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Extracellular vesicles present in blood have been suggested as novel biomarkers for various diseases. Here, we present a protocol for the isolation of large plasma membrane-derived microvesicles from peripheral blood samples and their subsequent analysis by conventional flow cytometry and Western Blotting.
小さなエンドソーム由来のエキソソーム(EXOS、直径<100 nm)を大型プラズマ膜由来微小胞(MVは、直径> 100 nm)を含む細胞外小胞(電気自動車)のリリースにはすべての生きた細胞内で発生した基本的な細胞プロセスです。これらの小胞輸送タンパク質、脂質およびそれらの起源の細胞およびin vitro試験中の特定の核酸は、細胞間コミュニケーションのメディエーターとしてその重要性を強調しています。電気自動車が正常に様々な体液から単離されており、特に血液中の電気自動車は、癌または感染性疾患のためのバイオマーカーを約束として同定されています。血液中のMVの亜集団の研究を可能にするために、我々は、末梢血サンプルからのMVの標準化された単離および特徴付けのためのプロトコルを提示します。 MVが分画遠心分離によりEDTA抗凝固血漿試料からペレット化し、典型的には100の直径保有している - 600 nmのを。それらのより大きなサイズに、彼らがすることができます簡単にフローサイトメトリー、日常的にほとんどの研究室での臨床診断および利用可能に使用されている技術によって研究されます。孤立MVの品質管理アッセイのためのいくつかの例を説明すると、血液中の異なるMV亜集団を区別するために使用することができるマーカーが提示されます。
最後の年ではin vitro試験での多くは、細胞外小胞(電気自動車)の間コミュニケーションにおいて重要な役割を果たしていることを実証しました。生きている細胞は常にサイズ、コンテンツおよび生合成において異なる小胞を流しました。最も研究電気自動車は、それらが多胞体内腔内小胞として保存されているエンドソームシステムから発信エキソソームです。原形質膜と後者のヒューズたら、含まれる小胞は、エキソソームとしてリリースされている(EXOS、直径30から100 nmの1)。原形質膜2から直接出芽-最後の年でますます注目を集めているEVの第二の集団は、大きな微小胞(1000nmでのMV、直径100)です。
5、そして、彼らは隣のCに転送することができ、タンパク質の過多-小胞の両方のタイプは、 例えば、DNA、mRNA、またはmiRNAの3を脂質二重層に囲まれ、核酸を含有していますells。一般的に、小胞のタンパク質組成物は、起源の細胞の状態を反映しているが、いくつかのタンパク質は、選択的に標的と電気自動車1に濃縮されているように見えます。主要な研究関心は、新規バイオマーカーとしての電気自動車の使用を可能にするかもしれない特定のEVシグネチャを定義するために、異常と疾患細胞から電気自動車を特徴付けることです。特に、多くの場合、腫瘍自体は簡単にアクセスすることはできませんした癌で、血液中の腫瘍特異的な電気自動車をターゲットに液体生検は、治療応答のモニタリングを可能にするか、侵襲的処置6を必要とせずに、原発腫瘍を特徴付けるに役立つかもしれません。
確かに、電気自動車はすでに正常尿7、CSF 8、母乳9または血液10を含む様々な体液から単離されています。いくつかの研究は、異なるヒト疾患におけるEVの数と組成の変化を同定しました。例えば、敗血症患者にプロ凝固剤MVの数です大幅に健康な個体11と比較して増加しました。また、重度の脳マラリア患者において血中の総のMVの増加を観察することができ、血小板由来のMVの数は、コマの深さおよび血小板12と相関します。他の研究では、これが心血管イベント13,14のより高い確率と相関し、全身性エリテマトーデスまたは心不全患者で、後者の場合には内皮由来の小胞の上昇数を報告しています。
特に癌で、血液中の電気自動車は、現在、診断および予後値を有する新規バイオマーカーとして議論されています。このようなMUC1、EGFRまたはFAKなどの腫瘍関連タンパク質を発現するMVのレベルは、乳癌患者15,16の血液中で上昇しているように見えます。 EXOSために、最近の研究は、乳癌のための膵臓癌またはデル-1のためにそのようなグリピカン-1などの腫瘍特異的抗原を担持する血液由来EXOS早期疾患脱可能にすることもを示しました高い特異性と感度17,18とtection。さらに、血清由来の腫瘍EXOSは、治療予測19のためのそれらの使用を示唆しているKRASおよびp53のような突然変異の検出のために使用することができるDNAを含んでいてもよいです。最近の進歩は、特定のマイクロ流体チップを用いて、神経膠芽腫患者の血液中のEXOSの分析を示した治療20の監視を可能にします。まとめると、これらの知見は、小胞の疾患特異的亜集団の分析は、診断、予後だけでなく、治療の選択肢と成功についての貴重な情報を与えることを示唆しています。
