Wir haben die aufregendsten neuen Forschungen auf dem Gebiet der Genetik und Zellforschung der letzten Woche zusammengestellt.
Einfluss von Hypoxie auf den molekularen Inhalt von Glioblastom-Exosomen
Hypoxie ist ein pathologischer Zustand, der durch einen Sauerstoffmangel im Gewebe gekennzeichnet ist, der entweder auf eine verminderte Sauerstoffaufnahme von außen und/oder eine Störung der Sauerstoffverwertung in den Zellen zurückzuführen ist. Dieser Zustand kann auftreten, wenn der Sauerstoffbedarf das Angebot übersteigt oder der Sauerstoffpartialdruck unter 10 mmHg liegt. Diese Situation stellt für Glioblastom-Patienten (GBM) ein erhebliches Problem dar, da sie die Angiogenese aktivieren, die Invasivität und das Metastasierungsrisiko erhöhen, das Überleben des Tumors verlängern und die Anti-Tumor-Immunität unterdrücken kann, wodurch hypoxische Zellen resistent gegen Strahlen- und Chemotherapie werden. Niedrige Sauerstoffwerte in Tumoren können schwerwiegende zelluläre Veränderungen verursachen, die sich auf die Freisetzung von extrazellulären Vesikeln (EVs), insbesondere Exosomen (EXOs), auswirken und deren proteomisches Profil sowohl qualitativ als auch quantitativ verändern können. EXOs stellen eine adaptive Reaktion auf hypoxischen Stress dar. Daher können sie zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in Krebserkrankungen und zur Bewertung ihrer Aggressivität verwendet werden. Sie setzen nicht nur Signalmoleküle frei, um Zellen anzulocken, die die Bildung von kleinen Gefäßwänden fördern, sondern senden auch Signale an andere Tumorzellen, die deren Wanderung auslösen, was wiederum eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Metastasen unter Hypoxie spielt. In dieser Übersichtsarbeit wird untersucht, wie sich das molekulare Profil von GBM-Exosomen unter hypoxischen Bedingungen verändert. Dies bietet zukünftige Möglichkeiten für die nicht-invasive Diagnose und Überwachung von Hirntumorpatienten.
Von dezidualen Stromazellen stammende Exosomen verursachten eine unzureichende Migration und Invasion des Trophoblasten, indem sie die β-TrCP-vermittelte Schnecken-Ubiquitinierung und -degradation bei ungeklärtem rezidivierendem Spontanabort störten
Hintergrund
Exosomen, die von dezidualen Stromazellen (DSC-exos) freigesetzt werden, spielen eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung der epithelial-mesenchymalen Transition (EMT) von Trophoblasten, und eine unzureichende EMT von Trophoblasten wird mit URSA (ungeklärter wiederkehrender Spontanabort) in Verbindung gebracht. Die Mechanismen, die DSC-exos bei der EMT zugrunde liegen, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt.
Methoden
DSC-exos von normalen schwangeren Frauen (N-DSC-exos) und URSA-Patienten (URSA-DSC-exos) wurden extrahiert und charakterisiert. Die Charakterisierung der isolierten DSC-exos erfolgte mit Hilfe von TEM (Transmissionselektronenmikroskopie), NTA (Nanopartikel-Tracking-Analyse) und WB (Western Blot). Anschließend wurden diese DSC-exos mit Trophoblasten-Zelllinien (HTR-8/SVneo) ko-kultiviert. Der Einfluss sowohl von N-DSC-exos als auch von URSA-DSC-exos auf die Proliferation, Invasion und Migration von Trophoblasten sowie auf die Expression von EMT-verwandten Proteinen wurde durch eine Reihe von Assays bewertet, darunter CCK8-Assays, Wundheilungsassays, Transwell-Assays bzw. Western Blot. Dann wurden Rettungsexperimente durch β-TrCP-Knockdown oder β-TrCP-überexprimierende Trophoblasten mit Schnecken-siRNA-Transfektion bzw. β-TrCP-überexprimierender Lentivirus-Infektion durchgeführt. Schließlich wurden Tierversuche durchgeführt, um die Wirkung von N-DSC-exos auf die Embryoaufnahme bei Mäusen zu untersuchen.
