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Method Article
Ce protocole décrit une méthode d’isolement des vésicules extracellulaires urinaires, les uEVs, à partir de donneurs humains sains et leur caractérisation phénotypique par l’expression de la taille et du marqueur de surface à l’aide de la cytométrie en flux.
Les vésicules extracellulaires sont un complexe hétérogène de membranes lipidiques, sécrétées par tout type de cellule, dans n’importe quel liquide tel que l’urine. Les VE peuvent être de différentes tailles, allant de 40 à 100 nm de diamètre, comme dans les exosomes, à 100-1000 nm dans les microvésicules. Ils peuvent également contenir différentes molécules qui peuvent être utilisées comme biomarqueurs pour le pronostic et le diagnostic de nombreuses maladies. De nombreuses techniques ont été développées pour caractériser ces vésicules. L’une d’entre elles est la cytométrie en flux. Cependant, il n’existe aucun rapport montrant comment quantifier la concentration des VE et les différencier en fonction de leur taille, ainsi que de la détection de biomarqueurs. Ce travail vise à décrire une procédure d’isolement, de quantification et de phénotypification des vésicules extracellulaires urinaires, les uEVs, à l’aide d’un cytomètre conventionnel pour l’analyse sans aucune modification de sa configuration. Les limites de la méthode comprennent la coloration d’un maximum de quatre biomarqueurs différents par échantillon. La méthode est également limitée par la quantité de VE disponibles dans l’échantillon. Malgré ces limites, avec ce protocole et son analyse ultérieure, nous pouvons obtenir plus d’informations sur l’enrichissement des marqueurs EVs et l’abondance de ces vésicules présentes dans les échantillons d’urine, dans les maladies impliquant des lésions rénales et cérébrales.
Chez les mammifères, le sang est filtré en passant par les reins 250 à 300 fois ; Pendant ce temps, de l’urine se forme. La production de ce biofluide est le résultat d’une série de processus, notamment la filtration glomérulaire, la réabsorption tubulaire et la sécrétion. Les déchets métaboliques et les électrolytes sont les principaux composants de l’urine. De plus, d’autres sous-produits tels que les peptides, les protéines fonctionnelles et les vésicules extracellulaires (VE) sont excrétés 1,2,3,4,5,6. Initialement, des vésicules extracellulaires urinaires (vec) ont été identifiées dans des échantillons d’urine de patients souffrant de troubles de l’équilibre hydrique. Ces patients ont montré la présence de molécules telles que l’aquaporine-2 (AQP2), qui a ensuite été utilisée comme biomarqueur de cette maladie7. Plusieurs études ultérieures ont porté sur l’identification de l’origine cellulaire des uEV, décrivant que ces structures peuvent être sécrétées par les cellules rénales (glomérule, podocytes, etc.) et d’autres types de cellules de lignées endothéliales ou leucocytaires. De plus, le nombre et l’enrichissement en molécules dans les uEV peuvent être corrélés avec l’état de nombreuses maladies et troubles 8,9,10,11,12,13,14.
Dans l’ensemble, les VE constituent une famille très hétérogène de particules enfermées dans des bicouches lipidiques et libérées par les cellules par des mécanismes passifs ou actifs dans différents fluides. Selon leur origine, les VE peuvent être classés comme des exosomes provenant d’endosomes ou des microvésicules/microparticules dérivées de la membrane plasmique. Cependant, ce critère de classification ne peut être appliqué que lorsque la biogenèse des particules est directement observée. Par conséquent, d’autres critères non triviaux, notamment l’origine physique, biochimique et cellulaire, ont été approuvés par plusieurs chercheurs dans le domaine 15,16,17. Selon la nature de l’isolat analysé, différentes techniques analytiques ont été suggérées pour la caractérisation des VE. Par exemple, sur la base de l’enrichissement de VE de grande taille (≥100 nm) ou de petite taille (≤100 nm), une quantification par cytométrie en flux ou suivi de nanoparticules est suggérée, respectivement18.
De nos jours, l’utilisation des VE comme biomarqueurs pour de nombreuses maladies est devenue pertinente, de sorte que la recherche de différentes sources est étudiée. L’une des sources les plus prometteuses est l’urine car elle peut être obtenue de manière facile et non invasive. Par conséquent, ce protocole décrit une procédure pour l’isolement des uEVs par centrifugation différentielle, traitement avec des anticorps conjugués au fluorochrome et analyse en aval à l’aide d’un cytomètre conventionnel à 2 lasers/4 couleurs.
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Les échantillons d’urine humaine ont été prélevés sur des volontaires en bonne santé qui avaient signé le consentement éclairé du donneur. Ces procédures ont également été approuvées par le Comité d’éthique de la recherche de l’Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán.
1. Isolement des vésicules extracellulaires urinaires
REMARQUE : Le protocole d’isolement des uEV est modifié à partir de la réf.19. La figure 1 illustre la représentation du protocole d’isolement des uEV.
