- oncosystem_new

Go to content

Main menu:

ТЕОРИЯ
ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ МИКРОВЕЗИКУЛЫ (ВМВ) и ЭКЗОСОМЫ

Жи­вые клет­ки ак­тив­но сек­ре­ти­ру­ют во вне­кле­точ­ную сре­ду про­дук­ты сво­ей жиз­не­де­я­тель­но­сти в ви­де еди­нич­ных мо­ле­кул, муль­ти-мо­ле­ку­ляр­ных ком­плек­сов или мем­бран­ных ве­зи­кул. Эти про­цес­сы мо­гут иметь раз­лич­ное био­ло­ги­че­ское зна­че­ние, вклю­чая «вы­брос» не­нуж­ных ме­та­бо­ли­тов, сиг­наль­ная или ре­гу­ля­тор­ная ак­тив­ность, сек­ре­ция ком­по­нен­тов меж­кле­точ­но­го мат­рик­са и дру­гие. К на­сто­я­ще­му вре­ме­ни из­вест­но два ва­ри­ан­та био­ге­не­за (фор­ми­ро­ва­ния) суб-кле­точ­ных ве­зи­ку­ляр­ных об­ра­зо­ва­ний. Ве­зи­ку­лы мо­гу об­ра­зо­вы­вать­ся пу­тем «вы­пя­чи­ва­ния» участ­ка мем­бра­ны, т.е. пу­тем эк­зо­ци­то­за. Та­кие ве­зи­ку­лы на­зы­ва­ют­ся эк­зо­со­ма­ми. Аль­тер­на­тив­ный ва­ри­ант – «вы­пя­чи­ва­ние» мем­бра­ны позд­ней эн­до­со­мы внутрь ее по­ло­сти и фор­ми­ро­ва­ние т.н. муль­ти­ве­зи­ку­ляр­но­го тель­ца (multivesicularbodies, MVB), со­дер­жа­ще­го де­сят­ки иден­тич­ных ве­зи­кул. Ве­зи­ку­ляр­ное тель­це сли­ва­ет­ся с по­верх­ност­ной мем­бра­ной, вы­сво­бож­дая в меж­кле­точ­ное про­стран­ство мно­же­ство мел­ких ве­зи­кул, ко­то­рые при­ня­то на­зы­вать эк­зо­со­ма­ми. Дру­гие ва­ри­ан­ты био­ге­не­за мем­бран­ных ве­зи­кул по­ка не опи­са­ны, но их су­ще­ство­ва­ние нель­зя ис­клю­чить. Со­вре­мен­ные ме­то­ды поз­во­ля­ют «на­блю­дать» ве­зи­ку­лы раз­ме­ром от не­сколь­ких де­сят­ков до не­сколь­ких со­тен на­но­мет­ров, что на не­сколь­ко по­ряд­ков мень­ше раз­ме­ра кле­ток. Ви­зу­а­ли­за­ция и ана­лиз мем­бран­ных ве­зи­кул воз­мо­жен с по­мо­щью ска­ни­ру­ю­щей элек­трон­ной мик­ро­ско­пии (scanning electron microscopy, SEM), атом­ной си­ло­вой мик­ро­ско­пии (atomic force microscopy), спек­тро­ско­пии (dynamic light scatterin, DLS) и дру­гих не­три­ви­аль­ные ме­то­дик, раз­ре­ша­ю­щая спо­соб­ность ко­то­рых су­ще­ствен­но пре­вы­ша­ет раз­ре­ше­ние све­то­вой мик­ро­ско­пии. К на­сто­я­ще­му вре­ме­ни наи­бо­лее пол­но изу­чен класс мем­бран­ных ве­зи­кул, фор­ми­ру­ю­щих­ся пу­тем об­ра­зо­ва­ния муль­ти­ве­зи­ку­ляр­ных те­лец, - так на­зы­ва­е­мые эк­зо­со­мы. В со­ста­ве мем­бра­ны эк­зо­сом при­сут­ству­ют бел­ки, опо­сре­ду­ю­щие этот про­цесс их фор­ми­ро­ва­ния. Эти бел­ки ис­поль­зу­ют­ся в ка­че­стве «эк­зо­со­маль­ных мар­ке­ров» для де­тек­ции или изо­ля­ции эк­зо­сом из био­ло­ги­че­ских сред, обыч­но со­дер­жа­щих раз­но­род­ный «кок­тейль» суб-кле­точ­ных об­ра­зо­ва­ний. До не­дав­не­го вре­ме­ни счи­та­лось, что пу­тем сек­ре­ции эк­зо­сом клет­ки из­бав­ля­ют­ся от «не­нуж­но­го» со­дер­жи­мо­го. Позд­нее за­ме­ти­ли, что эк­зо­со­мы не про­сто яв­лять­ся фор­мой упа­ков­ки «шла­ков», а мо­гут вы­пол­нять опре­де­лен­ные фи­зио­ло­ги­че­ские функ­ции. Так, на­при­мер, ока­за­лось, что эк­зо­со­мы участ­ву­ют в про­цес­сах со­зре­ва­ния тром­бо­ци­тов и ге­мо­ста­за, пре­зен­та­ции ан­ти­тел и ре­гу­ля­ции им­мун­ных ре­ак­ций. От­но­си­тель­но не­дав­но бы­ло за­ме­че­но, что эк­зо­со­мы, про­ду­ци­ру­е­мые од­ной клет­кой, мо­гут быть «ак­цеп­ти­ро­ва­ны» дру­гой. Ока­за­лось, что на­бор ве­ществ внут­ри эк­зо­сом  (сиг­наль­ных мо­ле­кул, струк­тур­ных бел­ков, нук­ле­и­но­вых кис­лот и ли­пи­дов) не слу­ча­ен, и в клет­ке ра­бо­та­ет ком­плекс­ный ме­ха­низм «фор­ми­ро­ва­ния» эк­зо­сом (endosomal-sorting complex required for transport, ESCRT).  