribosomaal RNA (rRNA), gezien als de twee prominente pieken voor de 18S en 28S rRNA subeenheden in een Bioanalyzer analyse (figuur 5A). Echter, exosomal RNA verschillen in hun profiel als exosomes niet de twee pieken rRNA (18S en 28S) en zijn verrijkt met korte RNA, zoals mRNA en miRNA (figuur 5B).

Figuur 1. Vanwege de kleine omvang van exosomes (30-100 nm), kunnen ze niet onderscheiden worden van lawaai en achtergrond bij geanalyseerd met flowcytometrie. Daarom is het noodzakelijk om ze te koppelen aan antilichamen gecoate parels voor de exosomes worden geanalyseerd, die vervolgens kunnen worden gevisualiseerd door de laser.

Figuur 2. De exosome-kralen complex kan aggregaat met elkaar en vormen twee-en driepersoons kralen (A). De pijl is het aantonen van de single kraal-exo sommige bevolkingsgroepen die is omheind en gebruikt voor verdere analyse. Deze populatie zal direct worden vergeleken met een isotype controle (gevuld grijs piek) aan de aanwezigheid van membraan moleculen van de exosomes te bepalen. CD63 positieve exosomes (zwart geopend piek) zijn weergegeven in figuur B.

Figuur 3. Electronenmicroscoop van exosomes met de typische morfologie en de grootte (40-80 nm) (A en B). De pijl in figuur A geeft de gouden deeltje van het secundaire antilichaam, na te gaan of deze exosome CD63 hebben op het membraanoppervlak.

Figuur 4. Western blot resultaten waaruit blijkt dat de afwezigheid van het endoplasmatisch reticulum eiwit calnexin maar de aanwezigheid van het eiwit vaak verrijkt met exosomes, tetraspanine CD81.