Ergebnisse
Wir fanden eine erhöhte Expression von β-TrCP in den Zotten von URSA-Patientinnen im Vergleich zu normalen Schwangeren sowie eine Verringerung der Werte von Schnecke und N-Cadherin bei URSA-Patientinnen. N-DSC-exos kann die EMT des Trophoblasten fördern, indem es die β-TrCP-vermittelte Ubiquitinierung und Degradation des Transkriptionsfaktors Snail hemmt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Fähigkeit, EMT zu fördern, bei N-DSC-exos stärker ausgeprägt ist als bei URSA-DSC-exos. Die Herunterregulierung von Schnecke oder die Überexpression von β-TrCP kann die Auswirkungen von N-DSC-exos auf den Trophoblasten umkehren. Schließlich deutete das In-vivo-Experiment darauf hin, dass N-DSC-exos die Resorptionsrate des Embryos im Spontanabort-Mausmodell signifikant reduziert.
Schlussfolgerungen
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass URSA-DSC-exos eine unzureichende Migration und Invasion des Trophoblasten verursacht, weil sie die β-TrCP-vermittelte Ubiquitinierung und den Abbau des EMT-Transkriptionsfaktors Schnecke stören. Die Aufklärung des zugrundeliegenden Mechanismus dieser Dysregulation könnte Licht auf die neuartigen Wege werfen, über die DSC-exos die Trophoblastenfunktion beeinflussen, und so zu unserem Verständnis ihrer Rolle bei URSA beitragen.
Nutzung von Exosomen aus dem Tumor: Ein vielversprechender Ansatz für die Erweiterung der klinischen Diagnose, der Prognose und der therapeutischen Ergebnisse von Prostatakrebs
Prostatakrebs ist weltweit die zweithäufigste Todesursache bei Männern. Obwohl sich die Frühdiagnose und die Therapie für lokal begrenzten Prostatakrebs verbessert haben, stirbt die Mehrheit der Männer mit metastasierender Erkrankung jährlich an Prostatakrebs. Daher ist die Identifizierung der zellulär-molekularen Mechanismen, die dem Fortschreiten von Prostatakrebs zugrunde liegen, von entscheidender Bedeutung für die Überwindung der kontrollierten Proliferation, Invasion und Metastasierung. Exosomen sind kleine extrazelluläre Vesikel, die die meisten Zellinteraktionen vermitteln und Membranproteine, zytosolische und nukleäre Proteine, extrazelluläre Matrixproteine, Lipide, Metaboliten und Nukleinsäuren enthalten. Exosomen spielen eine wesentliche Rolle in parakrinen Stoffwechselwegen und können das Fortschreiten des Prostatakrebses durch eine Vielzahl von Mechanismen beeinflussen. In der vorliegenden Übersichtsarbeit skizzieren und diskutieren wir die jüngsten Fortschritte in unserem Verständnis der Rolle von Exosomen in der Mikroumgebung von Prostatakrebs, wie ihre Beteiligung an der Entstehung, dem Fortschreiten, der Angiogenese, dem epithelial-mesenchymalen Übergang, der Metastasierung und der Arzneimittelresistenz. Wir stellen auch die neuesten Erkenntnisse über die Funktion von Exosomen als Biomarker und direkte therapeutische Ziele bei Prostatakrebs vor sowie die Herausforderungen und Vorteile, die mit der Verwendung von Exosomen als natürliche Träger und in der Exosomen-basierten Immuntherapie verbunden sind. Diese Erkenntnisse sind ein vielversprechender Weg für die Ausweitung potenzieller klinischer Ansätze.
