Was genau sind Exosomen?

Demnach gibt es keinen zuverlässigen Marker für Exosomen?

Vermutlich trifft das sogar zu, zumindest gibt es nicht den einen verlässlichen Marker. Im Endeffekt lassen sich Exosomen möglicherweise am besten biochemisch identifizieren, wenn man eine Kombination von Markern – Tetraspanine, Alix und andere – verwendet und gleichzeitig Proteine, die in der Plasmamembran vorkommen, ausschließt. Obwohl ILV/Exosomen naturgemäß einige Plasmamembranproteine enthalten und in der Plasmamembran einige ILV/exosomale Proteine vorkommen, sollte es möglich sein, den relativen Gehalt und/oder die Anreicherung von exosomalen Proteinen heranzuziehen, um die Exosomen von anderen extrazellulären Vesikeln zu unterscheiden. Frachten wie das in B-Zellen enthaltene MHC II und weitere zelltypspezifische Antigene könnten ebenfalls hilfreich sein, um Exosomen von anderen Vesikeln abzugrenzen. Es gibt eine Online-Datenbank, in der Proteine, Lipide und RNA aus veröffentlichten sowie unveröffentlichten Studien zum Thema Exosomen aufgelistet sind.²⁴

Wie werden Exosomen isoliert und untersucht, wenn es so schwer ist, sie zuverlässig zu charakterisieren?

Mithilfe gängiger Methoden können Exosomen selten dargestellt werden, denn sie sind zu klein, um mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie erfasst zu werden, und ihre Freisetzung ist unter Umständen ein seltenes Ereignis. Einige Studien haben unter Verwendung verschiedener elektronenmikroskopischer Methoden die Freisetzung von Exosomen in Zellkulturen abgebildet, normalerweise reichert man aber eher Exosomen aus dem Zellüberstand oder aus tierischen Körperflüssigkeiten an. Es ist üblich, Exosomen durch differenzielle Zentrifugation aus einem Kulturmedium zu isolieren. Mit zunehmender Zentrifugationsgeschwindigkeit werden zuerst größere Verunreinigungen abgeschieden; anschließend setzen sich bei einer sehr hohen Geschwindigkeit (~100.000 × g)²⁵ Exosomen, kleine extrazelluläre Vesikel und sogar Proteinansammlungen ab.

Daher enthalten derartige Aufbereitungen eher angereichertes als gereinigtes Material. Angereicherte Aufbereitungen werden für gewöhnlich biochemisch, durch Massenspektrometrie oder mit dem Elektronenmikroskop analysiert. Sofern bei der Elektronenmikroskopie isolierte Fraktionen als Komplettpräparat erfasst werden, ist es möglich, Vesikel mit Antikörpern einzufärben. Allerdings stehen bei (durch Zentrifugation) isolierten Präparaten nicht dieselben internen Kontrollen zur Verfügung wie bei der Antikörperfärbung von Zellbereichen. Bemerkenswerterweise wurde der Beschreibung von Exosomen bisher wenig Aufmerksamkeit gezollt, obwohl man sich mittlerweile bemüht, dieses Versäumnis durch die Festlegung von Richtlinien und Kriterien wiedergutzumachen, um die verschiedenen Gruppen von extrazellulären Vesikeln zu definieren.²⁶

Was sind die wichtigsten Themen in der Exosomenforschung?

Es ist zweifellos am allerwichtigsten, die biologische Bedeutung dieser Strukturen zu verstehen. Wenn man dermaßen wenig über ihre grundlegenden physiologischen Funktionen weiß, ist es schwer nachzuvollziehen, dass Exosomen an der Entstehung so vieler verschiedener Krankheiten beteiligt sein sollen. Grundlegende Fragen über die Bildung von Exosomen, ihr Schicksal und ihre normale Funktion sind noch immer ungelöst, doch letztlich gilt, dass man zuerst ILV verstehen muss, wenn man sich von Exosomen ein Bild machen möchte – dies wird häufig übersehen. Bis dahin müssen einschlägige Veröffentlichungen die Kriterien, die angewendet werden, um Exosomen von anderen extrazellulären Vesikeln zu unterscheiden, klar und sorgfältig beschreiben, um Verwirrung zu vermeiden und damit Skepsis zu fördern.

