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 Norwegian 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).
Feltet av exosome forskning er raskt voksende, med en dramatisk økning i publikasjoner de siste årene. Disse små blærer (30-100 nm) av endocytic opprinnelse ble først foreslått å fungere som en måte for retikulocytter å utrydde transferrin reseptor mens modning i erytrocytter 1, og ble senere kalt exosomes. Exosomes er dannet av indre spirende sen endosomes, produsere multivesicular organer (MVBs), og slippes ut i miljøet ved sammensmeltingen av MVBs med plasma membran 2. Siden den første oppdagelsen av exosomes, har et bredt spekter av celler er vist å frigjøre disse blemmer. Exosomes har også blitt påvist i flere biologiske væsker, inkludert plasma, nasal lavage fluid, spytt og brystmelk 3-6. Videre har det vært vist at innhold og funksjon exosomes avhenger av opprinnelse celle og under hvilke forhold de er produsert. En rekke funksjoner har blitt demonerkonsentrert for exosomes, slik som induksjon av toleranse mot allergen 7,8, utrydding av etablerte svulster i 9 mus, hemming og aktivering av naturlige drepeceller 10-12, fremming av differensiering inn i T regulatoriske celler 13, stimulering av T-celle spredning 14 og induksjon av T-celle apoptose 15. År 2007 har vi vist at exosomes frigjøres fra mast celler inneholder messenger RNA (mRNA) og mikroRNA (miRNA), og at RNA kan skytteltrafikk fra en celle til en annen via exosomes. I mottakeren cellene ble mRNA skytteltrafikk ved exosomes vist seg å være oversatt til protein, tyder på en regulerende funksjon av de overførte RNA 16. Videre har vi også vist at exosomes avledet fra celler dyrket under oksidativt stress kan indusere toleranse mot ytterligere stress i mottakerens celler og dermed foreslå en biologisk funksjon av exosomal shuttle RNA 17. Cellekultur media og biologiske væsker contain en blanding av vesikler og kaste fragmenter. En høy kvalitet isolasjon metode for exosomes, etterfulgt av karakterisering og identifisering av exosomes og deres innhold, er derfor avgjørende å skille exosomes fra andre vesikler og partikler. Her presenterer vi en metode for isolering av exosomes fra både cellekultur medium og kroppsvæsker. Denne isolasjonen metoden er basert på gjentatte sentrifugering og filtrering trinn, etterfulgt av en endelig ultracentrifugation trinn der de exosomes er pelleterte. Viktige metoder for å identifisere exosomes og karakterisere exosomal morfologi og proteininnhold er fremhevet, blant annet elektron mikroskopi, flow cytometri og Western blot. Rensing av den totale exosomal RNA er basert på spin kolonne kromatografi og exosomal RNA yield og størrelse distribusjon er analysert ved hjelp av en Bioanalyzer.
1. Exosome isolasjon
Merk; exosomes kan også isoleres fra ulike kroppsvæsker, som for eksempel plasma, med samme prosedyre som for cellekultur media. For viskøse væsker kan det være nødvendig å fortynne prøven med PBS før sentrifugering og filtrering trinn. I forhold til sentrifugering hastighet for punkt 5 ovenfor, kan det økes til 29 500 xg, og ultracentrifugation i nr. 7 kan utvides til 90 minutter 18.
Hvis prøven må videre renset exosome pellets kan fløt på en sukrose gradient og exosomes vil primært bli funnet i brøken representing en tetthet på 1.13 til 1.19 g / ml 2.
2. Exosome identifisering av elektronmikroskopi
3.Exosome karakterisering av flowcytometri
Som exosomes er for små til å bli oppdaget av nåværende flowcytometri utstyr, er det nødvendig å først binde exosomes til antistoff belagt perler (Figur 1). Disse perlene kan enten kjøpes som et ferdig produkt eller gjort i laboratorium med antistoff av valget. Avhengig av exosomal cellular opprinnelse, kan ulike antistoffer kobles til perler som kan være enten av magnetiske eller latex karakter. Vi har for tiden bruker anti-MHC klasse II eller anti-CD63 belagt perler for denne analysen.
