本プロトコルは、末梢血および固体組織から細胞外小胞を抽出し、その後表面抗原およびタンパク質カーゴのプロファイリングを行う方法を記載している。
方法論記事
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本プロトコルは、末梢血および固体組織から細胞外小胞を抽出し、その後表面抗原およびタンパク質カーゴのプロファイリングを行う方法を記載している。
循環および組織常在性細胞外小胞(EV)は、新しいセラノスティックバイオマーカーとして有望な標的であり、生物の恒常性の維持と幅広い疾患の進行において重要なプレーヤーとして浮上しています。現在の研究は、エンドソーム起源の内因性エクソソームの特性評価に焦点を当てていますが、原形質膜からブリングするマイクロベシクルは、親細胞の膜シグネチャを再現する豊富な表面分子を特徴とする健康と病気においてますます注目を集めています。ここでは、血漿および骨などの固体組織からEVを抽出して特性評価するための差動遠心分離に基づく再現可能な手順を示します。このプロトコルはさらに、EVの表面抗原とタンパク質貨物のその後のプロファイリングについて説明しており、したがって、それらの派生物を追跡可能であり、潜在的な機能に関連する成分で識別されます。この方法は、生物学的、生理学的、病理学的研究におけるEVの相関的、機能的、および機構的解析に役立ちます。
細胞外小胞(EV)は、さまざまな生理学的および病理学的イベント2において重要な役割を果たす細胞放出脂質二重層封入細胞外構造1を定義するために提案されています。健康な細胞から放出されるEVは、細胞内エンドサイトーシス輸送経路3を介して形成されるエクソソーム(または小型EV)と、細胞4の原形質膜の外出芽によって発生するマイクロベシクル(または大型EV)の2つの主要なカテゴリーに大きく分類できます。多くの研究は、in vitro5で培養細胞から収集されたEVの機能に焦点を当てていますが、循環または組織に由来するEVはより複雑で不均一であり、生体内の生物の真の状態を反映するという利点があります6。さらに、ほぼすべての種類の組織が生体内でEVを産生することができ、これらのEVは組織内でメッセンジャーとして機能したり、さまざまな体液、特に末梢血によって移動したりして、全身コミュニケーションを促進することができます7。循環および組織内のEVも疾患の診断および治療の対象である8.
近年、エクソソームの研究が盛んに行われているのに対し、マイクロベシクルは重要な生物学的機能も備えており、超遠心なしで容易に抽出できるため、基礎研究や臨床研究が進められています9。特に、循環および組織から分離されたEVに関する重要な問題は、それらが異なる細胞型に由来することです10。マイクロベシクルは原形質膜から剥がれており、豊富な細胞表面分子が特徴であるため9、親細胞膜マーカーを使用してこれらのEVの細胞起源を特定することが可能です。具体的には、フローサイトメトリー(FC)技術を適用してメンブレンマーカーを検出することができます。さらに、研究者はEVを隔離し、機能的な貨物に基づいてさらに分析を行うことができます。
本プロトコルは、in vivoサンプルからEVを抽出して特性評価するための徹底的な手順を提供します。EVは示差遠心分離によって単離され、EVの特性評価には、ナノ粒子追跡分析(NTA)および透過型電子顕微鏡(TEM)による形態同定、FCによる起源分析、およびウェスタンブロットによるタンパク質貨物分析が含まれます。マウスの血漿および上顎骨が代表として使用される。研究者は、他のソースからのEVについてこのプロトコルを参照し、対応する変更を加えることができます。
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動物実験は、第4軍事医科大学の施設動物管理および使用委員会のガイドラインおよびARRIVEガイドラインに従って実施されました。本研究では、8週齢のC57Bl/6マウス(雌または雄のいずれも選好しない)を使用した。血漿および組織EVの分離に関連するステップを 図1に示します。血漿は、体液からのEV分離手順を説明するための代表として採用されています。上顎骨を代表として、固形組織からのEV隔離手順を説明します。
