이 프로토콜은 1) 성체 마우스 비복근에서 일차 섬유아세포를 분리하고 배양하는 방법과 2) 자당 밀도 구배와 웨스턴 블롯 분석을 결합한 차등 초원심분리 방법을 사용하여 엑소좀을 정제하고 특성화하는 방법을 보여줍니다.
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방법 논문
이 프로토콜은 1) 성체 마우스 비복근에서 일차 섬유아세포를 분리하고 배양하는 방법과 2) 자당 밀도 구배와 웨스턴 블롯 분석을 결합한 차등 초원심분리 방법을 사용하여 엑소좀을 정제하고 특성화하는 방법을 보여줍니다.
엑소좀은 거의 모든 세포에서 방출되고 모든 생체액에서 분비되는 작은 세포외 소포체입니다. 이러한 소포를 분리하기 위해 초원심분리, 한외여과 및 크기 배제 크로마토그래피를 포함한 많은 방법이 개발되었습니다. 그러나 모든 엑소좀이 대규모 엑소좀 정제 및 특성화에 적합한 것은 아닙니다. 여기에는 성체 쥐 골격근에서 분리한 일차 섬유아세포의 배양을 확립한 후 이들 세포의 배양 배지에서 엑소좀을 정제하고 특성 분석하기 위한 프로토콜이 요약되어 있습니다. 이 방법은 순차적 원심분리 단계 후 자당 밀도 구배를 사용하는 것을 기반으로 합니다. 그런 다음 엑소좀 제제의 순도는 표준 마커(예: Alix, CD9 및 CD81)를 사용한 웨스턴 블롯 분석을 통해 검증됩니다. 이 프로토콜은 전자 현미경, 질량 분석법 및 기능 연구를 위한 흡수 실험을 위해 생체 활성 엑소좀을 분리하고 농축하는 방법을 설명합니다. 쉽게 확장 또는 축소할 수 있으며 다양한 세포 유형, 조직 및 생물학적 체액에서 엑소좀 분리에 적용할 수 있습니다.
엑소좀은 크기가 30–150nm인 이질적인 세포외 소포체입니다. 그들은 생리학 및 병리학적 과정에서 확립된 핵심 플레이어이며, 조직과 장기에 유비쿼터스 분포를 가지고 있습니다 1,2. 엑소좀은 단백질, 지질, DNA 유형 및 RNA 유형의 복잡한 화물을 운반하며, 이는 파생된 세포의 유형에 따라 다릅니다 1,2,3. 엑소좀은 서로 다른 기능을 하는 단백질(즉, CD9 및 CD63을 포함한 테트라스파닌)이 풍부하여 융합 현상을 담당합니다. 예를 들어, 열 충격 단백질 HSP70 및 HSP90은 항원 결합 및 제시에 관여합니다. 또한 Alix, Tsg101 및 flotillin은 엑소좀 생물 발생 및 방출에 관여하며 이러한 나노 소포 2,3,4의 마커로 널리 사용됩니다.
엑소좀은 또한 수용 세포로 전달될 수 있는 다양한 RNA(즉, microRNA, long noncoding RNA, ribosomal RNA)를 포함하며, 이는 다운스트림 신호전달에 영향을 미칩니다3. 엑소좀 생리활성은 단일 단위막으로 둘러싸여 있기 때문에 단백질과 핵산의 화물뿐만 아니라 제한막의 지질 성분에도 의존한다1. 엑소좀 막에는 포스파티딜세린, 포스파티드산, 콜레스테롤, 스핑고미엘린, 아라키돈산 및 기타 지방산이 풍부하며, 이 모든 것이 엑소좀 안정성과 막 토폴로지에 영향을 미칠 수 있습니다 2,3. 화물과 지질 배열의 결과로 엑소좀은 수용 세포에서 신호 전달 경로를 시작하고 정상 조직 생리의 유지에 관여합니다 1,2,4,5. 특정 병리학적 조건(예: 신경 퇴행, 섬유증 및 암)에서 병리학적 자극을 유발하고 전파하는 것으로 나타났습니다 4,6,7,8,9,10,11.
