The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.

Recommend to Librarian

Automatic Translation

This translation into Dutch was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages

 JoVE General

Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

*, *,

Krefting Research Centre, Department of Internal Medicine, Sahlgrenska Academy, University of Gothenburg

* These authors contributed equally
 

Video Article Chapters

Cite this Article: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

Lässer, C., Eldh, M., Lötvall, J. Isolation and Characterization of RNA-Containing Exosomes. J. Vis. Exp. (59), e3037, doi:10.3791/3037 (2012).

Abstract: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

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.

Protocol: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

1. Exosome isolatie

  1. Groeien cellen in medium met exosome-vrij serum. Dus, elke serum toegevoegd aan het celkweekmedium moet worden ontdaan van exosomes door ultracentrifugatie op 120 000 xg gedurende de nacht bij 4 ° C vóór gebruik.
  2. Breng de celsuspensie te conische buizen.
  3. Centrifugeer bij 300 xg gedurende 10 minuten bij 4 ° C tot pellet de cellen.
  4. Breng de supernatant te buizen ultracentrifuge, en zo niet helemaal vol toe te voegen PBS.
  5. Centrifugeer het monster bij 16 500 xg gedurende 20 minuten bij 4 ° C om verder te verwijderen cellen en celresten.
  6. Filtreer de bovenstaande vloeistof door een 0,2 um filter om deeltjes die groter zijn dan 200 nm te verwijderen.
  7. Overdracht van de gefiltreerde bovenstaande nieuwe ultracentrifuge buizen en verzegelen de buizen voor de ultracentrifuge bij 120 000 xg gedurende 70 minuten bij 4 ° C om de pellet exosomes.
  8. Verwijder het supernatant.
  9. Voor maximale exosome ophalen, resuspendeer de exosome verrijkened pellet herhaaldelijk in een klein volume (~ 3 x 50 ul) van een geschikte buffer. Deze buffer is afhankelijk van de downstream-experimenten gepland na de exosome isolatie. Bijvoorbeeld, lysis buffer wordt gebruikt voor eiwit-en RNA-isolatie, wordt gebruikt voor PBS elektronenmicroscopie en flow cytometrie en voor functionele studies medium de voorkeur hebben.

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

  1. Om verder te elimineren verontreinigende eiwitten, resuspendeer de exosome verrijkt pellet in PBS en ultracentrifuge bij 120 000 xg gedurende 70 minuten bij 4 ° C opnieuw pellet de exosomes.
  2. Neem een ​​kleine hoeveelheid van het monster voor eiwit isolatie en totaal eiwit meting. Zorg ervoor dat slechts een klein deel van het monster wordt gelyseerd en gebruikt voor de eiwit-meting en houdt de intacte exosomes, opgelost in PBS, afzonderlijk op ijs of bij -80 ° C voor verdere experimenten.
  3. Plaats een druppel, ongeveer 10 ug van exosomal eiwit van het intacte exosomes geresuspendeerd in PBS, op een Parafilm. Dan, met een pincet voorzichtig een positie formvar carbon gecoate nikkel rooster op de top van elke druppel gedurende 30-60 minuten. Verzekeren dat het rooster is geplaatst met de coating zijde naar de drop met exosomes.
  4. Plaats drie druppels, die elk 30 ul van PBS op tHij Parafilm en was het net door achtereenvolgens de plaatsing van de raster op de top van de druppels van de PBS, en gebruik een absorberend papier tussen. Gebruik het absorberend papier voorzichtig gewoon door vast te houden nauw aan de kant van de grid, zonder contact te maken met de gecoate oppervlakte.
  5. Bevestig het monster door storting een daling van 2% paraformaldehyde op de Parafilm en plaats het rooster op de top van de drop voor 10 minuten.
  6. Herhaal de wasstap in punt 4, alvorens immunokleuring met een passende antilichaam. Veel gebruikte antilichamen zijn anti-CD63 en anti-MHC klasse II. Elektronenmicroscopie kan ook worden uitgevoerd zonder immunokleuring als exosomes kan worden geïdentificeerd uitsluitend op basis van grootte en morfologie. Toch raden wij u aan de grootte, morfologie en de aanwezigheid van een membraan eiwit voor een meer definitieve validatie te evalueren.
  7. Overdracht van het raster om een ​​30 ul daling van het primaire antilichaam van keuze en incubeer gedurende 40 minuten. Was door het herhalen van punt 4, maar gebruik 0,1% bovine serum albumine in PBS in plaats van PBS alleen.
  8. Herhaal punt 7, maar met de 10 nm-goud gelabeld secundair antilichaam en wassen met PBS alleen.
  9. Post-fix het monster door het toevoegen van een daling van 2,5% glutaaraldehyde aan de Parafilm en incubeer het raster op de top van de drop voor 10 minuten. Herhaal de wassen in punt 4, maar gebruik vijf druppels gedemineraliseerd water in plaats van drie druppels PBS.
  10. Contrast van het monster door het toevoegen van een daling van 2% uranylacetaat aan de Parafilm en incubeer het raster op de top van de daling gedurende 15 minuten.
  11. Insluiten het monster door het toevoegen van een daling van 0,13% methylcellulose en 0,4% uranylacetaat aan de Parafilm en incubeer het raster op de top van de drop voor 10 minuten.
  12. Verwijder het teveel aan vloeistof door zachtjes met een absorberend papier, voor het positioneren van de grid op een papier met de gecoate zijde naar boven en laat het drogen aan de lucht gedurende 5 minuten.
  13. Onderzoek van de preparaten met een elektronenmicroscoop of bewaar de roosters in een rooster box voor de toekomstige werkzaamheden.