Von mesenchymalen Stammzellen abgeleitete Exosomen als zellfreie Therapeutika für sensorineurale Schwerhörigkeit
Schallempfindungsschwerhörigkeit wird durch verschiedene Krankheiten wie Autoimmunerkrankungen, ototoxische Behandlungen, intensiven Schall usw. verursacht. Die Sinneszellen in der Cochlea erwachsener Säugetiere verlieren ihre Regenerationsfähigkeit, so dass ihre Zerstörung irreversibel ist. Die Behandlung dieses Zustands erfolgt durch ein Cochlea-Implantat, das verschiedene Risiken birgt und wenig effizient sein kann. Mesenchymale Stammzellen (MSC) werden in der regenerativen Medizin intensiv auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Sie begünstigen die Geweberegeneration, indem sie an den Ort der Läsion wandern und sich dort in funktionelle reife Zellen differenzieren. Exosomen sind extrazelluläre Vesikel im Nanometerbereich, die von den meisten eukariotischen Zellen mit einer Doppellipidmembran sezerniert werden. Sie enthalten genomische und proteomische Informationen und spielen eine wichtige Rolle bei der interzellulären Kommunikation. Ihre Membran verleiht ihnen Stabilität, geringe Immunogenität und die Fähigkeit, die natürlichen Barrieren wie die Blut-Labyrinth- und die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden. Exosomen, die von MSC produziert werden, haben dank ihrer Ladung aktiver Biomoleküle – Peptide, Proteine oder RNA – ähnliche biologische Funktionen wie die Zellen ihrer Herkunft, haben aber den Vorteil, dass sie weniger Risiken bergen. Diese Eigenschaft macht sie für die zellfreie Zelltherapie attraktiv. Der vorliegende Artikel gibt einen Überblick über das vorhandene Wissen über die Verwendung von MSC und von MSC-abgeleiteten Exosomen für die Regeneration von Sinneszellen im Innenohr. Wir analysieren auch die Möglichkeiten des Exosomen-Engineerings und die Perspektiven für klinische Anwendungen.
Das in Exosomen aus Adipozyten eingekapselte mir-199b-5p vermittelt die Strahlenresistenz von Darmkrebszellen, indem es auf JAG1 abzielt
Die Strahlentherapie ist eine wichtige Behandlungsoption für Darmkrebs, aber ihre Wirksamkeit ist von Patient zu Patient unterschiedlich. Unsere früheren Studien deuten darauf hin, dass das Fettgewebe die Strahlenresistenz verschiedener abdominaler Tumoren wie Bauchspeicheldrüsenkrebs, Gallengangskrebs und anderer begünstigt. In der vorliegenden Arbeit werden erstmals die Auswirkungen von Adipozyten auf die Radiosensitivität von Darmkrebs untersucht. Es wurde festgestellt, dass die Koloniebildung bei den Darmkrebszellen HCT8 und HCT116, die mit Adipozyten kokultiviert wurden, erhöht und die strahleninduzierte Apoptose verringert war, was die Vermittlung der durch Adipozyten verursachten Strahlenresistenz bei Darmkrebs in vitro bestätigt. Anschließend wurden die Darmkrebszellen mit aus Adipozyten gewonnenen Exosomen inkubiert, und es wurde eine spürbare Verringerung der Radiosensitivität festgestellt. Um die möglichen Mechanismen zu untersuchen, wurden die Exosomen isoliert, die eingekapselten microRNAs extrahiert und durch Sequenzierung kleiner RNAs analysiert. Auf der Grundlage einer bioinformatischen Analyse und einer qRT-PCR-Verifizierung wurde miR-199b-5p für eine funktionelle Annotation ausgewählt. Es zeigte sich, dass die Expression von miR-199b-5p nach 6 Gy Bestrahlung signifikant hochreguliert war und dass eine Überexpression von miR-199b-5p die Radiosensitivität von HCT8- und HCT116-Zellen signifikant unterdrückte. Darüber hinaus wurde JAG1 (jagged canonical Notch ligand 1) durch bioinformatische Vorhersage und einen dualen Luziferase-Reportergen-Assay als Zielgen von miR-199b-5p identifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass JAG1 die Radioresistenz von Darmkrebszellen sowohl in vivo als auch in vitro vermittelt. Insgesamt zeigt die vorliegende Studie, dass Adipozyten die Radioresistenz von Darmkrebszellen auslösen, indem sie wahrscheinlich über ein aus Adipozyten stammendes exosomales miR-199b-5p auf JAG1 abzielen.
