Exosomes Bronchoalveolar שטיפה בפציעה ליפופוליסכריד-induced ריאות זיהומית
Summary
עכברים נחשפים LPS בקרום הבטן מפרישים exosomes בנוזל שטיפה (BAL) Broncho-מכתשי הארוזים עם miRNAs. באמצעות מערכת תרבות משותפת, אנו מראים כי exosomes שוחרר בנוזל BAL לשבש את הביטוי של צומת חזק חלבונים בתאי אפיתל הסמפונות ולהגדיל את הביטוי של ציטוקינים פרו-דלקתיים זה להדגיש פגיעת ריאות.
Abstract
פגיעת ריאות חריפה (עלי), תסמונת מצוקה נשימתית חריפה (ARDS) מייצגים קבוצה הטרוגנית של מחלות ריאה, אשר ממשיכה יש תחלואה גבוהה של תמותה. בפתוגנזה מולקולרית של עלי זה להיות טוב יותר מוגדרים; עם זאת, בשל האופי המורכב של המחלה טיפולים מולקולריים טרם להתפתח. כאן אנו משתמשים דגם העכבר המושרה ליפופוליסכריד (LPS) של פגיעת ריאות זיהומית חריפה על התפקיד של exosomes בתגובה דלקתית. באמצעות מודל זה, הצלחנו להראות כי עכברים נחשפים LPS בקרום הבטן מפרישים exosomes בנוזל שטיפה (BAL) Broncho-מכתשי מהריאות הארוזים עם miRNA, ציטוקינים המסדירה תגובה דלקתית. עוד יותר באמצעות מערכת מודל תרבות משותפת, אנו מראים כי exosomes של מקרופאגים לשבש את הביטוי של צומת חזק חלבונים בתאי אפיתל הסמפונות. תוצאות אלו מראים כי הצלב לדבר 1) בין תאי מערכת החיסון ומבניים מולדת דרך exosomal הליכה הלוך ושוב לתרום התגובה דלקתית, שיבוש המכשול מבנית ואת 2) מיקוד miRNAs אלה עשויים לספק פלטפורמה חדשנית לטיפול עלי, ARDS.
Introduction
עלי ARDS הם הצורות סכנת חיים של כשל נשימתי עם hypoxemia חמורה נגרמת על ידי בצקת ריאות שאינה קרדיוגני אשר משפיע על 1 מיליון אנשים ברחבי העולם מדי שנה1. האטיולוגיה של ARDS כולל פגיעה ישירה אל הריאות מפני זיהומים או שאיפה ועוד מגוון של עלבונות עקיף. בעשור האחרון חלה הבנה מוגברת של מולקולרית בפתוגנזה של ARDS, עם זאת, טיפולים פרטניים יישוב ARDS הם עדיין להיות שפותחה2,3.
מספר מודלים חייתיים של פגיעת ריאות חריפה פותחו המספקות גשר לתרגום טיפולים ניסויים בבני אדם4,5. דגמים נפוצים כוללים התקנה מקומית של חומצה אולאית, חיידקים, LPS bleomycin. גישות אחרות כוללות איסכמיה-פגיעה reperfusion, ניקוב מצדו cecal, פציעה מתיחה הנוצרות על-ידי אוורור מכני, מעידות או ניהול מערכתי חיידקים ו LPS5. מודלים אלה מספקים מערכת ביולוגית שימושי כדי לבדוק השערות קליני לפיתוח של טיפולים פוטנציאליים. כדי לדמות אנושית ARDS, מודלים בעלי חיים צריכים לשחזר דלקת חריפה לפגיעה אפיתל ותאי אנדותל עם פגמים בתפקוד מכשול בריאות.