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.

  1. Voor het gebruik van "zelfgemaakte" antilichaam gecoate kralen maken we gebruik van 4 micrometer latex bolletjes gecoat met anti-CD63 antilichaam. Was 25 pi 4 micrometer latex bolletjes (30 x 10 6 beads) twee keer in 100 ul MES buffer, 3 000 xg gedurende 15-20 minuten en Neem het pellet in 100 ui MES buffer. Bereid het antilichaam mengsel met een volume gelijk van 12,5 ug antilichaam met hetzelfde volume van MES buffer. Voeg dekralen aan het antilichaam mengsel en incubeer onder roeren gedurende een nacht bij kamertemperatuur. Was het antilichaam gecoate kralen drie maal met PBS (3 000 xg gedurende 20 minuten) en los de pellet in 100 ui van opslag buffer (met een uiteindelijke concentratie van 300 000 kralen / ul).
  2. Voor elk monster (elke antilichaam), gaat u verder met een volume gelijk is aan een minimum van 30 ug van exosomal eiwit (van de intacte exosomes opgelost in PBS) per ~ 100 000 antilichaam gecoate kralen.
  3. Incubeer exosomes en kralen, in een totaal volume van 300 ul PBS, meer dan nacht bij 4 ° C onder zachte beweging.
  4. Blokkeren door het toevoegen van 300 pi van 200 mM glycine en incubeer gedurende 30 minuten.
  5. Was de exosome-kraal complexen twee keer in wasbuffer (1-3% serum in PBS), 600 xg gedurende 10 minuten.
  6. Incubeer de exosome-kraal complexen met 50 ul IgG-antistoffen bij 4 ° C. Twee keer was de exosome-kraal complexen in wasbuffer zoals beschreven in stap 5.
  7. Voeg 90 ul wasbuffer en 10 piantilichaam van keuze (idealiter anti-CD9, anti-CD63 of anti-CD81) om het exosome-kraal complexen en incubeer gedurende 40 minuten onder zachte beweging. Was de exosome-kraal complexen twee keer in wasbuffer zoals beschreven in stap 5.
  8. Voeg 300 ul wasbuffer en het verwerven van gegevens met behulp van flowcytometrie.

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.

  1. Los de exosome pellet in het eiwit lysis buffer van keuze en pipetteren grondig, gevolgd door een vortex-menging. Om verder lyse van de exosomes, ultrasone trillingen het monster in een waterbad 3 x 5 minuten met vortex-menging in tussen. Eindelijk centrifuge van het monster, 13 000 xg gedurende 5 minuten bij kamertemperatuur, en breng het supernatant naar een nieuw eppendorfbuisje.
  2. Meetre van de totale hoeveelheid eiwit met een methode voor de keuze en de belasting 20-50 ug eiwit per goed.
  3. Scheiden en de overdracht van de eiwitten door gel elektroforese en electroblotting.
  4. Blok en was het membraan voordat u immunokleuring tegen eiwitten verrijkt met exosomes.
  5. Detecteren de specifieke eiwit door chemiluminescentie, digitale imaging-systeem en analyse software.