Translationale Studien zu Exosomen in der Sportmedizin – ein Mini-Überblick
Diese Übersicht in der Sportmedizin konzentriert sich auf die entscheidende Rolle von Exosomen bei der Behandlung chronischer Erkrankungen und der Verbesserung der sportlichen Leistung. Exosomen, kleine Vesikel, die von verschiedenen Zellen produziert werden, sind wichtig für die zelluläre Kommunikation und den Transport von Molekülen wie Proteinen und Nukleinsäuren. Sie stammen aus dem endoplasmatischen Retikulum und spielen eine wichtige Rolle bei der Modulation von Entzündungen und der Gewebereparatur. Ihre Bedeutung in der Sportmedizin wird zunehmend anerkannt, insbesondere bei der Heilung von Sportverletzungen, der Verbesserung von Gelenkknorpelläsionen und osteoarthritischen Erkrankungen durch die Modulation des Zellverhaltens und die Unterstützung der Geweberegeneration. Untersuchungen zeigen auch ihr Potenzial zur Steigerung der sportlichen Leistung, insbesondere durch aus Myozyten gewonnene Exosomen, die die Anpassungsfähigkeit an körperliches Training verbessern können. Mit dem Schwerpunkt auf einem multidisziplinären Ansatz unterstreicht diese Übersichtsarbeit die Notwendigkeit, die Biologie der Exosomen, einschließlich ihrer Entstehungswege und Klassifizierungen, gründlich zu verstehen, um ihr therapeutisches Potenzial voll auszuschöpfen. Es werden zukünftige Richtungen in der Sportmedizin skizziert, wobei der Schwerpunkt auf personalisierten Behandlungen, klinischen Bewertungen und technologischen Fortschritten liegt. Diese Forschung stellt eine Pionierleistung bei der Nutzung von Exosomen zur Verbesserung der Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Sportlern dar.
Profilierung von DNA-Ladungen in einzelnen extrazellulären Vesikeln mittels digitaler Mehrfachverschiebungsamplifikation auf Hydrogelbasis
Aufgrund der beträchtlichen Heterogenität zwischen den Subpopulationen extrazellulärer Vesikel (EV) hat die Einzel-EV-Analyse das Potenzial, die Mechanismen hinter der EV-Biogenese aufzuklären und Licht auf die unzähligen Funktionen zu werfen, was zur Entwicklung neuer Diagnostika und Therapeutika führt. Während viele Studien sich mit der Aufdeckung von Variationen zwischen den EVs bei Oberflächenproteinen und RNAs befasst haben, wurde DNA-Ladungen (EV-DNA) wenig Aufmerksamkeit geschenkt.
Gegenseitige Regulierung der PD-L1-Immunsuppression zwischen Tumor-assoziierten Makrophagen und Tumorzellen: eine entscheidende Rolle für Exosomen
Tumorzellen nutzen in erster Linie den PD-1/PD-L1-Signalweg, um die Anti-Tumor-Fähigkeiten von T-Lymphozyten zu vereiteln und so eine Immunsuppression zu bewirken. Dies geschieht durch die direkte Interaktion von PD-L1 mit PD-1 auf der Oberfläche von T-Lymphozyten. Jüngste Forschungsarbeiten, die sich auf die Mikroumgebung des Tumors konzentrieren, haben die zentrale Rolle von Immunzellen, insbesondere von tumorassoziierten Makrophagen (TAMs), bei der Erleichterung der PD-L1-vermittelten Immunsuppression beleuchtet. Exosomen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, Informationen zu übermitteln und von Zellen aufgenommen zu werden, tragen wesentlich dazu bei, die Beteiligung der TAM an der PD-L1-vermittelten Immunsuppression innerhalb der Tumormikroumgebung zu fördern. Exosomen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, Informationen zu übermitteln und von Zellen aufgenommen zu werden, tragen wesentlich dazu bei, die Beteiligung der TAM am Aufbau der PD-L1-vermittelten Immunsuppression in der Tumormikroumgebung zu fördern. Neben dem Empfang von Signalen aus vom Tumor stammenden Exosomen, die die PD-L1-Expression fördern, üben TAMs durch die Freisetzung von Exosomen auch die Kontrolle über die PD-L1-Expression in Tumorzellen aus. Dieser Artikel fasst die Mechanismen zusammen, durch die Exosomen an diesem Prozess beteiligt sind, identifiziert entscheidende Faktoren, die diese Mechanismen beeinflussen, und erforscht innovative Strategien zur Hemmung oder Umkehrung der tumorfördernden Wirkung von TAMs durch gezielte Bekämpfung von Exosomen.