Anmerkung der Redaktion

Der vorliegende Text wurde am 13. Juni 2016 vom Cambridge-Forscher J. R. Edgar im Journal BMC Biology unter einer Creative-Commons-Lizenz (https://bit.ly/creacomm40) zur freien Nutzung veröffentlicht und ist inhaltlich nach wie vor aktuell. Um die Lesbarkeit zu verbessern, haben wir ihn einiger allzu fachspezifischer Ausführungen und Endnoten beraubt und um ein Glossar ergänzt. Das englischsprachige Original „Q&A: What are exosomes, exactly?“ finden Sie unter https://bit.ly/edgar-exosomes.

Endnoten

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2. Pan, B. T. et al.: „Electron microscopic evidence for externalization of the transferrin receptor in vesicular form in sheep reticulocytes“ in J Cell Biol, 1985, 101(3):942–8
3. Johnstone, R. M. et al.: „Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes)“ in J Biol Chem, 1987, 262(19):9412–20
4. Kim, M. S. et al.: „Development of exosome-encapsulated paclitaxel to overcome MDR in cancer cells“ in Nanomedicine, 2015, 12(3):655–64
5. McDonald, B. und Martin-Serrano, J.: „No strings attached: the ESCRT machinery in viral budding and cytokinesis“ in J Cell Sci, 2009, 122(Pt 13):2167–77
6. White, I. J. et al.: „EGF stimulates annexin 1-dependent inward vesiculation in a multivesicular endosome subpopulation“ in EMBO J, 2006, 25(1):1–12
7. Mobius, W. et al.: „Immunoelectron microscopic localization of cholesterol using biotinylated and non-cytolytic perfringolysin O“ in J Histochem Cytochem, 2002, 50(1):43–55
8. Blanchard, N. et al.: „TCR activation of human T cells induces the production of exosomes bearing the TCR/CD3/zeta complex“ in J Immunol, 2002, 168(7):3235–41
9. Muntasell, A. et al.: „T cell-induced secretion of MHC class IIpeptide complexes on B cell exosomes“ in EMBO J, 2007, 26(19):4263–72
10. Savina, A. et al.: „Exosome release is regulated by a calcium-dependent mechanism in K562 cells“ in J Biol Chem, 2003, 278(22):20083–90
11. Guo, B. B. et al.: „Stimulating the release of exosomes increases the intercellular transfer of prions“ in J Biol Chem, 2016, 291(10):5128–37
12. Denzer, K. et al.: „Follicular dendritic cells carry MHC class II-expressing microvesicles at their surface“ in J Immunol, 2000, 165(3):1259–65
13. Raposo, G. et al.: „B lymphocytes secrete …“, a. a. O.
14. Zitvogel, L. et al.: „Eradication of established murine tumors …“, a. a. O.
15. Lo Cicero, A. et al.: „Exosomes released by keratinocytes modulate melanocyte pigmentation“ in Nat Commun, 2015, 6:7506
16. Valadi, H. et al.: „Exosomemediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells“ in Nat Cell Biol, 2007, 9(6):654–9
17. Melo, S. A. et al.: „Cancer exosomes perform cell-independent microRNA biogenesis and promote tumorigenesis“ in Cancer Cell, 2014, 26(5):707–21
18. Rajendran, L. et al.: „Alzheimer’s disease beta-amyloid peptides are released in association with exosomes“ in Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006;103(30):11172–7
19. Saman, S. et al.: „Exosomeassociated tau is secreted in tauopathy models and is selectively phosphorylated in cerebrospinal fluid in early Alzheimer disease“ in J Biol Chem, 2012, 287(6):3842–9
20. Fevrier, B. et al.: „Cells release prions in association with exosomes“ in Proc Nat Acad Sci USA, 2004, 101(26):9683–8
21. Emmanouilidou, E. et al.: „Cell-produced alpha-synuclein is secreted in a calciumdependent manner by exosomes and impacts neuronal survival“ in J Neurosci, 2010, 30(20):6838–51
22. Gomes, C. et al.: „Evidence for secretion of Cu, Zn superoxide dismutase via exosomes from a cell model of amyotrophic lateral sclerosis“ in Neurosci Lett, 2007, 428(1):43–6
23. Edgar, J. R. et al.: „Hrs- and CD63-dependent competing mechanisms make different sized endosomal intraluminal vesicles“ in Traffic, 2014, 15(2):197–211
24. ExoCarta: http://www.exocarta.org
25. Thery, C. et al.: „Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids“ in Curr Protocols Cell Biol, 2006, Chapter 3:Unit 3 22
26. Lotvall, J. et al.: „Minimal experimental requirements for definition of extracellular vesicles and their functions: a position statement from the International Society for Extracellular Vesicles“ in J Extracell Vesicles, 2014, 3:26913