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

  1. Los de exosome pellet in de RNA-lysis buffer van keuze en RNA-extractie uit te voeren. Verschillende RNA isolatie kits kunnen worden gebruikt, afhankelijk op de downstream-experimenten, maar kolom gebaseerde methoden biedt monsters met een breder spectrum van RNA. We zijn momenteel met behulp van miRCURY RNA Isolation Kit van Exiqon, maar andere kits kan geschikt zijn, afhankelijk van de scientific vraag bij de hand.
  2. Bij het uitvoeren van RNA-isolatie is het belangrijk om te werken in een RNase-vrije omgeving. Gebruik daarom nucleïnezuur en nuclease gratis pipetpunten en veeg zowel de bank en de uitrusting vrij van verontreinigingen en RNases.
  3. Voor RNA-isolatie, door gebruik te maken miRCURY RNA Isolation Kit, ontbinding van de exosome pellet in 350 ui van lysis-oplossing en het uitvoeren van vortex-mixing gedurende 15 seconden.
  4. Voeg 200 ul van 95% ethanol en vortex-mixing voor 10 seconden.
  5. Plaats een kolom in een collectie buis en breng de gelyseerd exosomes op de kolom en centrifugeer 1 minuut bij 14 000 x g.
  6. Was driemaal uit door de toevoeging van 400 ul van Wash Oplossing voor de kolom met de exosomal RNA en centrifugeer gedurende 1 minuut bij 14 000 x g.
  7. Centrifugeer de kolom voor 2 minuten bij 14 000 xg om ervoor te zorgen dat de kolom droog is en plaats de droge kolom in een RNase-vrij eppendorfbuisje.
  8. Voeg 50 ul elutiebuffer de kolom en centrifugeer gedurende 2 minuten bij 200 xg, gevolgd door 1 minuut bij 14 000 x g.
  9. Ga verder met de geïsoleerde RNA of opslaan in -80 ° C.

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
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
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
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
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.

ve_content "> Figuur 5
Figuur 5. Bioanalyzer resultaten tonen de aanwezigheid RNA in de cellen (A) en exosomes (B). Pijlen geeft de 18S en 28S rRNA subeenheden aanwezig in de cellen. Als exosomal RNA mannelijke bevatten kleine RNA geen of weinig rRNA is geïdentificeerd in exosomes.

Discussion: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

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.

Disclosures: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

JL is een mede-eigenaar van een patent met betrekking tot het gebruik van exosomes als vectoren voor de overdracht van RNA aan cellen.

Acknowledgements: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

Deze studie werd gefinancierd door de Zweedse Research Council (K2008-57x-20 676-01-3).

