Questo protocollo descrive una procedura per isolare piccole vescicole extracellulari dai macrofagi mediante ultracentrifugazione differenziale ed estrarre il peptidoma per l'identificazione mediante spettrometria di massa.
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Articolo metodologico
Questo protocollo descrive una procedura per isolare piccole vescicole extracellulari dai macrofagi mediante ultracentrifugazione differenziale ed estrarre il peptidoma per l'identificazione mediante spettrometria di massa.
Piccole vescicole extracellulari (sEV) sono tipicamente secrete dall'esocitosi dei corpi multivescicolari (MVB). Queste nanovescicole con un diametro di <200 nm sono presenti in vari fluidi corporei. Queste sEV regolano vari processi biologici come la trascrizione e la traduzione genica, la proliferazione e la sopravvivenza cellulare, l'immunità e l'infiammazione attraverso i loro carichi, come proteine, DNA, RNA e metaboliti. Attualmente, sono state sviluppate varie tecniche per l'isolamento delle sEV. Tra questi, il metodo basato sull'ultracentrifugazione è considerato il gold standard ed è ampiamente utilizzato per l'isolamento delle sEV. I peptidi sono naturalmente biomacromolecole con meno di 50 amminoacidi di lunghezza. Questi peptidi partecipano a una varietà di processi biologici con attività biologica, come ormoni, neurotrasmettitori e fattori di crescita cellulare. Il peptidome ha lo scopo di analizzare sistematicamente peptidi endogeni in specifici campioni biologici mediante cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS). Qui, abbiamo introdotto un protocollo per isolare le sEV mediante ultracentrifugazione differenziale e abbiamo estratto il peptidoma per l'identificazione mediante LC-MS/MS. Questo metodo ha identificato centinaia di peptidi derivati da sEVs da macrofagi derivati dal midollo osseo.
Piccole vescicole extracellulari (sEV) con un diametro inferiore a 200 nm sono presenti in quasi tutti i tipi di fluidi corporei e secrete da tutti i tipi di cellule, tra cui urina, sudore, lacrime, liquido cerebrospinale e liquido amniotico1. Inizialmente, le sEV erano considerate come contenitori per lo smaltimento dei rifiuti cellulari, il che ha portato a una ricerca minima nel decennio successivo2. Recentemente, prove crescenti indicano che le sEV contengono proteine, lipidi, acidi nucleici e altri metaboliti specifici. Queste molecole vengono trasportate alle cellule bersaglio3, contribuendo alla comunicazione intercellulare, attraverso la quale partecipano a vari processi biologici, come la riparazione dei tessuti, l'angiogenesi, l'immunità4 e l'infiammazione 5,6, lo sviluppo del tumore e le metastasi 7,8,9, ecc.
Per facilitare lo studio delle sEV, è imperativo isolare le sEV da campioni complessi. Sono stati sviluppati diversi metodi di isolamento delle sEV sulla base delle proprietà fisiche e chimiche delle sEV, come la loro densità, la dimensione delle particelle e le proteine marcatrici di superficie. Queste tecniche includono metodi basati sull'ultracentrifugazione, metodi basati sulla dimensione delle particelle, metodi basati sulla cattura dell'immunoaffinità, metodi basati sulla precipitazione delle sEV e metodi basati sulla microfluidica10,11,12. Tra queste tecniche, il metodo basato sull'ultracentrifugazione è ampiamente riconosciuto come il gold standard per l'isolamento delle sEV ed è la tecnica più comunemente utilizzata13.
Una quantità crescente di prove suggerisce la presenza di una moltitudine di peptidi biologicamente attivi non ancora scoperti nei peptidomi di vari organismi. Questi peptidi contribuiscono in modo significativo a numerosi processi fisiologici regolando la crescita, lo sviluppo, la risposta allo stress 14,15 e la trasduzione del segnale16. L'obiettivo del peptidoma delle sEV è quello di scoprire i peptidi trasportati da queste sEV e fornire indizi sulle loro funzioni biologiche. Qui, presentiamo un protocollo di isolamento delle sEV attraverso l'ultracentrifugazione differenziale, seguita dall'estrazione di peptidi da queste sEV per un'ulteriore analisi del loro peptidoma.
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1. Isolamento di piccole vescicole extracellulari
NOTA: Eseguire tutta la centrifugazione nei passaggi 1.1-1.11 a 4 °C.