엑소좀은 인접 부위나 먼 부위에 신호를 전파할 수 있는 능력으로 인해 질병 상태의 진단 또는 예후에 중요한 바이오마커가 되었습니다. 또한 엑소좀은 치료용 화합물 2,12의 매개체로 실험적으로 사용되었습니다. 클리닉에서 이러한 나노 소포의 잠재적 인 적용은 최대 수율, 순도 및 재현성을 달성하기 위해 분리 방법을 점점 더 중요하게 만듭니다. 엑소좀을 분리하기 위한 다양한 기술이 개발되고 구현되었습니다. 일반적으로 엑소좀은 차등 원심분리, 크기 배제 크로마토그래피, 면역 포획(시판 키트 사용)을 통해 조건화된 세포 배양 배지 또는 체액에서 분리할 수 있습니다. 각 접근 방식에는 이전에 논의된 고유한 장점과 단점이있습니다 1,2,13,14.
개요된 프로토콜은 1) 성체 마우스 비복근에서 일차 섬유아세포를 분리하고 배양하며, 2) 이러한 세포에 의해 배양 배지로 방출되는 엑소좀의 정제 및 특성 분석에 중점을 둡니다. 기능성 연구를 위해 원발성 섬유아세포에서 엑소좀을 분리하기 위한 잘 확립된 프로토콜은 현재 부족합니다. 일차 섬유아세포는 많은 양의 엑소좀을 분비하지 않기 때문에 분리 및 정제 과정이 까다롭습니다. 이 프로토콜은 형태학적 무결성과 기능적 활성을 유지하면서 대량의 배양물에서 다량의 순수 엑소좀을 정제하는 방법을 설명합니다. 조건화된 배지에서 얻은 정제된 엑소좀은 in vitro 흡수 실험에서 성공적으로 사용되어 수용 세포에서 특정 신호 전달 경로를 유도했습니다. 또한 여러 생물학적 샘플에서 추출한 엑소좀 화물의 비교 단백질체 분석에도 사용되어 왔다4.
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마우스에서의 모든 시술은 세인트 주드 아동 연구 병원(St. Jude Children's Research Hospital), 기관 동물 관리 및 사용 위원회(Institutional Animal Care and Use Committee) 및 미국 국립보건원(National Institutes of Health) 가이드라인에 의해 승인된 동물 프로토콜에 따라 수행되었다.
1. 용액 및 매체 준비
2. 비복근(GA) 마우스 근육의 해부15,16
3. 마우스 1차 섬유아세포 분리 및 배양
4. 세포의 파종 및 조건화된 배지의 수집
5. 차등 및 초원심분리를 이용한 엑소좀 정제
알림: 모든 단계는 4°C 또는 얼음 위에서 수행됩니다. 필요한 경우 물을 채운 튜브로 튜브의 균형을 맞춥니다.
6. 슈크로스 밀도 구배에 의한 엑소좀의 특성 분석
7. 웨스턴 블롯 분석을 통한 엑소좀 검출
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이 프로토콜은 비용 효율적인 방식으로 대량의 조절된 배지에서 엑소좀을 정제하는 데 적합합니다. 이 절차는 재현성이 높고 일관성이 있습니다. 그림 1 은 생쥐 일차 섬유아세포의 배양액에서 정제된 엑소좀의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 보여줍니다. 그림 2 는 표준 엑소좀 마커의 단백질 발현 패턴과 세포질(LDH) 및 ER(칼넥신) 단백질 오염 물질의 부재를 보여줍니다. 그림 3 은 슈크로스 밀도 구배 후 표준 엑소좀 마커(Alix, CD9 및 CD81)의 분포를 보여줍니다.

그림 1: 마우스 일차 ...
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이 프로토콜에 설명된 바와 같이 배양 배지에서 엑소좀을 성공적으로 분리하기 위한 중요한 단계는 성체 골격근에서 1차 마우스 섬유아세포 배양을 적절하게 확립하고 유지하는 것입니다. 이러한 배양은 생리학적으로 유사한 조건(골격근의 O2 수준은 ~2.5%)을 보장하기 위해 낮은 산소 수준으로 유지되어야 합니다15. 원발성 섬유아세포는 배양에 너무 많이 통과되면 형질이 바뀝니다. 따라서 이상적인 엑소좀 수율을 위해서는 낮은 통로 수가 필수적입니다. 정제된 엑소좀은 실험 목적으로 즉시 사용하거나 필요할 때까지 -80°C의 부분 표본에서 냉동 보관해야 합니다. 프로토콜의 또 다른 중요한 단계는 매번 신선하게 준비된 자당 용액을 사용하는 것입니다. 이 방법의 한계는 시간이 많이 걸린다는 것인데, 1차 섬유아세포는 일반적으로 다른 분비 세포와 달리 많은 양의 엑소좀을 분비하지 않기 때문입니다. 따라서 대규모 배양을 사용해야 하며, 이로 인해 많은 양의 조건화된 배지를 처리해야 합니...