Bij het bestuderen van de moleculaire inhoud en / of functie van exosomes, is het cruciaal om een ​​hoge kwaliteit isolatie-methode dat een adequate opbrengst en de laagst mogelijke mate van vervuiling biedt gebruiken. De methodiek zoals beschreven in dit artikel is een gevestigde aanpak voor het isoleren exosomes en om hun RNA-inhoud en biologische functie te bestuderen. Verder wordt het belang van de karakterisering van het geïsoleerde exosomes, door een combinatie van verschillende methoden, waaronder elektronenmicroscopie, flow cytometrie en Western blot, gemarkeerd.
Bij het isoleren exosomes, is de eerste stap centrifugeren (300 xg) gebruikt om de pellet cellen die aanwezig kunnen zijn in de cel schorsing of de onderzochte biologische vloeistof. De tweede centrifugatie bij 16 500 xg moet voldoende sterk zijn om pellet dode cellen, grotere puin, apoptotische lichamen en andere organellen. Na deze centrifugeren, sommige protocollen omvatten een nano-filtratie stap, maar sommige investigators hebben uitgesloten, deze stap. Maar we benadrukken het belang van het uitbannen fragmenten en blaasjes groter dan 200 nm en daarom adviseren inclusief een filtratie stap. Indien een strengere isolatie nodig is, kan 100 nm filters worden gebruikt, maar rekening mee dat als viskeuze vloeistoffen worden gebruikt, deze filters gemakkelijk kunnen worden geblokkeerd en exosomal materiaal verloren gaat. Ook kan een 100 nm filtratie van invloed op de morfologie van de exosomes en voorts indien exosomes bevinden zich op de grotere schaal zij zouden verloren gaan. Zo is de 200 nm filters lijken geschikt voor exosome isolatie. Na de filtratie, is de verplichte ultracentrifugatie bij 120.000 xg gebruikt om de pellet exosomes. De exosomes kan verder worden gewassen met PBS, gebonden aan antilichamen gecoate kralen en gewassen, of op een sucrose gradiënt om vervuiling eiwitten te verwijderen. Dit kan echter een zeer hulpbronnen verbruiken proces dat we beweren niet nodig te zijn, vooral als het uitgangspunt monster volume is klein en / of het RNA-inhoud of de exosomes laag is, als extra stap zal aanzienlijk afnemen van het materiaal verder. Maar, nogmaals, moet de aard van het geïsoleerde blaasjes worden bewezen door de aanwezigheid en afwezigheid van bepaalde eiwitten.
Tot op heden is er geen absoluut uniek eiwit marker voor exosomes geïdentificeerd om te controleren of de steekproef exosomes en niets anders bevat. Als gevolg hiervan zijn een combinatie van methoden nodig is om de exosomes, met inbegrip van de bepaling van de grootte en morfologie van de exosomes door elektronenmicroscopie karakteriseren. Ook kan de zuiverheid van het monster bepaald worden met behulp van elektronenmicroscopie, omdat deze methode kan een overzicht van de mate van verontreiniging van het monster, bijvoorbeeld met grotere blaasjes, zoals microdeeltjes, apoptotische lichamen of mobiele puin. Bovendien kan het eiwitgehalte van de exosomes worden bepaald door middel van flowcytometrie en Western blot, en de combinatie van deze twee methoden resulteert in een analyse van zowel het membraan gebonden (bijv. CD63 enCD81) en geïnternaliseerd eiwitten (bv. Tsg101 en Alix) van de exosomes. Detectie van eiwitten verrijkt met exosomes, zoals CD63, Tsg101 en Alix, en de afwezigheid van eiwitten zoals het endoplasmatisch reticulum eiwit calnexin, is een indicatie dat de exosome verrijkte pellet inderdaad exosomes en niet besmetten blaasjes van de andere compartimenten van de cel.
Het profiel van de RNA die wordt gedetecteerd in exosomes is fundamenteel anders dan die van de RNA aangetroffen in intacte cellen. Zo exosomal RNA geanalyseerd door Bioanalyzer of in gel op basis van RNA-analyse methoden ontbreken de twee pieken voor de 18S en 28S rRNA subeenheden, die prominent in de analyse van cellulaire RNA. Wij zijn dan ook stellen dat de detectie van significante hoeveelheden rRNA in een monster blijkt dat de geëxtraheerde totaal RNA niet van exosomal oorsprong alleen, en dus dat de isolatie-methode moet worden verbeterd en de kwaliteit verzekerd.
JL is een mede-eigenaar van een patent met betrekking tot het gebruik van exosomes als vectoren voor de overdracht van RNA aan cellen.
Deze studie werd gefinancierd door de Zweedse Research Council (K2008-57x-20 676-01-3).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Optima L-90K Ultracentrifuge | Beckman Coulter Inc. | 65670 | |
| Quick-seal ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter Inc. | Depending on the rotor used different tubes are needed. Ti70 (342414), Ti45 (345776) | |
| Quick-Seal Cordless Tube Topper kit | Beckman Coulter Inc. | 358312 | |
| Filtropur Syringe Filter, 0.20µm | Sarstedt Ltd | 83.1826.001 | For viscose fluids and/or large volumes, a Vacuum filtration system, 0.2 μm, from VWR International can be used instead (514-0600). |
| Formvar/carbon coated nickel grids | Ted Pella, Inc. | 1GN200 | |
| Mouse-anti-human CD63 | BD Biosciences | 556019 | Final conc: 0.05μg/μl |
| Isotype control; IgG1κ (MOPC 21) | Sigma-Aldrich | M9269 | Final conc: 0.05μg/μl |
| Anti-Mouse IgG Gold Conjugate, 10 nm | Sigma-Aldrich | G7777 | Final conc: 1% |
| LEO 912AB Omega Electron microscope | Carl Zeiss, Inc. | Or equivalent equipment. | |
| 4µm aldehyd/sulphate latex beads | Interfacial Dynamics | 12-4000 | |
| Antibody for coating of the latex beads | For example anti-CD63 from BD Bioscience (556019) | ||
| Intelli-Mixer RM-2L | ELMI | Or equivalent equipment. | |
| IgG from human serum | Sigma-Aldrich | I4506 | |
| Antibodies for detection | BD Biosciences | For example: PE anti-CD63 (556020)PE anti-CD9 (555372)PE anti-CD81 (555676) Isotype control (555749) | |
| BD FACSAria | BD Biosciences | ||
| Transsonic T 490 DH | ELMA | Or equivalent equipment. | |
| miRCURY RNA Isolation Kit | Exiqon A/S | 300110 | |
| Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | G2939A |
Which cells did you use?
Do you usually see the exosome pellet well?
I'm trying to isolate the exosomes from 293 cells with poor results. Do you know if there are a good cell model for exosome isolation?
Thank you
1
ReplyPosted by: Gianluigi PirontiMarch 14, 2012, 11:19 AM