Som omtalt ovenfor, forskjellige perler kan brukes, for eksempel lateks perler som beskrevet i protokollen eller magnetiske perler. Hvis magnetiske kuler brukes i stedet, så vær oppmerksom på at protokollen er litt annerledes. Blokkering trinn (punkt 4) er ikke nødvendig og vask utføres ved å plassere røret i en magnetisk stå i stedet for en sentrifugering.
Lagring buffer som brukes for "hjemmelaget" antistoff belagt perler, inneholder 0,1% glysin og 0,1% natrium azid i PBS, med en pH på 7,2.
Viktigere, sørg for å bruke exosome utarmet serum for flowcytometri vaskebuffer (1-3% serum i PBS), for å unngåserum exosomes forurensende analysen.
Notat, når du utfører exosome karakterisering ved hjelp av antistoff kombinert perler det er viktig å erkjenne at det bare er en bestemt undergruppe, spesifikt for antistoff brukt, som er isolert og karakterisert.
Fire. Exosome deteksjon av Western blot
Western blot er en veletablert metode og vi vil ikke gå i detalj om selve metoden, men fokuserer på viktigheten av et egnet protein isolasjon før Western blot og ulike antistoffer brukes.
Så det er ingen exosome spesifikke markører, proteiner som er beriket med exosomes, fra alle forskjellige cellular opprinnelse, blir ofte brukt for exosome deteksjon. Dette er proteiner som tetraspanins (f.eks CD9, CD63 og CD81), cytoskjelettet assosiert protein (f.eks ezrin) og proteiner involvert i multivesicular biogenesis (f.eks Tsg101 og Alix). Andre proteiner som også ofte oppdages i exosomes er Flotillin, Hsc70 og ulike Rab proteiner osv. Men det er også celle spesifikke proteiner som finnes i exosomes som A33 (intestinal epitelceller), CD3(T celler) og MHC klasse II (antigenpresenterende celler). Dermed kan avhengig av hvilken celletype de exosomes er frigjort fra markører for deteksjon variere.
Som andre avdelinger av cellen kan også produsere vesikler, er det videre anbefalt å bestemme tilstedeværelsen av proteiner fra disse avdelingene som endoplasmatiske retikulum (f.eks calnexin og Grp78) og Golgi-apparatet (f.eks GM130). Dermed indikerer mangel på disse proteinene ingen eller lite forurensing av vesikler av andre avdelinger i prøven studert.
5. Isolering av exosomal RNA og RNA-analyse
For deteksjon og analyse av ekstrahert total exosomal RNA, bruker en Agilent 2100 Bioanalyzer med RNA 6000 Nano eller RNA 6000 Pico Kit. Analysen viser exosomal RNA avkastning og størrelse distribusjon.
Seks. Representant Resultater
Exosomes er for små til å bli oppdaget av tilgjengelig flowcytometri metoder, og er derfor knyttet til antistoff-belagte perler før de analyseres (figur 1). Som exosome-perle komplekser kan aggregere flowcytometri spredningsdiagram kan inneholde ulike bestander av enkeltrom, dobbeltrom og tremannsrom perler (Figur 2A). Pilen viser den enkle perler som er nærmere analysert. En CD63 positive enkelt perle-exosome befolkningen i forhold til sine isotype kontroll er vist i figur 2B.
e_content "> På grunn av den lille størrelsen på exosomes, kan de bare være direkte visualisert med elektronmikroskopi, og ikke ved lysmikroskopi. Typiske morfologiske kjennetegn exosomes er runde og 30-100 nm sized membran blemmer. I Figur 3, elektronmikroskopi fotografiene viser exosomes immunostained (A) med gull-merket antistoff for CD63 (indikert av pil) og ikke-immunostained exosomes (B).Å fastslå at den isolerte vesikler er faktisk exosomes og ytterligere karakterisere exosomal proteiner, er Western blot brukte. Figur 4 viser fravær av calnexin, en endoplasmatiske retikulum markør. Dette indikerer lite forurensing av vesikler fra det endoplasmatiske retikulum. Videre viser Figur 4 forekomster av CD81 i exosomes, som er en tetraspanin ofte beriket i exosomes.
Cellular RNA hovedsak inneholdee ribosomalt RNA (rRNA), sett på som de to fremtredende topper for 18S og 28S rRNA subenheter i en Bioanalyzer analyse (Figur 5A). Men exosomal RNA varierer i profilen sin som exosomes mangler de to rRNA toppene (18S og 28S) og er beriket i korte RNA som mRNA og miRNA (Figur 5B).