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저자 중 누구도 선언할 이해 상충이 없습니다.
알레산드라 다조(Alessandra d'Azzo)는 유전학 및 유전자 치료 분야의 JFC(Jewelers for Children) 기부 의장을 맡고 있습니다. 이 작업은 NIH 보조금 R01GM104981, RO1DK095169, CA021764, 멤피스의 아시시 재단, 미국 레바논 시리아 연합 자선 단체의 일부 지원을 받았습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 10cm 접시 | Midwest Scientific, TPP | TP93100 | |
| 15cm 접시 | Midwest Scientific | TP93150 | |
| BCA 단백질 분석 키트 | Thermo Fisher Scientific, Pierce | 23225 | |
| 소 혈청 알부민 분획 V | Roche | 10735094001 | |
| CaCl2 | 시그마 | C1016-100G | |
| 로터가 있는 원심분리기 5430R FA-35-6-30/ FA-45-48-11 | Eppendorf | 022620659/5427754008 | |
| Chemidoc MP 이미징 시스템 | BioRad | 12003154 | |
| Collagenase P | Sigma, Roche | 11 213 857 001 | 100 mg |
| cOmplete 프로테아제 억제제 칵테일 | Millipore/Sigma, Roche | 11697498001 | |
| Criterion Blotter 플레이트 전극 | 포함 BioRad | ||
| Criterion TGX stain-free protein gel | BioRad | 5678034 | 10% 18-well, midi-gel |
| Criterion vertical electrophoresis cell (midi) | BioRad | NC0165100 | |
| Dispase II | Sigma, Roche | 04 942 078 001 | 중성 프로테아제, grade II |
| Dithiothreitol | Sigma/Millipore, Roche | 10708984001 | |
| 둘베코' s 모디프레이션 이글스 미디엄 | 코닝 | 15-013-CV | |
| 둘베코' s 인산염 완충 식염수 | Corning | 21-031-CV | |
| 에탄올 200 증거 | Pharmco by Greenfield Global | 111000200 | |
| Falcon 50 mL 원추형 원심 분리기 튜브 | Corning | 352070 | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10437-028 | |
| Fluostar Omega 다중 모드 마이크로 플레이트 리더 | BMG Labtech | ||
| GlutaMAX 보충제 | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 35050-061 | |
| 염산 | Fisher Scientific | A144S-500 | |
| Immobilon-P 전사막 | Millipore | IPVH00010 | |
| Laemmli 샘플 버퍼 (4x) | BioRad | 1610747 | |
| 마그네슘 아세테이트 용액 | Sigma | 63052-100ml | |
| 무지방 분유 | LabScientific | M-0842 | |
| O2/CO2 인큐베이터 | Sanyo | MC0-18M | |
| 페니실린-스트렙토마이신 | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 15140-122 | 10,000 U/ml |
| 프리미엄 마이크로 원심분리기 튜브 | Fisher Scientific, Midwest Scientific | AVSC1510 | 1.7 mL |
| 보호 일회용 메스 | Fisher Scientific, Aspen Surgical Bard-Parker | 372610 | |
| 러닝 버퍼 | BioRad | 1610732 | |
| 염화나트륨 | Fisher Scientific, Fisher Chemical | S271-3 | |
| Stericup 퀵 릴리스-GP 멸균 진공 여과 시스템 | Millipore | S2GPU05RE | 500 mL |
| 멸균 세포 여과기(70 mm) | Fisher Scientific, Fisher 브랜드 | 22-363-548 | |
| 자당 | Fisher Scientific, Fisher Chemical | S5-500 | |
| SuperSignal west Femto | Thermo Fisher Scientific | 34096 | |
| 박막 폴리프로필렌 튜브 | Beckman Coulter | 326823 | |
| Transfer buffer | BioRad | 16110734 | |
| Trichloroacetic Acid | Sigma | 91228-100G | |
| Tris base | BioRad | 1610719 | |
| Triton-X100 솔루션 | Sigma | 93443-100mL | |
| TrypLE Express Enzyme | Thermo Fisher Scientific, Gibco | 12604-013 | 페놀 레드 |
| 없음 Tween-20 | BioRad | #1610781 | |
| Ultra-centrifuge Optima XPM | Beckman Coulter | A99842 | |
| Ultra-clear tube (14x89 mm) | Beckman Coulter | 344059 | |
| Ultra-clear tubes (25x89 mm) | Beckman Coulter | 344058 | |
| 수조 Isotemp 220 | Fisher Scientific | FS220 |
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