1.血漿および上顎骨サンプルの調製
2. EVの抽出
3. EVの形態同定
第4章 EVの起源分析
注:EVの細胞起源を特定するには、典型的な細胞膜マーカーの抗体を適用する必要があります。以下の手順でEVを抽出するための最小血漿量は300μLです。 EVの脂質二重層構造に基づいて、膜色素を使用してEVをマーキングできます。血漿サンプルの場合、リンパ球14 のCD18が表現のために選択されます。上顎骨試料については、破骨細胞15 に対する破骨細胞関連受容体(OSCAR)が一例として選択される。FCの前に、フローサイトメーターがEVの測定に適合していることを確認してください16、サイズ下限は異なるフローサイトメーター間で大きく異なります。
5. EVのタンパク質含量分析
注:EV内のタンパク質含有量の分析は、ウェスタンブロット を介して 行われます。例えば、血漿および骨EVは、代謝状態について6-ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ(PGD)およびピルビン酸キナーゼM2(PKM2)を分析するために選択されました。ゴルギン84(ゴルジ体小器官)をネガティブコントロールとして使用し、フロチリン(膜タンパク質)、カベオリン(カベオラの内在性タンパク質)、およびβアクチン(細胞骨格)17 を細胞サンプルと比較してEVのポジティブコントロールとして使用しました。ミトフィリンとα-アクチニン-4は大きなEVマーカーとして選択され、CD9とCD81はEV亜集団を示すために小さなEVマーカーとして選択されました18。Apoa1を血漿リポ粒子マーカー19として選択した。それぞれの試薬の詳細については、 材料表を参照してください。
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実験ワークフローによれば、末梢血および固形組織からEVを抽出することができます(図1)。8週齢のマウスの上顎骨は約0.1±0.05gであり、マウスから約300μLの血漿を採取することができる。プロトコルステップに従って、それぞれ0.3 mgおよび3 μgのEVを収集できます。TEMとNTAで分析したように、EVの典型的な形態学的特徴は、直径50〜300 nmの範囲の丸いカップ状の膜小胞です(図2)。FCは、膜色素標識されたEVを有用なコントロール下で検出することができ、FC分析は、親細胞に由来することを示唆するEVに発現する特定の膜マーカーの割合を示しています(図3)。ウェスタンブロット解析では、血漿EVおよび骨EV中のタンパク質含量の代表としてPGDおよびPKM2の発現をそれぞれ示し、代謝状態を示しています(図4)。EVにおけるGolgin84の陰性発現は、原形質膜由来の大型EV(マイクロベシクル)...
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EVの特徴、運命、機能を研究する際には、歩留まりが高く汚染の少ないEVを分離することが重要です。EVを抽出するには、密度勾配遠心分離(DGC)、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)、イムノキャプチャアッセイなど、さまざまな方法があります4,20。ここでは、最も一般的に使用される方法の1つである示差遠心分離が使用されました。これの利点は、時間がかからないこと、限られたサンプルから簡単に分離できるEVの高収率、および使用するサンプルソースに基づいて方法を変更できることです。循環するEVの機能を分析するには、血清よりも生体内のEVの実態をよりよく反映できる血漿を選択することをお勧めします。これは、血清21を採取するための血餅形成の過程で多くの血小板由来EVが放出される一方で、血漿22からEVを単離する前に遠心分離によって血小板が除去されるためである。血漿EV単離のための抗凝固の選択はまだ議論の余...