Figure 1 : Vue d’ensemble de l’isolement des uEVs pour l’analyse par cytométrie en flux. Dans ce protocole, centrifugez d’abord la première urine de la journée pour éliminer les cellules et les débris. Puis centrifuger pour retirer les grandes vésicules avec un traitement pour éliminer la protéine THP et enfin effectuer une ultracentrifugation pour enrichir et obtenir les uEVs en un seul lavage. Les étapes pour conserver les fractions urinaires pour la validation de la WB sont indiquées. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
2. Coloration des uEV
REMARQUE : Avant la coloration et l’analyse des uEV, il est essentiel d’effectuer au moins une méthodologie recommandée par l’MISEV201818 pour vérifier l’isolation correcte des uEV ; ici, l’analyse par transfert de Western est représentée. La figure 2 montre un protocole représentatif de la coloration des uEV.
Figure 2 : Vue d’ensemble de la coloration et de la capture des uEVs dans le cytomètre. (A) Représentation de la coloration uEV. Pour 500 000 uEVs, l’anticorps a été mélangé et incubé à 4 °C pendant 12 h. Ensuite, le CFSE a été ajouté et incubé à 37 °C pendant 10 min. Les uEV avaient le CFSE à l’intérieur, et l’anticorps se liera à la surface de l’antigène. 400 μL de PBS froid ont été utilisés pour remettre en suspension et capturer 100 μL de l’échantillon dans le cytomètre en flux à une vitesse lente. (B) Stratégie d’analyse. Le premier graphique à points (SSC-H VS FL-X) représente le contrôle négatif pour les uEVs, suivi du graphique à points montrant la coloration des uEVs avec CFSE, et enfin, un histogramme avec la coloration des anticorps des uEVs (ligne noire), le contrôle négatif est montré dans la ligne grise. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tube 1. | Perles Megamix FSC | |
Tube 2. | PBS | |
Tube 3. | PBS avec CFSE | |
Tube 4. | PBS avec tous les anticorps du problème 1 | |
Tube 5. | PBS avec tous les anticorps du problème 2 | |
Tube 6. | Contrôle de l’autofluorescence | uEVs sans aucun réactif, uniquement en PBS. |
Tube 7. | #uEVs | uEVs avec CFSE |
Métro 8. | Problème 1 | uEV avec CD37 FITC, CD53 PE, ADAM10 APC |
Tube 9. | Problème 2 | uEV avec CD9 FITC, TSPAN33 APC |
Tableau 1 : Étiquetage des tubes. Exemple montrant comment étiqueter les tubes. Les premiers tubes sont tous les contrôles nécessaires. Les tubes avec les anticorps-fluorochromes dépendront de la coloration.
3. Acquisition d’uEV à l’aide d’un cytomètre classique
REMARQUE : Les instructions d’utilisation du cytomètre en flux (voir tableau des matériaux) sont décrites ici.
Figure 3 : Graphiques à points des billes Megamix FSC.Les diagrammes à points ont été générés à l’aide du logiciel de cytomètre en flux ; Dans le cytomètre en flux, l’image sera très similaire. (A) Le premier pointage généré pour sélectionner les perles en évitant le bruit de fond. (SSC-H CONTRE FL1-H). (B) Le graphique à points généré par la sélection de la porte précédente, montrant les différentes tailles des perles. (SSC-H CONTRE FSC-H). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
4. Analyse des données avec un logiciel de cytomètre en flux.
REMARQUE : Les instructions d’utilisation du logiciel de cytomètre en flux illustré dans le tableau des matériaux sont décrites dans cette section. La figure 4 montre l’espace de travail avec les étapes de création des portes de taille.
Figure 4 : Espace de travail avec toutes les étapes pour commencer l’analyse des données. Toutes les images ont été générées par sérigraphie de l’espace de travail. (A) Espace de travail généré avec les données de l’échantillon ajoutées (à gauche), diagramme à points généré par la sélection du tube 1, billes FSC, (à droite). (B,C) montrer la modification de l’axe, pour avoir SSC-H et FSC-H. (D-F) montrent la personnalisation étape par étape des deux axes. (G-I) montrent la sélection et la génération des différentes tailles de billes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Espace de travail pour analyser les données obtenues. Toutes les images ont été générées par la sérigraphie de l’espace de travail. (A) Espace de travail généré avec la porte de taille appliquée à tous les échantillons. (B) Tube d’autofluorescence sélectionné, graphique à points montrant la porte de taille et l’histogramme pour une taille sélectionnée (0,1 μm), utilisez cet histogramme pour obtenir la porte positive pour chaque fluorochrome et taille. (C) Espace de travail généré avec les portes positives pour chaque fluorochrome et taille. (D) Espace de travail (à gauche) et Éditeur de mise en page (à droite) générés pour les échantillons. Dans l’éditeur de mise en page, l’histogramme pour le tube d’autofluorescence et le tube positif pour FL1-H est affiché, et comment obtenir le panneau des propriétés pour les modifier. (E) L’image montre comment obtenir la valeur de fluorescence d’intensité moyenne. (F) Histogrammes générés pour trois fluorochromes différents, montrant toutes les modifications que le logiciel permet d’effectuer avec les informations statistiques. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
5. Analyse pour obtenir le nombre d’uEV par échantillon.
REMARQUE : La figure 6 montre l’espace de travail avec les étapes permettant d’obtenir le nombre d’uEV par échantillon.
