Extracción de vesículas extracelulares de todo tejido
Summary
Presentamos un protocolo detallado para aislar pequeñas vesículas extracelulares (EVs) de tejidos todo, incluyendo a muestras de cerebro y del tumor. Este método ofrece una técnica reproducible para extraer EVs de tejido sólido para mayores análisis aguas abajo.
Abstract
Intersticiales y circulantes unida a la membrana extracelulares vesículas pequeñas (EVs) representan un objetivo prometedor para el desarrollo de ensayos de nuevos biomarcadores diagnóstico o pronóstico y probablemente servir como actores importantes en la progresión de un vasto espectro de enfermedades. La investigación actual se centra en la caracterización de las vesículas segregadas de múltiples células y tipos de tejidos con el fin de mejor comprender el papel de EVs en la patogenia de condiciones incluyendo neurodegeneración, inflamación y cáncer. Sin embargo, globalmente consistente y reproducibles técnicas para aislar y purificar las vesículas permanecen en progreso. Por otra parte, apenas se describen los métodos de extracción de EVs de tejidos sólidos ex vivo . Presentamos un protocolo detallado para extraer pequeños EVs de interés de tejidos entero frescos o congelados, incluyendo a muestras de cerebro y tumor, para mayor caracterización. Demostramos la capacidad de adaptación de este método para múltiples análisis aguas abajo, incluyendo microscopía electrónica y caracterización de immunophenotypic de vesículas, así como cuantitativo spectrometry total de proteínas de EV.
Introduction
Pequeñas vesículas extracelulares (EVs) incluyen exosomas derivados de endosomal y microvesículas de membrana-arrojan pequeñas que son de amplio interés biomédico. EVs pequeño están compuestos por una heterogénea población de vesículas de membrana-limite 50-250 nm que contiene las proteínas biológicamente activas, lípidos y ácidos nucleicos que colectivamente se cree que desempeñan un papel importante en multitud de procesos de la enfermedad. Avance de la investigación ha implicado especialmente estas vesículas en neurodegenerativas y trastornos del prión, procesos infecciosos, condiciones autoinmunes o inflamatorias y el crecimiento del tumor y metástasis1,2,3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. Investigación Biomédica de rápido crecimiento en la importancia de los vehículos eléctricos en la patogénesis de la enfermedad ha generado un interés paralelo en el desarrollo de métodos reproducibles y riguroso para el aislamiento y purificación de estas vesículas.
Un desafío histórico y actual en EV caracterización ha sido la imposibilidad de separar totalmente pequeñas subpoblaciones de EV. Este reto es en gran parte debido a nuestra limitada comprensión de los diferentes mecanismos moleculares que rigen la biogénesis de diferentes vesículas. Superposición de tamaño, densidad y carga biológica entre subpoblaciones más convolutes estas distinciones. Parte de este reto ha sido también el uso de ampliamente diferentes técnicas de enriquecimiento, proporciona inconsistencia en posteriores análisis de vesículas aisladas en laboratorios y socavando los esfuerzos mundiales para iluminar poblaciones EV categóricas.
Cabe destacar que la mayoría de los EV caracterización se ha realizado de la colección in vitro de cultivo celular sobrenadante, con estudios in vivo más recientes que describen técnicas para aislar las vesículas de fluidos corporales de animales o humanos, incluyendo plasma, orina y la saliva. Mientras que EVs están presente en grandes cantidades en circulación, también reconoció que estas vesículas desempeñan papeles importantes en eventos de comunicación célula a célula y están presentes en el intersticio de los tejidos celulares. En el contexto de cáncer, EVs intersticiales pueden ser particularmente importantes en la modulación del microambiente tumoral para el cáncer siembra y crecimiento metastático14,15. Por lo tanto, es valor en el desarrollo y optimización de técnicas para extraer las vesículas de muestras de tejidos sólidos. Estos métodos proporcionarán un medio directamente estudiar órgano – o tumor derivado de EVs de muestras clínicas, incluyendo pequeñas biopsias y resecciones parcial o total del órgano.
En este estudio y en un informe anterior publicado por nuestro laboratorio16, apuntamos a las preocupaciones de varios principales actuales en la metodología del enriquecimiento de EV: 1) para describir una técnica reproducible para aislar y purificar EVs a los más altos estándares en la actualidad aceptado en el campo; 2) para intentar aislar pequeñas subpoblaciones EV altamente enriquecidas en exosomas derivados de endosomal; y 3) para proporcionar un protocolo para la extracción de estas vesículas de muestras de tejido sólido con el fin de más caracterización.
Recientemente, Kowal y colegas describieron un gradiente de densidad de iodixanol relativamente pequeños para separar y purificar EV subpoblaciones con mayor eficacia que el de gradientes de densidad de sacarosa comparable17. En el estudio citado, EVs derivados de células dendríticas capturadas en una fracción de densidad relativamente constante con una densidad de 1,1 g/mL, fueron altamente enriquecidos en proteínas endosomal creídas que es más consistente con una alta proporción de exosomas presente en este fracción. Según los autores, estas proteínas de “buena fe” exosomal incluyen el gen de susceptibilidad tumoral 101 (TSG101), syntenin-1, CD81, ADAM10, EHD4 y varias de las proteínas anexina17. Hemos adaptado más adelante esta técnica para tener éxito un método de la disociación del tejido descrito por Perez-Gonzalez et al18 y un protocolo posterior centrifugación diferencial para aislar todo derivado del cerebro EVs16. También hemos demostrado la utilidad de este método en la caracterización de proteomas EV combinando un protocolo secuencial descendente espectrometría cuantitativa y comparativa de proteína vesicular, descrita previamente por nuestro laboratorio19. Este trabajo en paralelo desde el laboratorio de Hill, en el cual se enriquecieron EVs de la corteza frontal del cerebro20.