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著者は開示する利益相反を持っていません。
この研究は、中国国家自然科学財団(32000974、81870796、82170988、および81930025)および中国ポスドク科学財団(2019M663986およびBX20190380)からの助成金によってサポートされました。国立基礎医学実験教育実証センター(AMFU)の支援に感謝しています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 4%パラホルムアルデヒド | バイオシャープ | 143174 | 透過型電子顕微鏡 |
| Alexa fluor 488 抗ヤギ二次抗体 | Yeason | 34306ES60 | フローサイトメトリー |
| Alexa fluor 488 抗ウサギ二次抗体 | Invitrogen | A11008 | フローサイトメトリー |
| 抗CD18抗体 | Abcam | ab131044 | フローサイトメトリー |
| 抗CD81抗体 | Abcam | ab109201 | ウェスタンブロット |
| 抗CD9抗体 | Huabio | ET1601-9 | ウェスタンブロット |
| 抗ミトフィリン抗体 | Abcam | ab110329 | ウェスタンブロット |
| APOA1 Rabbit pAb | Abclone | A14211 | ウェスタンブロット |
| BCAタンパク質アッセイキット | TIANGEN | PA115 | ウェスタンブロット |
| BLUeye Prestained Protein Ladder | Sigma-Aldrich | 94964-500UL | ウエスタンブロット |
| ウシ血清アルブミン | MP バイオメディカル | 218072801 | ウェスタンブロット |
| カベオリン-1抗体 | Santa Cruz Biotechnology | sc-53564 | ウェスタンブロット |
| CellMask オレンジ 原形質膜染色 | Invitrogen | C10045 | フローサイトメトリー |
| 化学発光 | アマシャムバイオサイエンス | N/A | ウェスタンブロット |
| 湾曲手術ハサミ | JZ 手術器具 | J21040 | EV アイソレーション |
| 電子バランス | Zhi Ke | ZK-DST | EV アイソレーション |
| エポック分光光度計 | BioTek | N/A | ウェスタンブロット |
| エッペンドルフチューブ | エッペンドルフ | 3810X | EV アイソレーション |
| フロティリン-1抗体 | PTM BIO | PTM-5369 | ウェスタンブロット |
| ゲルイメージングシステム | Tanon | 4600 | ウェスタンブロット |
| Golgin84 | Novus | nbp1-83352 | ウェスタンブロット |
| グリッド - Formvar/Carbon Coated - 銅 200メッシュ | Polysciences | 24915 | 透過型電子顕微鏡 |
| ヘパリン溶液 | StemCell | 7980 | EV アイソレーション |
| リベラーゼ 研究グレード | Sigma-Aldrich | 5401127001 | EV アイソレーション |
| マイクロピンセット | JZ 手術器具 | JD1020 | EV アイソレーション |
| NovoCyte フローサイトメーター | ACEA | N/A | フローサイトメトリー |
| Omni-PAGE Hepes-Tris Gels Hepes 4~20%, 10 wells | Epizyme | LK206 | ウェスタンブロット |
| OSCAR(D-19) 抗体 | Santa Cruz Biotechnology | SC-34235 | フローサイトメトリー |
| PBS (2x) | ZHHC | PW013 | ウェスタンブロット |
| ペントバルビタール ナトリウム | Sigma-Aldrich | 57-33-0 | 麻酔 |
| ペルオキシダーゼ AffiniPure ヤギ抗マウス IgG (H+L) | Jacson | 115-035-003 | ウェスタンブロット |
| ペルオキシダーゼ AffiniPure ヤギ抗ウサギ IgG (H+L) | Jacson | 111-035-003 | スタンブロット |
| リンタングステン酸 | RHAWN | 12501-23-4 | 透過型電子顕微鏡 |
| PKM2(d78a4)xp rabbit mab | 細胞シグナル伝達 | 4053t | ウェスタンブロット |
| ポリエチレン(PE)フィルム | Xiang yi | 200150055 | 透過型電子顕微鏡 |
| ポリフッ化ビニリデン膜 | ロシュ | 3010040001 | ウェスタンブロット |
| プロテアーゼ阻害剤 | ロシュ | 4693132001 | ウェスタンブロット |
| 組換え抗 PGD 抗体 | アブカム | ab129199 | ウェスタンブロット |
| RIPA 溶解バッファー | Beyotime | P0013 | ウェスタンブロット |
| SDS-PAGE ローディングバッファー (5x) | Cwbio | CW0027S | ウェスタンブロット |
| サイズビーズ | Invitrogen | F13839 | フローサイトメトリー |
| 卓上型高速マイクロ遠心分離機 | 日立 | CT15E | EV アイソレーション |
| 透過型電子顕微鏡 | 日立 | H-7650 | 透過型電子顕微鏡 |
| Tween-20 | MP Biomedicals | 19472 | ウェスタンブロット |
| ボルテックスミキサー ジーニー | ・サイエンティフィック・インダストリーズ | SI0425 | EVアイソレーション |
| ZetaView BASIC NTA - ナノ粒子追跡ビデオ顕微鏡 PMX-120 | Particle Metrix | N/A | ナノ粒子追跡分析 |
| &α;-アクチニン-4 ウサギ | mAb Abclone | A3379 | ウェスタンブロット |
| β-アクチン | Cwbio | CW0096M | ウェスタンブロット |
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