Бо­лее то­го, на по­верх­но­сти эк­зо­сом экс­по­ни­ру­ют­ся ре­цеп­тор­ные мо­ле­ку­лы, ко­то­рые мо­гут опре­де­лять «ад­рес­ность эк­зо­со­маль­ной по­чты». Так, ве­зи­ку­ляр­ный транс­порт ока­зал­ся фун­да­мен­таль­ным био­ло­ги­че­ским фе­но­ме­ном, от­кры­тие ко­то­ро­го бы­ло от­ме­че­но но­бе­лев­ской пре­ми­ей по фи­зио­ло­гии и ме­ди­ци­не в 2013 го­ду. За по­след­ние не­сколь­ко лет сфор­ми­ро­ва­лось пред­став­ле­ние о фи­зио­ло­ги­че­ских функ­ци­ях эк­зо­сом и по­лу­че­ны дан­ные о ро­ли эк­зо­сом в раз­ви­тие мно­гих хро­ни­че­ских за­бо­ле­ва­ний, вклю­чая бо­лез­ни сер­деч­но-со­су­ди­стой си­сте­мы, ауто­им­мун­ные за­бо­ле­ва­ния, бо­лез­ни си­сте­мы кро­ви, ме­та­бо­ли­че­ские на­ру­ше­ния и да­же се­зон­ные де­прес­сии.  Бы­ло по­ка­за­но, что эк­зо­со­мы иг­ра­ют важ­ную роль в па­то­ге­не­зе вос­па­ли­тель­но­го про­цес­са и бо­ле­во­го син­дро­ма. Ин­те­рес­ны воз­мож­но­сти при­ме­не­ния эк­зо­сом в ре­ге­не­ра­тив­ной ме­ди­ци­не и аку­шер­стве.  Это впол­не объ­яс­ни­мо, так как эф­фек­тив­ная ра­бо­та си­сте­мы меж­кле­точ­ных ком­му­ни­ка­ций яв­ля­ет­ся фун­да­мен­таль­ным усло­ви­ем су­ще­ство­ва­ния  мно­го­кле­точ­но­го ор­га­низ­ма.  По­это­му, на­ру­ше­ния в этой си­сте­ме ле­жат в ос­но­ве или со­пут­ству­ют раз­ви­тию мно­гих па­то­ло­гий. Иг­ра­ют ли эк­зо­со­мы этио­ло­ги­че­скую (при­чин­ную) роль в раз­ви­тии он­ко­ло­ги­че­ских за­бо­ле­ва­ний по­ка не яс­но. Но тот факт, что опу­хо­ле­вые клет­ки сек­ре­ти­ру­ют эк­зо­со­мы и эти эк­зо­со­мы ак­тив­но сти­му­ли­ру­ют про­цесс мест­ной ин­ва­зии, нео-ан­гио­ге­не­за, угне­та­ют про­ти­во­опу­хо­ле­вый им­му­ни­тет и ак­ти­ви­ру­ют ме­та­ста­зи­ро­ва­ние – до­ка­зан мно­го­чис­лен­ны­ми кли­ни­че­ски­ми и экс­пе­ри­мен­таль­ны­ми на­блю­де­ни­я­ми. Так, на­при­мер, уда­ле­ние эк­зо­сом из плаз­мы он­ко­ло­ги­че­ских па­ци­ен­тов улуч­ша­ло им­мун­ный ста­тус и ак­ти­ви­ро­ва­ло про­ти­во­опу­хо­ле­вый им­му­ни­тет. В ря­де экс­пе­ри­мен­таль­ных ра­бот бы­ло до­ка­за­но, что эк­зо­со­мы, сек­ре­ти­ру­е­мые клет­ка­ми опу­хо­ли, пе­ре­но­сят­ся то­ком кро­ви в от­да­лен­ные ор­га­ны, в част­но­сти, ор­га­ны по­сле­ду­ю­щей ме­та­ста­ти­че­ской дис­се­ми­на­ции: лим­фа­ти­че­ские уз­лы, лег­кие, ко­сти, пе­чень. В ре­зуль­та­те воз­дей­ствия опу­хо­ле­вых эк­зо­сом из­ме­ня­ет­ся мор­фо­ло­гия тка­ней – они ста­но­вят­ся бо­лее «ком­форт­ны­ми» для ко­ло­ни­за­ции цир­ку­ли­ру­ю­щи­ми опу­хо­ле­вы­ми клет­ка­ми, фор­ми­ру­ет­ся так на­зы­ва­е­мая «ме­та­ста­ти­че­ская ни­ша» (metastatic niche). Эти ис­сле­до­ва­ния до­ка­зы­ва­ют тот факт, что опу­хо­ле­вые эк­зо­со­мы не­по­сред­ствен­но сти­му­ли­ру­ют про­грес­сию опу­хо­ле­во­го за­бо­ле­ва­ния. Бо­лее то­го, не­дав­ние ис­сле­до­ва­ния по­ка­за­ли, что ком­по­зи­ция ад­ге­зив­ных мо­ле­кул на по­верх­но­сти эк­зо­сом опре­де­ля­ет их «троп­ность» к опре­де­лен­ным тка­ням и, та­ким об­ра­зом, «фо­ку­си­ру­ет» ме­та­ста­ти­че­ский про­цесс. Раз­ра­бот­ка ме­то­дов и ал­го­рит­мов ана­ли­за цир­ку­ли­ру­ю­щих эк­зо­сом ле­жит в ос­но­ве со­зда­ния но­вых тест-си­стем для скри­нин­га и ран­ней ди­а­гно­сти­ки ра­ка. Ис­сле­до­ва­ние осо­бен­но­стей со­ста­ва и па­то­ген­ных функ­ций эк­зо­сом, сек­ре­ти­ру­е­мых опу­хо­ле­вы­ми клет­ка­ми, го­то­вит поч­ву для раз­ви­тия но­вых под­хо­дов си­стем­ной те­ра­пии он­ко­ло­ги­че­ских за­бо­ле­ва­ний. Ра­бо­та в этом на­прав­ле­нии ве­дет­ся сот­ня­ми ла­бо­ра­то­рий по все­му ми­ру, прак­ти­че­ские ша­ги в этом на­прав­ле­нии де­ла­ют­ся и на­шей ком­па­ни­ей.