2. Osservazione della morfologia delle sEV mediante microscopia elettronica a trasmissione
3. Misure della distribuzione granulometrica e della concentrazione di sEV mediante analisi di tracciamento di nanoparticelle
4. Rilevazione di marcatori proteici di sEVs mediante western blot
NOTA: Secondo le linee guida Minimal information for studies of extracellular vesicles (MISEV) 201817,18, 5 categorie di proteine sono raccomandate per la caratterizzazione delle sEV. Valutare almeno un marcatore proteico di ciascuna categoria da 1 a 4 per la preparazione di sEV.
5. Estrazione dei peptidi delle sEV
6. Essiccazione dei peptidi dissalati
7. Cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS)
NOTA: Analizzare il campione dei peptidi mediante cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS), in particolare lo spettrometro di massa Orbitrap Q Exactive HF-X collegato a un sistema LC a nano-alte prestazioni EASY-nLC 1000 (vedere la tabella dei materiali).
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Per le sEV isolate mediante ultracentrifugazione differenziale (Figura 1), ne abbiamo valutato la morfologia, la distribuzione granulometrica e i marcatori proteici secondo l'International Society for Extracellular Vesicles (ISEV)17.
In primo luogo, la morfologia delle sEV è stata osservata mediante TEM, mostrando una tipica struttura a coppa (Figura 2A). L'NTA ha mostrato che le sEV isolate erano per lo più co...
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Quando si studia la funzione delle sEV, è imperativo ottenere sEV ad alta purezza da campioni biologici complessi per evitare potenziali contaminazioni. È stata sviluppata una varietà di metodi per l'isolamento delle sEV13 e, tra questi metodi, i metodi basati sull'ultracentrifugazione differenziale hanno mostrato una purezza relativamente elevata delle sEV. In questo studio, sono stati raccolti 200 mL di surnatante cellulare per 6 ore e circa 200-300 μg di sEV sono stati ottenuti mediante ultrace...
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Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Questo studio è stato sostenuto da sovvenzioni della Natural Science Foundation of China (3157270). Ringraziamo il Dr. Feng Shao (Istituto Nazionale di Scienze Biologiche, Cina) per aver fornito iBMDM.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Kit per il dosaggio delle proteine BCA | Beyotime Technology | P0012 | |
| CD9 | Beyotime Technology | AF1192 | |
| Tubo filtrante centrifugo | Millipore | UFC5010BK | |
| Flaconi per centrifuga polipropilene | Beckman Coulter | 357003 | Substrato |
| chemiluminescente | Thermo Fisher Scientific | 34580 | |
| Ditiotreitolo | Solarbio | D8220 | 100 g |
| Terreno di coltura DMEM | Cell World | N? A | |
| GRP94 | Cell Signaling Technology | 20292 | |
| Centrifuga ad alta velocità | Beckman Coulter | Avanti JXN-26 | Rotore centrifugo (JA-25.50) |
| Macrofagi immortalizzati derivati dal midollo osseo (iBMDM) | Istituto nazionale di scienze biologiche, Cina | Fornito dal Dr. Feng Shao (Istituto nazionale di scienze biologiche, Cina) | |
| Iodoacetamide | Sigma | l1149 | 5 g |
| Provetta Microfuge polipropilene | Beckman Coulter | 357448 | 1,5 mL, Ultracentrifuga da tavolo |
| sistema LC nano-ad alte prestazioni | Thermo Fisher Scientific | EASY-nLC 1000 | |
| Analisi del tracciamento delle nanoparticelle | Malvern Panalytical | NanoSight LM10 | NanoSight NTA3.4 |
| Orbitrap Q Spettrometro di massa HF-X esattivo | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
| Soluzione salina tamponata con fosfato | Solarbio | P1020 | |
| Provette per centrifuga in poliallomero | Beckman Coulter | 326823 | Ultracentrifuga |
| Inibitore della proteasi | Bimake | B14002 | |
| Concentratore a vuoto SpeedVac | Eppendorf | Concentrator plus | |
| Ultracentrifuga da tavolo | Beckman Coulter | Optima MAX-XP | Ultracentrifuga rotore (TLA 55) |
| Microscopio elettronico a trasmissione | HITACHI | H-7650B | |
| TSG101 | Sigma | AF8258 | |
| Ultracentrifuga | Beckman Coulter | Optima XPN-100 | Rotore per ultracentrifuga (SW32 Ti) |
| Disgregatore cellulare ad ultrasuoni | Scientz | SCIENTZ-IID | |
| Western Blot imager | Bio-Rad | ChemiDocXRs | Image lab 4.0 (beta 7) |
| β-actina | Sigma | A3853 |
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