Exosomes הם קרום שלפוחית עם 20-200 ננומטר בקוטר, שתוכנם מולקולרית מכיל חלבונים, DNA, RNA, ושומנים, וכדי להקל על תקשורת בין-תאית ברקמות microenvironment באמצעות העברה ההרכב המולקולרי. Exosomes המופרשים על ידי סוגים שונים של תאים, כגון תאי אנדותל, תאי אפיתל, תאי שריר חלק, תאים סרטניים, ולא קיים בנוזל הגוף האנושי. מחקרים מצביעים על כך exosomes לווסת צולבות לדבר בין תאים חיסוניים לבין תאי סטרומה במהלך זיהומיות ומחלות דלקתיות סטרילי שחרורם חריג שנראה ולהיות מוסדר על ידי גירויים טבעיים וניסויים שונים במהלך פיזיולוגיים תהליכים פתולוגיים6. רשת תקשורת כזה עשוי לשחק תפקיד חשוב בפתוגנזה של מחלות ריאה, עשוי להשפיע על התקדמות pathophysiological7,8. כמו 18-22 נוקלאוטיד אי קידוד RNAs, miRNAs קיימים רקמות וגם נוזלי הגוף, פלזמה, סרה, לווסת את ביטוי ה-mRNA ברמה post-translational9,10.
MiRNAs ארוזים בשנת exosomes בידול והתפקוד של סוגים שונים של תאים, ולהשפיע על רמות מוגזמות קשורים עם מגוון רחב של מחלות, כולל סרטן, מחלות ריאה, השמנת יתר, סוכרת, מחלות לב וכלי דם11, 12,13,14,15,16. הזנת התאים הנמען ושל הליכה הלוך ושוב של exosomal miRNAs להקל על המערכת תקשורת שינוי את hemostasis17,microenvironment18. ריאות חריפה-פגיעה היא תהליכים מורכבים, הכוללים סוגי תאים מרובים עם התקשורת המערכת נרחב עד exosomes8. miR-155 מיר-146a לשתף מנגנון רגולטורי תעתיק נפוצות, לתרום את התגובה דלקתית ו19,את המערכת החיסונית סובלנות20. מחקרים שנעשו לאחרונה עולה כי שניהם לווסת את התגובה דלקתית ויה exosomal miRNAs ונעים בין תאים חיסוניים21. אולם, המנגנונים המולקולריים שבבסיס ההשפעות modulatory של exosomal miRNAs על מכתשי בתגובה אנדוטוקסין אינן ברורות, ללא ספק פוטנציאל להיות קליני ואת הכשרון במשתמע translational להמשך החקירה.
תרבות שיתוף מודלים להיות מועסקים כדי להגדיר את האינטראקציה של סוגי תאים מסוים בסביבת מורכבים, כגון דלקת וסרטן22,23. פלטפורמות אלה מספקים אסטרטגיית חלופי לחקור צלב דיבורים בין סוגי תאים במיוחד עבור תאים חיסוניים ומבניים.
אינטרה-הנשימה, ניהול שידורה, בקרום הבטן או מערכתית של LPS נמצאים בשימוש נרחב לזירוז ריאות ניסיוני פציעה24,25,26, הראו לזירוז חדירות אפיתל, אנדותל פגמים. כאן אנו משתמשים LPS בקרום הבטן לזירוז מודל ספיגה של פגיעת ריאות חריפה בעכברים. בתוך 24 שעות של הממשל בקרום הבטן של LPS, פגמים חדירות הם המושרה בריאות עם הגיוס של תאים דלקתיים. יתרה מזאת, אנו מראים כי exosomes מ- BAL מכילות miRNA-155 מיר-146a, exosomes מן נוזל BAL זירוז ביטוי ציטוקינים פרו-דלקתיים בתאי אפיתל הנמען, כולל IL-6 ו- TNF-α. נתונים אלה הם הראשון להראות כי miRNAs exosomal המופרשים ב BAL במודל זה הפגיעה ריאות זיהומית חריפה.
Protocol
Representative Results
Discussion
העכבר מודלים של מחלות משמשות כדי להעריך את תפקוד פיזיולוגי גנים ספציפיים וכדי להפחית את העלות של ניסויים2. הפגיעה ריאות זיהומית חריפה המתוארים כאן מחקה לתגובה דלקתית אצל בני-אדם עם ARDS. מודל זה רלוונטי לחקור בפתוגנזה מולקולרית, פיתוח של סמנים ביולוגיים, לבחון את פוטנציאל טיפול…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים הכריזו אין ניגוד אינטרסים.