Materials: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

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

References: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

  1. Pan, B.-T. & Johnstone, R.M. Fate of the transferrin receptor during maturation of sheep reticulocytes in vitro: Selective externalization of the receptor. Cell. 33, 967-978 (1983).
  2. Chaput, N. & Thery, C. Exosomes: immune properties and potential clinical implementations. Semin. Immunopathol. doi:10.1007/s00281-010-0233-9 [doi] (2010).
  3. Lässer, C., et al. RNA-containing exosomes in human nasal secretions. Am. J. Rhinol. Allergy. 25, 89-93 (2011).
  4. Caby, M.-P., Lankar, D., Vincendeau-Scherrer, C., Raposo, G., & Bonnerot. C. Exosomal-like vesicles are present in human blood plasma. Int. Immunol. 17, 879-887 (2005).
  5. Palanisamy, V., et al. Nanostructural and Transcriptomic Analyses of Human Saliva Derived Exosomes. PLoS ONE. 5, e8577 (2010).
  6. Admyre, C., et al. Exosomes with Immune Modulatory Features Are Present in Human Breast Milk. J. Immunol. 179, 1969-1978 (2007).
  7. Almqvist, N., Lönnqvist, A., Hultkrantz, S., Rask, C., & Telemo, E. Serum-derived exosomes from antigen-fed mice prevent allergic sensitization in a model of allergic asthma. Immunology. 125, 21-27 (2008).
  8. Prado, N., et al. Exosomes from Bronchoalveolar Fluid of Tolerized Mice Prevent Allergic Reaction. J. Immunol. 181, 1519-1525 (2008).
  9. Zitvogel, L., et al. Eradication of established murine tumors using a novel cell-free vaccine: dendritic cell-derived exosomes. Nature. Medicine. 4, 594-600 (1998).
  10. Ashiru, O., et al. Natural Killer Cell Cytotoxicity Is Suppressed by Exposure to the Human NKG2D Ligand MICA*008 That Is Shed by Tumor Cells in Exosomes. Cancer. Research. 70, 481-489 (2010).
  11. Liu, C., et al. Murine Mammary Carcinoma Exosomes Promote Tumor Growth by Suppression of NK Cell Function. The Journal of Immunology. 176, 1375-1385 (2006).
  12. Viaud, S., et al. Dendritic Cell-Derived Exosomes Promote Natural Killer Cell Activation and Proliferation: A Role for NKG2D Ligands and IL-15Rα. PLoS ONE. 4, e4942 (2009).
  13. Szajnik, M., Czystowska, M., Szczepanski, M.J., Mandapathil, M., & Whiteside, T.L. Tumor-Derived Microvesicles Induce, Expand and Up-Regulate Biological Activities of Human Regulatory T Cells (Treg). PLoS ONE. 5, e11469 (2010).
  14. Raposo, G., et al. B lymphocytes secrete antigen-presenting vesicles. J. Exp. Med. 183, 1161-1172 (1996).
  15. Abusamra, A.J., et al. Tumor exosomes expressing Fas ligand mediate CD8+ T-cell apoptosis. Blood Cells, Molecules, and Diseases. 35, 169-173 (2005).
  16. Valadi, H., et al. Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells. Nat. Cell Biol. 9, 654-659 (2007).
  17. Eldh, M., et al. Exosomes communicate protective messages during oxidative stress; possible role of exosomal shuttle RNA. PLoS One. 5, e15353 (2010).
  18. Lässer, C., et al. Human saliva, plasma and breast milk exosomes contain RNA: uptake by macrophages. J. Transl. Med. 9, 9 (2011).

Ask the Author: Isolatie en karakterisatie van RNA-bevattende Exosomes

12 Comments

Congratulation for the video is very interesting. I have some questions concerning this matter.
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

Reply

Posted by: Gianluigi PirontiMarch 14, 2012, 11:19 AM

Thank you.
We used HMC-1 cells, which are a human mast cell line - but we have also used other cell lines and body fluids to isolate exosomes from in our lab.
The size of the pellet usually depends on the producing cell, so sometimes we can see a small pellet and sometimes we do not see a pellet at all.
If you mean HEK293 cells, I have no experience of working with them, but there are a couple of publication on those cells and exosomes, so they should produce exosomes, but maybe you can have a look on these papers to make sure you are culturing the cells under the same conditions.
Good luck with your experiments and do not hesitate to email us if you have any problems.

1.1

Reply

Posted by: Cecilia LässerMarch 17, 2012, 2:25 PM

Thank you very much for the great protocol. Can you estimate how many cells you used to get enough exosomes for the RNA isolation?

2

Reply

Posted by: Marina BechtleApril 10, 2012, 11:10 AM

We are usually start with 0.5 million cells per ml (50-100 ml) and leave them for 3-4 days before we isolate exosomes. The cells are then usually at the conc of 1.0-1.8 million cells per ml. However I know that this is very different form cells to cells, so for another cell line you might need less or more.
Good luck with your experiments!

2.1

Reply

Posted by: Cecilia L.June 12, 2012, 10:02 AM

Hello,
I was curious as to what quantity of RNA you typically get with 1.0-1.8 million cells per ml.
Thanks

2.1.1

Reply

Posted by: Steven P.June 19, 2012, 3:29 PM

Hi Steven,
It is hard for me to answer that question as we get different amount from different cells. It is very much depending on the cell type.
But I would say that 1.0-1.8 million cells per ml are typical what we have when we isolate exosomes, and then we use 50-300 ml depending on the cell type.
I hope this helps.

2.1.1.1

Reply

Posted by: Cecilia L.September 18, 2012, 4:16 AM

Thank you for your perfect video and protocols. I am wondering is it necessary to use RNase before RNA isolation for removing outside exosome RNA? Thank you!

3

Reply

Posted by: LINLI L.June 11, 2012, 4:57 AM

Thank you Linli,
No I wouldn’t say it is necessary. I think it is quite established that most of the RNA is on the inside of the exosomes. But maybe you can do that experiment once to make sure that that is true for your exosomes as well and then continue without for the rest of the experiments.
Good luck with the experiments.