Figure 6 : Espace de travail pour analyser le tube CFSE. Toutes les images ont été générées par sérigraphie de l’espace de travail. (A) Espace de travail généré par la sélection de toutes les tailles de la région, du total des uEV (à gauche), du graphique à points montrant la porte sélectionnée (à droite). (B) Diagramme à points SSC-H VS FL1-H pour la région négative CFSE dans le tube d’autofluorescence. (C) Diagramme à points SSC-H VS FL1-H pour CFSE dans le tube de coloration. (D) Image du tableau obtenu avec les statistiques de la coloration CFSE, montrant le nombre d’uEV dans l’échantillon. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
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Il y a plusieurs points de contrôle à travers le protocole, et avant la coloration des uEV. Par conséquent, il est essentiel de vérifier d’abord la quantité de protéines présentes dans l’extrait d’uEVs. Tous les groupes de recherche qui travaillent avec des vésicules extracellulaires quantifient la protéine, comme indiqué à l’étape 2.1. La figure supplémentaire 2 montre une plaque représentative de 96 puits contenant la fraction d’uEV dans les pui...
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De nos jours, l’utilisation de vésicules extracellulaires comme biomarqueurs pour plusieurs maladies a augmenté, en particulier pour celles qui peuvent être isolées à partir de sources non invasives telles que l’urine 5,21,22,23,24. Il a été prouvé que l’isolement des uEVs est une ressource vitale pour connaîtr...
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Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation financière ou commerciale qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.
Ce travail a été soutenu par des subventions de la CONACyT (A3-S-36875) et du programme UNAM-DGAPA-PAPIIT (IN213020 et IA202318). NH-I a été soutenu par la bourse 587790 de CONACyT.
Les auteurs tiennent à remercier Leopoldo Flores-Romo†, Vianney Ortiz-Navarrete, Antony Boucard Jr et Diana Gómez-Martin pour leurs précieux conseils pour la réalisation de ce protocole, et à tous les individus en bonne santé pour leurs échantillons d’urine.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
APC anti human CD156c (ADAM10) antibody | BioLegend | 352706 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
APC anti human TSPAN33 (BAAM) antibody | BioLegend | 395406 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Avanti centrifuge with JA-25.5O fixed angle rotor | Beckamn Coulter | J-26S XPI | |
BD Accuri C6 Flow Cytometer | BD Biosciences | ||
β-mercaptoethanol | SIGMA-Aldrich | M3148 | |
Benchtop centrifuge with A-4-44 rotor | Eppendorf | 5804 | |
BLUEstain 2 protein ladder | GOLDBIO | P008 | |
CD9 (C-4) mouse monoclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-13118 | |
CD63 (MX-49.129.5) mouse monoclonal antibody | Santa Cruz Biotechnology | sc-5275 | |
Cell Trace CFSE cell proliferation kit for flow cytometry | Thermo Scientific | C34554 | |
Chemidoc XRS+ system | BIORAD | 5837 | |
FITC anti human CD9 antibody | BioLegend | 312104 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
FITC anti human CD37 antibody | BioLegend | 356304 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-0252-2 | |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-0552-2 | |
Fluorescent yellow particles | Spherotech | FP-1552-2 | |
FlowJo Software | Becton, Dickinson and Company | ||
Goat anti-mouse immunoglobulins/HRP | Dako | P0447 | |
Halt protease inhibitor cocktail | Thermo Scientific | 78429 | |
Immun-Blot PVDF membrane 0.22µm | BIORAD | 1620177 | |
Megamix-Plus FSC beads | COSMO BIO CO.LTD | 7802 | |
NuPAGE LDS sample buffer 4X | Thermo Scientific | NP0007 | |
Optima ultracentrifuge with rotor 90Ti fixed angle 355530 | Beckamn Coulter | XPN100 | |
Page Blue protein staining solution | Thermo Scientific | 24620 | |
PE anti human CD53 antibody | BioLegend | 325406 | Add 5 µL to the 20 µL of uEVs in PBS |
Pierce BCA Protein assay kit | Thermo Scientific | 23227 | |
Pierce RIPA buffer | Thermo Scientific | 89900 | |
Polycarbonate thick wall centrifuge tubes | Beckamn Coulter | 355630 | |
Spherotech 8-Peak validation beads (FL1-FL3) | BD Accuri | 653144 | |
Spherotech 6-Peak validation beads (FL4) | BD Accuri | 653145 | |
Sucrose | SIGMA-Aldrich | 59378 | |
Triethanolamine | SIGMA-Aldrich | 90279 |
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