Materials
| lipopolysaccharide | Sigma-Aldrich | Escherichia coli 055:B5 | |
| PBS pH7.2(1X) | Life technologies | 20012-027 | |
| mirVana miRNA isolation kit | Thermo Fisher | 449774 | |
| TaqMan Gene Expression Master Mix | Thermo Fisher | 4369016 | |
| mmu-miR-155 (002571) primer | Thermo Fisher | 4427975 | |
| has-miR-146a (000468) primer | Thermo Fisher | 4427975 | |
| U6snRNA primer | Thermo Fisher | 4427975 | |
| TNF-α(Mm00443258_m1 ) primer | Thermo Fisher | 4331182 | |
| IL-6 (Mm00446190_m1 )primer | Thermo Fisher | 4331182 | |
| ZO-1 (Mm00493699_m1 )primer | Thermo Fisher | 4331182 | |
| minimal essential medium (MEM) | Thermo Fisher | 11095-072 | |
| Trysin-EDTA solution(0.05%) | Thermo Fisher | 25300054 | |
| Exosomes were labeled with PKH67 through PKH67 Green Fluorescent Cell linker Mini Kit | Sigma-Aldrich | MINI67-1KT | |
| Exosome Spin Columns (MW3000) | Thermo Fisher | 4484449 | |
| Beckman Coulter Optima L-100XP ultracentrifuge | Beckman Coulter | L-100XP | |
| Ultra-clear centrifuge tubes | Beckman Coulter | 344058 | |
| Applied Biosystems 7500 Fast Real-Time PCR System | Thermo Fisher | ||
| transmission electron microscopes (TEM) | JEOL Ltd | 120 kV TEM | |
| Olympus BX41 microscope | Olympus | BX41 |
References
- Rubenfeld, G. D., Herridge, M. S. Epidemiology and outcomes of acute lung injury. Chest. 131, 554-562 (2007).
- Baron, R. M., Choi, A. J., Owen, C. A., Choi, A. M. Genetically manipulated mouse models of lung disease: potential and pitfalls. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. , L485-L497 (2012).
- Han, S., Mallampalli, R. K. The acute respiratory distress syndrome: from mechanism to translation. Journal of immunology. , 855-860 (1950).
- Aeffner, F., Bolon, B., Davis, I. C. Mouse Models of Acute Respiratory Distress Syndrome: A Review of Analytical Approaches, Pathologic Features, and Common Measurements. Toxicologic pathology. 43, 1074-1092 (2015).
- Matute-Bello, G., Frevert, C. W., Martin, T. R. Animal models of acute lung injury. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. , L379-L399 (2008).
- Terrasini, N., Lionetti, V. Exosomes in Critical Illness. Critical care medicine. , (2017).
- Fujita, Y., Kadota, T., Araya, J., Ochiya, T., Kuwano, K. Extracellular Vesicles: New Players in Lung Immunity. American journal of respiratory cell and molecular biology. , (2017).
- Kubo, H. Extracellular Vesicles in Lung Disease. Chest. 153, 210-216 (2018).
- Krol, J., Loedige, I., Filipowicz, W. The widespread regulation of microRNA biogenesis, function and decay. Nature reviews. Genetics. 11, 597-610 (2010).
- Bartel, D. P. MicroRNAs: target recognition and regulatory functions. Cell. 136, 215-233 (2009).
- Fanini, F., Fabbri, M. CANCER-DERIVED EXOSOMIC microRNAs SHAPE THE IMMUNE SYSTEM WITHIN THE TUMOR MICROENVIRONMENT: STATE OF THE ART. Seminars in cell & developmental biology. , (2016).
- Agarwal, U., et al. Experimental, Systems, and Computational Approaches to Understanding the MicroRNA-Mediated Reparative Potential of Cardiac Progenitor Cell-Derived Exosomes From Pediatric Patients. Circulation research. 120, 701-712 (2017).
- Prattichizzo, F., et al. Extracellular microRNAs and endothelial hyperglycaemic memory: a therapeutic opportunity?. Diabetes, obesity & metabolism. 18, 855-867 (2016).
- Huang-Doran, I., Zhang, C. Y., Vidal-Puig, A. Extracellular Vesicles: Novel Mediators of Cell Communication In Metabolic Disease. Trends in endocrinology and metabolism: TEM. 28, 3-18 (2017).