3.1

Reply

Posted by: Cecilia L.September 18, 2012, 5:42 AM

Hi,

Great video! Congratulations.
I'm working on CCL-210 cell line (human lung fibroblast) and we have succesfully isolated microparticles (100-1000 nm) in the past. However, I now want to proceed with exosome isolation. We usually feed our cells on 10% Fetal Bovine Serum Media solution until 80% confluence, however before exosome isolation we would starve them on MEM only for 24h and then stimulate them with cytokines in 1% Bovine serum albumin/PBS in MEM for 24h (both solutions are exosome-free). Do you think we should still ultracentrifuge the growth media on 100,000xG prior to growing the cells to avoid exosome " contamination"?
Thank you for your reply.

4

Reply

Posted by: AnonymousAugust 10, 2012, 12:41 PM


Thank you!
If I understand you correctly you culture your cells in medium with FBS and then you wash them before you culture them in medium without FBS? If that is the case I guess that would be alright. But if any medium+FBS is left when the starvation starts, then the FBS exosomes can contaminate. As we do not starve our cells, but always have FBS in the medium, we have as a standard to always ultracentrifuge the FBS over night.
I hope this answer your question.
Good luck with the exosome experiments.

4.1

Reply

Posted by: Cecilia L.September 18, 2012, 4:29 AM

Congratulation for the video is very interesting. I have some questions concerning this matter.
We extracted protein from exosomes in a different way. We resuspend the exosomein a small volume (~3 x 50 μl) of PBS. Then we added loading buffer to the suspension,and boiled for 5 minutes. Finally centrifuged the sample, 12 000 x g for 5minutes at 4 ℃,and transfered the supernatant to a new eppendorf tube. We chose TSG101 as a exsomes marker, but the result was not good, we could't see the protein bands. Is there something wrong with my method? Thank you!

5

Reply

Posted by: jin x.September 11, 2012, 4:11 AM

Hi,
I haven’t tried the protocol you are using, but it could be that the PBS and boiling is not sufficient enough to properly lyse the exosomes. Is it SDS in the loading buffer? My suggestion is to try a slightly stronger method for lysing the exosomes. Also to check that the TSG101 antibody is working with another sample, such as cells.
Good luck with the experiment!

5.1

Reply

Posted by: Cecilia L.September 18, 2012, 4:11 AM

Hi Jin,
Furthermore, maybe the boiling is destroying your proteins. Is this your normal Western blot protocol? We usually heat the sample to 70-95°C before loading it on the gel, but never so it boils.

5.1.1

Reply

Posted by: Cecilia L.September 18, 2012, 4:20 AM

Thank you for your reply!
We often heat the sample to 95°C for 10 minutes or 100°C for 5minutes. And the loading buffer we used contains
SDS. I have used the lysis buffer for protein, but we still could't see the protein bands. Do the exosomes extracted from different cells express TSG101 definitely? As I know, TSG101 is related to the synthesis of MVB. Did I choose the wrong marker?
Thank you !

8

Reply

Posted by: jin x.September 20, 2012, 5:33 AM

Hi Jin,
TSG101 is suppose to be a good exosomal marker, but maybe the concentration is low in your particular exosomes. Maybe you can try with anti-CD63 also as this has worked for many people. Which TSG101 antibody did you use?

Best regards
Cecilia

8.1

Reply

Posted by: Cecilia L.October 22, 2012, 7:17 AM

Thanks for the perfect Video and protocol. We successfully isolated exsosome which can be observed using EM. I just need to make sure whether the CD81 antibody you used is PE anti-CD81 (555676) or not. Is the antibody also good for immunogold labeling?
Thank you

9

Reply

Posted by: TICHUN C.October 5, 2012, 2:01 PM

Hi Tichun,
I’m glad to hear that you have successfully isolated exosomes. The CD81 antibody used in here is PE-labeled and we have only used it for flow cytometry and not for EM so I do not know if it will work with the immunogold labeling.
Best regards
Cecilia

9.1

Reply

Posted by: Cecilia L.October 22, 2012, 7:11 AM

Good Afternoon,

Thank you for posting your video on exosome isolation and characterization - it is very informative and well made!