En este estudio, elaborar sobre esta técnica y ampliar la aplicación del protocolo recientemente publicado de nuestro laboratorio para el aislamiento de EVs de tumores sólidos de pulmón. A nuestro conocimiento, éste es el primer estudio que describe un protocolo para enriquecer EVs de ex vivo especímenes de tumor. Dado el interés generalizado en EVs como nuevos biomarcadores diagnóstico y su papel en la tumorigénesis, este método probablemente resultará valioso para un número creciente de investigadores científicos. Desde una perspectiva clínica, EVs intersticiales podrían albergar gran valor diagnóstico, especialmente en muestras donde se limita la evaluación histologic. Nuestra esperanza es que el método descrito aquí proporcionará una base para una técnica reproducible cosecha EVs de frescos o congelados animales o humanos especímenes quirúrgicos, allanando el camino para el trabajo futuro a descubrir el importante papel en la patogénesis de la enfermedad estos pequeños las vesículas pueden jugar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Interés tanto científico se ha generado con respecto a los roles que EVS pequeño jugar en el microambiente del tumor, así como en función, maduración y desarrollo del órgano. En general, este estudio proporciona un flujo de trabajo optimizado para la extracción de EVs intactos de todo el cerebro o las muestras de tumor. Mientras que aquí simplemente se demuestra la aplicabilidad de esta técnica a pulmón tumor derivado de EVs, este método podría ser adaptado para el trabajo en otros tejidos sólidos, proporci…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen el Dr. Richard Nowakowski y Florida estado Universidad laboratorio de los recursos para proveer y cuidar de los animales utilizados para desarrollar este protocolo, respetuosamente. Agradecemos a Liu Xia, Dr. Rakesh Singh y la Florida Universidad traslacional ciencia Laboratorio Estatal de asistencia con el trabajo de espectrometría de masas utilizado para la caracterización de aguas abajo de la vesícula, así como la posibilidad de recurso de la proyección de imagen de ciencia biológico CEI de el uso del microscopio electrónico de transmisión en este estudio. Finalmente, agradecemos a Dr. Mandip Sachdeva (Florida A & M University) para la donación de las muestras de tumor en el desarrollo de este método. Este estudio fue apoyado por subvenciones de la Florida Departamento de la salud Ed Ethel Moore Alzheimer Enfermedad programa de investigación y concedió a D.G.M. y J.M.O (6AZ11) y el Instituto Nacional del cáncer de los institutos nacionales de salud premio con el número R01CA204621 otorgado a la D.G.M.
Materials
| 0.45 µm filter | VWR | 28145-505 | |
| 12 mL ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 331372 | |
| 5.5 mL ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 344057 | |
| anti-Alix antibody | Santa Cruz | sc-7129 | |
| anti-Calnexin antibody | Santa Cruz | sc-11397 | |
| anti-CD63 antibody | Abcam | ab59479 | |
| anti-CD81 antibody | Santa Cruz | sc-9158 | |
| anti-Flotillin 2 antibody | Santa Cruz | sc-25507 | |
| anti-HSC70 antibody | Santa Cruz | sc-7298 | |
| anti-Syntenin-1 antibody | Santa Cruz | sc-100336 | |
| anti-TSG101 antibody | Santa Cruz | sc-7964 | |
| Dounce homogenizer | DWK Life Sciences | 885300-0015 | Loose-fit pestle (clearance of 0.889–0.165 mm) used. |
| EZQ protein quantification kit | ThermoFisher Scientific | R33200 | |
| FA-45-6-30 rotor | Eppendorf | 5820715006 | |
| FEI CM120 Electron Microscope | TSS Microscopy | ||
| goat anti-rabbit IgG (Fab fragment) | Genetex | 27171 | |
| HALT phosphatase inhibitor (100x solution) | ThermoFisher Scientific | 78420 | |
| HALT protease inhibitor (100x solution) | ThermoFisher Scientific | 78438 | |
| Hibernate E medium | ThermoFisher Scientific | A1247601 | |
| MLS-50 swinging-bucket rotor | Beckman Coulter | 367280 | |
| NanoSight LM10 | Malvern | ||
| Optima MAX-XP Benchtop Ultracentrifuge | Beckman Coulter | 393315 | |
| Optima XE-100 ultracentrifuge | Beckman Coulter | A94516 | |
| Optiprep | Sigma | D1556 | 60% iodixanol in sterile water solution |
| Q Exactive HF Mass Spectrometer | ThermoFisher Scientific | ||
| rabbit anti-goat IgG | Genetex | 26741 | |
| rabbit anti-mouse IgG | Genetex | 26728 | |
| Refracto 30PX (refractometer) | Mettler Toledo | 51324650 | |
| S-4-104 rotor | Eppendorf | 5820759003 | |
| SW 41 Ti swinging-bucket Rotor | Beckman Coulter | 333790 | |
| Tabletop 5804R centrifuge | Eppendorf | 22623508 |
References
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