しかし、血液からEXOSの単離および分析には時間がかかり、特殊な実験室装置を必要とし、したがって、まだ日常的な臨床診断のために適していません。対照的に、MVSははるかに高速に絶縁さと、それらのより大きなサイズにすることができ、容易に必要とすることなく、フローサイトメトリーによって分析することができる結合するそれらのラテックスビーズがEXOS 18のために必要であるように、21。したがって、ここでは、血液試料からのMVの標準化された単離およびフローサイトメトリーによるMV亜集団のその後の特徴付けのために使用することができるプロトコルを提示します。このプロトコルは、日常の臨床診断のためのMVを使用するために必要とされる大規模な患者群におけるさらなる研究とMVプロファイルの深さの特徴付けにできるようになります。
ヒト被験者を含む全ての実験は、地元の倫理委員会(承認なし。3/2/14)によって承認されています。患者の選択のためには、年齢、性別、現在の治療レジメンと、より多くのようないくつかの要因が、血液中のMVの組成に影響を与えることができ、したがって、前のサンプル収集22,23に考慮されるべきであることに留意すべきです。
血漿サンプルの調製
MVの2の単離
フローサイトメトリーによるMVの3キャラクタリゼーション
ウェスタンブロッティングによるMVの4キャラクタリゼーション
記載プロトコルに従って単離することができるMVの収量を定量化するために、我々は10人のドナーの血液サンプルから単離されたMVの量を計算しました。ローリー法で評価したMVの収率は、mLの血液あたり19.2μgのMVを( 表1)の平均値と10の最大30μgの範囲でした。ナノ粒子追跡分析(NTA)によって決定される粒子濃度は、1.66×10 9からmLの血漿サンプルあたり5.9×10 9粒子( 表2)の平均値で2.36×10 10でした。透過型電子顕微鏡によるMVのさらなる特徴は、脂質二重層に囲まれた、任意の細胞小器官( 図1A)を含んでいなかった直径> 100nm以下と小胞の集団を明らかにしました。 NTAは、単離されたMVのサイズは100から最大600 nmの( 図1B)を範囲であり、平均MVサイズは201であることを確認しましたnmの( 図1C)。ウェスタンブロッティングによる典型的なMVとエキソマーカーの染色はEXOSがチューブリン陰性であったとCD9およびCD81( 図2)に富むながら孤立したMVは、チューブリンのために陽性であったとだけCD9とCD81のわずかな発現を示したことを実証しました。
フローサイトメトリー( 図3A)によって単離されたMVの分析は、通常、細胞培養上清から単離されたMVのために使用したのと同じパラメータを使用してゲート制御することができる定義されたベシクル集団を明らかにし、それは、PBSの測定により得られたバックグラウンドシグナルとは明らかに異なっていました+ 1%のMV( 図3B)を添加せずにFCSの小胞が枯渇します。血液中に存在する異なるMV集団を分析するために、のMVは、 例えば 、CD62P血小板由来のMVのために、CD45白血球由来のMVは、CD235a、異なる血液細胞集団について確立マーカーで染色しました内皮細胞由来のMVのための赤血球由来のMVとCD62E( 図4)。この特徴付けは、MVの大部分は、全ての試料中の血小板によって流されるように見えた一方で、MV亜集団の割合は、調査したドナーの血液サンプル間で異なりことが示されました。
図1:末梢血から分離したMVのサイズ分布。 、単離されたMVは、透過型電子顕微鏡により可視化しました。 B、小胞のサイズ分布を示すMVの代表的なナノ粒子追跡分析(NTA)。 Cは、10の独立した調製物からの平均MVサイズはNTA(平均)で測定しました。 アルをご覧になるにはこちらをクリックしてください。この図のargerバージョン。
図2: ウェスタンブロッティングによって単離されたMVのキャラクタリゼーション。 2人のドナーから単離されたMVおよびEXOSの示差タンパク質発現をウエスタンブロッティングにより可視化しました。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3: フローサイトメトリーによるMVの分析。 、のMVは、まずそれぞれのMV集団に対してゲートにsidescatter(SSC)プロット対前方(FSC)で可視化されています。その後、これらのMVは、目的の抗原によるために特徴付けられています抗原に対する蛍光標識抗体を用いました。 B、2人のドナーの血漿から単離さMVのためのSSCプロット対典型的なFSC。比較として、唯一のPBS + 1%ベシクル枯渇のMVなしFCSを用いた細胞培養上清、ならびに陰性対照から単離されたA549肺癌細胞由来の腫瘍細胞由来のMVのための典型的なプロットが右側に示されています。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4: フローサイトメトリーにより単離されたMVのキャラクタリゼーション。 3人のドナーからのMVは、フローサイトメトリーによって確立された血液細胞マーカー(赤)の発現について特徴付けました。それぞれのアイソタイプコントロールはグレーで表示されます。http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55057/55057fig4large.jpg "ターゲット=" _空白"> この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