I was hoping you might have a suggestion regarding the following:

We would like to use our exosome pellet for RNA isolation, however, we are using reusable polycarbonate ultracentrifugation tubes which cannot withstand Trizol for the resuspension (step 9 of "Exosome Isolation").

Have you had luck with resuspending your exosome pellet in PBS and then re-pelleting in a microcentrifuge? In your experience, is it possible to pellet exosomes outside of ultracentrifugation?

Thank you for any insight you can share.

All my best,
Vanessa

10

Reply

Posted by: Vanessa A.October 30, 2012, 6:26 PM

Hi Vanessa,
We have no experience with isolating exosomes with anything but by the use of ultracentrifugation, but we have dissolved exosomes in a small volume of PBS or water and then transfer that solution into Trizol or Exiqon lysis buffer. However use as small volume as possible so you do not dilute the lysis buffer too much. In Eldh at al Mol Immunol. 2012 Apr;50(4):278-86, the exosomes were dissolved in water and could then be used for several different RNA kits.
Good luck with the experiments
Best regards
Cecilia

10.1

Reply

Posted by: Cecilia L.November 14, 2012, 1:59 PM

Hi!

Thank you for your informative video! I would like to inquire with regards to the volume of fluid sample in which the exosomes were isolated from . In my case, I would need to isolate exosomes from less than 1ml of serum, do you advise to follow according to the parameters stated in your protocol or should I change the parameters for the ultracentrifugation for e.g. the speed and duration?

Regards
Siew Peng

11

Reply

Posted by: Tay S.December 20, 2012, 2:06 AM

Hi!

Thank you for your informative video! I would like to inquire with regards to the volume of fluid sample in which the exosomes were isolated from . In my case, I would need to isolate exosomes from less than 1ml of serum, do you advise to follow according to the parameters stated in your protocol or should I change the parameters for the ultracentrifugation for e.g. the speed and duration?

Regards
Siew Peng

12

Reply

Posted by: Tay S.December 20, 2012, 2:07 AM

Dear Siew Peng,
Usually we use much larger volumes of starting material. How much depends on which body fluid we are using or how much exosomes the cell line used are producing. I have never worked with just 1 ml, so I am afraid I do not have any good advice or suggestion. There is a group on Facebook called ISEV International society of extracellular vesicles. Maybe you can post your question there.
Good luck with the experiments!
Best regards
Cecilia

12.1

Reply

Posted by: Cecilia L.January 15, 2013, 5:01 AM

Dear Prof. Lötvall,
Very thank you for your sharing!
According to the Exocarta database, endoplasmic reticulum protein calnexin was identified in exosomes in two researches. Also, another calcium binding chaperones, calreticulin was identified in the exosomes I isolated.
Unfortunately, I just want to use this protein as a negative control of my exosomes and there is also a study shown that calreticulin is exist in exosomes.
So, do you think there is a common negative markers of exosomes ?
Looking forward your reply!



13

Reply

Posted by: Jinheng W.February 22, 2013, 4:28 PM

Hi
Your videos is very helpful. I have a question regarding exosome isolation.
I am using calu3 cell line (airway epithelial cell line) and I am treating the cells with a cytokine to look at the levels of protein of my interest by WB. In my previous experiments, I culture the cells until they reach confluecy in a 10 cm dish and treated with cytokine for 4 hrs and I saw an increase in the protein of my interest in whole cell extracts.
Right now I am trying to examine the same in exosomes. Again here I culture the cells in a 10 cm dish until they reach confluency, wash them with PBS and incubate with cytokine containing exosome free media for 4 hrs. I was wondering if this 4 hr time frame enough for me to get enough exosomes for my protein to be detected in the WB?

15

Reply

Posted by: Poornima k.March 6, 2013, 5:15 PM

4h seems to be a short time-frame to capture new release of exosomes. You have to remember that what you capture during the isolation is a steady state of exosomes in the supernatant, as a sum of release and concomitant uptake. Importantly, also a lot of material is certainly lost during the isolation procedures. For really good input, please join the International Society for Extracellular Vesicles ( http://www.isevmeeting.org) in April in Boston. There you will have plenty of time for interactions with those that have worked in this field over years, and all the obstacles they have incurred. Also, there is a facebook page that is very interactive. Good luck with your experiments.

15.1

Reply

Posted by: Jan L.March 6, 2013, 5:23 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Waiting
simple hit counter