- Khalyfa, A., et al. Circulating Plasma Extracellular Microvesicle MicroRNA Cargo and Endothelial Dysfunction in Children with Obstructive Sleep Apnea. American journal of respiratory and critical care medicine. 194, 1116-1126 (2016).
- Thomou, T., et al. Adipose-derived circulating miRNAs regulate gene expression in other tissues. Nature. 542, 450-455 (2017).
- Gregson, A. L., et al. Altered Exosomal RNA Profiles in Bronchoalveolar Lavage from Lung Transplants with Acute Rejection. American journal of respiratory and critical care medicine. 192, 1490-1503 (2015).
- Valadi, H., et al. Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells. Nature cell biology. 9, 654-659 (2007).
- Doxaki, C., Kampranis, S. C., Eliopoulos, A. G., Spilianakis, C., Tsatsanis, C. Coordinated Regulation of miR-155 and miR-146a Genes during Induction of Endotoxin Tolerance in Macrophages. Journal of immunology. , 5750-5761 (2015).
- Schulte, L. N., Westermann, A. J., Vogel, J. Differential activation and functional specialization of miR-146 and miR-155 in innate immune sensing. Nucleic acids research. 41, 542-553 (2013).
- Alexander, M., et al. Exosome-delivered microRNAs modulate the inflammatory response to endotoxin. Nature communications. 6, 7321 (2015).
- Yuan, Z., et al. TREM-1 is induced in tumor associated macrophages by cyclo-oxygenase pathway in human non-small cell lung cancer. PloS one. 9, e94241 (2014).
- Xu, R., Richards, F. M. Development of In Vitro Co-Culture Model in Anti-Cancer Drug Development Cascade. Combinatorial chemistry & high throughput screening. 20, 451-457 (2017).
- Yuan, Z., et al. TREM-1-accentuated lung injury via miR-155 is inhibited by LP17 nanomedicine. American journal of physiology. Lung cellular and molecular physiology. , L426-L438 (2016).
- Sadikot, R. T., et al. High-dose dexamethasone accentuates nuclear factor-kappa b activation in endotoxin-treated mice. American journal of respiratory and critical care medicine. 164, 873-878 (2001).
- Yuan, Z., et al. Curcumin mediated epigenetic modulation inhibits TREM-1 expression in response to lipopolysaccharide. The international journal of biochemistry & cell biology. 44, 2032-2043 (2012).
- Chauret, C. P., et al. Chlorine dioxide inactivation of Cryptosporidium parvum oocysts and bacterial spore indicators. Applied and environmental microbiology. 67, 2993-3001 (2001).
- Cizmar, P., Yuana, Y. Detection and Characterization of Extracellular Vesicles by Transmission and Cryo-Transmission Electron Microscopy. Methods in molecular biology. , 221-232 (2017).
- Yuan, Z., et al. HIV-related proteins prolong macrophage survival through induction of Triggering receptor expressed on myeloid cells-1. Scientific reports. 7, 42028 (2017).
- Jackson, M. V., et al. Analysis of Mitochondrial Transfer in Direct Co-cultures of Human Monocyte-derived Macrophages (MDM) and Mesenchymal Stem Cells (MSC). Bio-protocol. 7, (2017).
- Fujita, Y., et al. Extracellular Vesicles: New Players in Lung Immunity. American journal of respiratory cell and molecular biology. 17, 474-484 (2017).
- Gunasekaran, M., et al. Donor-Derived Exosomes With Lung Self-Antigens in Human Lung Allograft Rejection. American journal of transplantation : official journal of the American Society of Transplantation and the American Society of Transplant Surgeons. 17, 474-484 (2017).
- Kalra, H., et al. Comparative proteomics evaluation of plasma exosome isolation techniques and assessment of the stability of exosomes in normal human blood plasma. Proteomics. 13, 3354-3364 (2013).
- Baranyai, T., et al. Isolation of Exosomes from Blood Plasma: Qualitative and Quantitative Comparison of Ultracentrifugation and Size Exclusion Chromatography Methods. PloS one. 10, e0145686 (2015).
- Nordin, J. Z., et al. Ultrafiltration with size-exclusion liquid chromatography for high yield isolation of extracellular vesicles preserving intact biophysical and functional properties. Nanomedicine : nanotechnology, biology, and medicine. 11, 879-883 (2015).