Figur 1. På grunn av den lille størrelsen på exosomes (30-100 nm), kan de ikke skille fra støy og bakgrunnen når analyseres med flow-cytometri. Derfor er det nødvendig å feste dem til antistoff belagt perler før exosomes analyseres, som deretter kan visualiseres ved laser.

Figur 2. Den exosome-perler kompleks kan aggregere med hverandre og danner doble og triple perler (A). Pilen viser fram én perle-exo Noen befolkningen som er inngjerdet og brukes for videre analyse. Denne populasjonen vil være direkte i forhold til en isotype kontroll (fylt grå topp) for å fastslå tilstedeværelsen av membran molekyler av exosomes. CD63 positive exosomes (svart åpen peak) er vist i figur B.

Figur 3. Electron mikrografer av exosomes med typisk morfologi og størrelse (40-80 nm) (A og B). Pilen i figur A viser den gylne partikkel av sekundære antistoff, verifisere at dette exosome har CD63 på sin membran overflate.

Figur 4. Western blot resultater som viser fravær av det endoplasmatiske retikulum protein calnexin men tilstedeværelsen av proteinet ofte beriket i exosomes, CD81 tetraspanin.

Når studerer molekylær innhold og / eller funksjon exosomes, er det avgjørende å bruke en høy kvalitet isolasjon metode som gir en passende avkastning og lavest mulig grad av forurensning. Metodikken er beskrevet i denne artikkelen er en veletablert metode for å isolere exosomes og å studere deres RNA innhold og biologisk funksjon. Videre er betydningen av karakterisering av isolerte exosomes, ved en kombinasjon av ulike metoder, herunder elektron mikroskopi, flow cytometri, og Western blot, uthevet.
Når isolere exosomes, er det første sentrifugering trinnet (300 xg) som brukes til pellets celler som kan være til stede i cellen suspensjon eller studert biologiske væske. Den andre sentrifugering på 16 500 xg må være sterkt nok til å pellet døde celler, større rusk, apoptotiske legemer og andre organeller. Etter dette sentrifugering, noen protokoller inkluderer en nano-filtrering skritt, men noen investigators har ekskludert dette trinnet. Men, understreker vi viktigheten av å utrydde fragmenter og vesikler større enn 200 nm og er derfor sterkt anbefale inkludert en filtrering trinn. Hvis en strengere isolasjon er nødvendig, kan 100 nm filtre brukes, men merk at hvis viskøse væsker benyttes, kan disse filtrene lett kan bli blokkert og exosomal materiale går tapt. Dessuten kan en 100 nm filtrering påvirke morfologi av exosomes og videre hvis exosomes er på større skala de kan være tapt. Dermed blir 200 nm filtre synes hensiktsmessig for exosome isolasjon. Etter filtrering, er det obligatorisk ultracentrifugation på 120000 xg brukes til å pellet på exosomes. Den exosomes kan bli ytterligere vasket med PBS, bundet til antistoff belagt perler og vasket, eller plassert på et sukrose gradient for å fjerne forurensning proteiner. Men dette kan være en svært ressurskrevende prosess som vi argumenterer for ikke å være nødvendig, særlig hvis start prøvevolum er liten og / eller RNA innhold of exosomes er lav, som ekstra trinn vil vesentlig redusere materialet videre. Men igjen, bør arten av de isolerte vesikler være bevist ved tilstedeværelse og fravær av visse proteiner.
Til dags dato har ingen absolutt unikt protein markør for exosomes blitt identifisert for å bekrefte at prøven inneholder exosomes og ingenting annet. Som et resultat, er en kombinasjon av metoder som kreves for å karakterisere exosomes, herunder fastsettelse av størrelse og morfologi av exosomes ved elektronmikroskopi. Dessuten kan renheten i prøven bestemmes av elektronmikroskopi, da denne metoden kan gi en oversikt over nivået av forurensning av prøven, for eksempel med større blemmer, som mikropartikler, apoptotiske legemer eller celleavfall. Videre kan proteininnholdet av exosomes bestemmes av flowcytometri og Western blot, og kombinasjonen av disse to metodene resulterer i en analyse av både membran bundet (f.eks CD63 ogCD81) og internalisert proteiner (f.eks Tsg101 og Alix) av exosomes. Påvisning av proteiner beriket i exosomes som CD63, Tsg101 og Alix, og fraværet av proteiner som det endoplasmatiske retikulum protein calnexin, er en indikasjon på at exosome beriket pellet er faktisk exosomes og ikke forurenser vesikler fra andre avdelinger i cellen.
Profilen av RNA som er oppdaget i exosomes er fundamentalt annerledes enn det som av RNA som finnes i intakte celler. Dermed exosomal RNA analysert av Bioanalyzer eller gel-baserte RNA analyse tilnærminger mangler to topper for 18S og 28S rRNA subenheter, som er fremtredende i analyse av cellulære RNA. Vi vil derfor argumentere for at påvisning av eventuelle vesentlige mengder rRNA i en prøve indikerer at den totale RNA ekstrahert ikke er av exosomal opprinnelse alene, og dermed at isolering metoden må forbedres og kvalitetssikres.
JL er medeier av et patent relatert til utnyttelse av exosomes som vektorer for overføring av RNA til cellene.
Denne studien ble finansiert av den svenske forskningsråd (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