Литература, рекомендуемая для чтения по теме «экзосомы и рак»:

на русском:
  • Штам Т.А. и соавт., Получение и анализ экзосом, секретируемых злокачественно трансформированными клетками человека в системах invitro Цитология -2012.
  • Пупышев А.Б. Внеклеточные везикулы: межклеточный информационный поток и возможности его медицинского применения. Цитология – 2015 (PDF).
  • Чевкина Е.М. и соавт., Экзосомы и передача (эпи)генетической информации опухолевыми клетками. Успехи молекулярной онкологии – 2015 (PDF).
  • Малек А.В. и соавт., Система экзосомальных межклеточных коммуникаций и ее роль в процессе метастатической диссеминации. Вопросы онкологии – 2014 (PDF).
  • Малек А.В. и соавт., Перспективы разработки методов диагностики и мониторинга онкологических заболеваний на основе анализа экзосом, секретируемых опухолевыми клетками. Российский Биотерапевтический Журнал – 2015 (PDF) .

на английском:
  • Théry C. Cancer: Diagnosis by extracellular vesicles. Nature. 2015 (web)
  • Colombo M, Raposo G, Théry C Biogenesis, secretion, and intercellular interactions of exosomes and other extracellular vesicles. Annu Rev Cell Dev Biol. 2014 (web)
  • Whiteside TL. The potential of tumor-derived exosomes for noninvasive cancer monitoring. Expert Rev Mol Diagn. 2015 (PDF)
 
 
 
Back to content | Back to main menu