Extrazelluläre Vesikel (EVs) sind einer der Hauptakteure der interzellulären Kommunikation in allen mehrzelligen Organismen1. EVs sind aus Zellen gewonnene Lipid-Doppelschicht-Membranpartikel, die die Übertragung einer Vielzahl von Frachtladungen wie Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren auf Empfängerzellen erleichtern können. EVs können einen breiten Größenbereich von 30 nm bis 1 μM haben. Kleine EVs (sEVs), definiert als lipidgebundene Vesikel mit einer durchschnittlichen Durchmessergröße von <200 nm, haben die Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden; Daher wurden sie mit der prionenartigen Ausbreitung und Verschlimmerung von neurodegenerativen Erkrankungen und anderen Erkrankungen wie Alzheimer (AD), frontotemporaler Demenz (FTD), Parkinson (PD) und Krebs in Verbindung gebracht 2,3. Da sEVs in einer Reihe von Bioflüssigkeiten wie Blut, Liquor cerebrospinalis (CSF), Speichel und sogar Urin zu finden sind, kann sich ihr vorteilhafter Nutzen über den Bereich der Biomarker und der nicht-invasiven Diagnostik erstrecken. Zum Beispiel könnte die AD-Forschung auf die Verwendung von biofluiden pathogenen Proteinverhältnissen wie tau/Aβ oder sogar Aβ42/Aβ404 hinweisen.
Eine bekannte Ladung von sEVs ist microRNA (miRNA), eine Gruppe kleiner, nicht-kodierender RNA-Moleküle mit einer Länge von etwa 22 Nukleotiden, die an die 3'-UTR-Regionen der mRNA binden und die Proteinexpression normalerweise negativ regulieren. miRNAs sind an vielen zellulären Rollen beteiligt und wurden auch mit der Pathogenese verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs und neurodegenerativer Erkrankungen, in Verbindung gebracht. Cheng et al. führten eine Hochdurchsatz-Sequenzierungsanalyse von serumabgeleiteten sEV miRNA-Expressionssignaturen von Alzheimer-Patientendurch 5. In Verbindung mit Neuroimaging-Aufzeichnungen und bekannten Risikofaktoren wie Alter, Geschlecht und APOE ε4-Allelpräsentation zeigten die Ergebnisse eine Vorhersage der Alzheimer-Krankheit mit einer Sensitivität von 87 % und einer Spezifität von 77 %. Darüber hinaus hat die Forschung zwei hochregulierte Liquor-miRNAs (miR-151a-3p, let-7f-5p) und 3 herunterregulierte miRNAs (miR-27a-3p, miR-125a-5p und miR-423-5p) identifiziert, die möglicherweise PD6 im Frühstadium diagnostizieren können. Bei pathologischen Erkrankungen kann der pathologische Status bestimmten charakteristischen Krankheitssymptomen vorausgehen, während bei der Neurodegeneration die Anhäufung pathologischer Merkmale viel früher erfolgt als der kognitive Verfall.
MicroRNAs sind aufgrund ihrer vielfältigen Funktionen und einer epigenetischen Regulation höherer Ordnung potenziell ein wirksamerer Biomarker als Proteine. Anhand von Hirngewebe können Forscher möglicherweise spezifische vom Gehirn abgeleitete sEV (BDsEV) miRNA-Signaturen für Krankheiten und ihre Subtypen identifizieren. Zum Beispiel können sEVs mit neuronalen und glialen Markern unterschiedliche miRNA-Fracht aufweisen, und die Analyse kann zu präziseren Methoden zur Krankheitserkennung führen. Darüber hinaus wird vermutet, dass BDsEVs eine große Rolle bei der transsynaptischen Ausbreitung neuropathogener Proteine spielen7. Frühere Berichte haben Immunpräzipitation und Dichtegradienten-Ultrazentrifugation (Saccharosegradient) vorgeschlagen, um sEVs aus frisch gefrorenem Hirngewebe zu erhalten 8,9. Diese Ansätze erfordern jedoch eine spezifische Infrastruktur mit Ultrazentrifuge und nachgeschalteten Aufreinigungsmethoden, um qualitativ hochwertige sEV-Proben zu gewinnen10. In neueren Berichten wurden mehrere Änderungen und Verbesserungen des Ansatzes vorgeschlagen 11,12,13; Trotzdem sind die Isolierung und Untersuchung von sEV-abgeleiteter microRNA aus menschlichen Geweben immer noch nicht weit verbreitet. Der in diesem Protokoll beschriebene Ansatz zielt darauf ab, ein verfeinertes Schritt-für-Schritt-Protokoll für sEV-Studien aus dem Gehirn bereitzustellen, um den Zugang zu dieser Technik zu verbessern. Wir haben ein Protokoll mit minimalen Mengen an Hirngewebe etabliert, aus dem wir reine sEVs mittels Größenausschlusschromatographie isoliert haben und qualitativ hochwertige Next-Generation-Sequencing-Daten aus der microRNA-Fracht dieser sEVs gezeigt haben.