サンプル | MV / mLの血[μgの] |
#1 | 29.4 |
#2 | 10.3 |
#3 | 15.2 |
#4 | 31.1 |
#5 | 18.8 |
#6 | 22.7 |
#7 | 19.1 |
#8 | 18.7 |
#9 | 15.0 |
#10 | 11.9 |
表1:末梢血サンプルからのMVタンパク質収量。 10ドナーから採取したmLの末梢血あたりのMVの量も示されています。 MV収率はローリーアッセイにより定量しました。
サンプル | MV / mLの血漿[粒子数] |
#1 | 6.42E + 09 |
#2 | 2.36E + 10 |
#3 | 1.88E + 09 |
#4 | 6.51E + 09 |
#5 | 3.48E + 09 |
#6 | 4.57E + 09 |
#7 | 2.09E + 09 |
#8 | 1.66E + 09 |
#9 | 2.54E + 09 |
#10 | 6.20E + 09 |
表2:末梢血サンプルからMV粒子収率。 MVの栄はナノ粒子追跡分析によって決定した10人のドナーと粒子数の血漿サンプルから単離しました。 3つの独立した測定値の平均値が示されています。
血液中の電気自動車に関する最近の研究は、EV組成とカウントは、いくつかの疾患の原因の間に変化することを明らかにしました。したがって、これらの電気自動車の分析およびさらなる特徴は、さらに、診断および予後のための疾患バイオマーカーとしてのそれらの潜在的使用を評価するために、または治療応答を評価するために、高い関心が持たれています。私たちがここで紹介するプロトコルは、任意の細胞小器官を含まない最大600ナノメートルの直径を有する小胞の単離を可能にします。これらの観察は、MVの現在の定義に沿ったものであり、アポトーシス体2の存在を除外します。ウェスタンブロッティングを使用して、私たちはしばしばエキソマーカーとして使用されているテトラスパニンCD9とCD81はわずかしか発現していた一方で、単離されたMVは、チューブリンの高い発現を示すことを実証することができました。これは、MVSがEXOSとは異なり、最近の綿密な特性評価およびプロテオミクス25の両方によってEV集団の比較に適合することを確認します。
血液サンプルの取得時に内容が ">は、MVの劣化を防止するために、静脈穿刺、できるだけ短い血漿調製物の間の時間を維持することが重要である。また、血液試料の長期保存を向上MVを引き起こす血液細胞の活性化につながる可能性が脱落し、最終的にアポトーシス体の放出をもたらす。MVの単離のためのもう一つの重要な考慮事項は、血漿タンパク質または小さいEXOSとMV製剤の汚染を防止するためであるアポトーシス。したがって、スピンダウンした後、可能な限り上清をできるだけ多く除去することが重要です高速超遠心分離によって調製中に凝集体を形成する傾向が14,000 X gでのMV。ペレットは、通常、可視及びしっかりチューブの壁に取り付けられているので、上清を容易にピペットチップを用いて除去することができる。EXOSとは対照的にと頻繁に再懸濁するのは難しいです、この問題は、MVSでは発生しません。我々の研究は、それがpossiであることを示していますフローサイトメトリーによる血中に存在するMVの亜集団を特徴づけることがBLE。ほとんどのフローサイトメーターの検出限界は約200であるが - は300nm、のMVを再現明らかに背景信号からそれらの区別を可能にした同じ分析のパラメータおよびゲートを有するドナーならびに細胞培養サンプルで測定しました。 PBSは、フローサイトメトリー( 図3)の間に高いバックグラウンドを引き起こす可能性のある汚染粒子が含まれていない分析に使用し、測定する前に確認することが重要です。いくつかの小さい方のMVは、フローサイトメトリー法で捕獲されていないかもしれないが、我々はすべての主要な血液細胞集団( 例えば 、血小板、赤血球、白血球、内皮細胞)からのMVを検出しました。 29 -我々の分析では、以前のMV 26日に発見されている別の血液細胞のための標準的なマーカーを使用していました。なお、Tフローサイトメトリーによって、可能な限り最高の結果を得るためにすべての抗体の彼量と濃度は、目的の抗原を発現するMVサンプルに滴定する必要があります。血液中の特定のMV亜集団は、高い特異性で特定されなければならない場合、それぞれのMV上に存在する二つの異なる抗原に対する二重染色を行い、わずか23を分析し 、後続のすべての二重陽性のMVを考慮することが可能です。現在、健康な個体23,30の血液中のMV亜集団の標準範囲を定義するための努力があります。これらの研究は、すでに血小板由来のMVは、私たちの観察と対応している血液中のMVの最大の人口を構成していることが示されています。
MVサンプルを特徴付けるためにフローサイトメトリーの一つの利点は、この方法は、すでによく日常臨床診断におけるバイオマーカーとしてのMVの可能な使用を可能にする最も臨床センターにおける診断目的のために確立されることです。主にフォーカスを持っている血液中の電気自動車に関するこれまでの研究小さいEXOSに編、選択的に目的のエキソの標的集団31,32を分析したり、分析前18にビーズをラテックスにEXOSのカップリングと時間がかかる(2日)分離工程を必要とするように、特定の並べ替え手順のいずれかに依存しています。我々自身の未発表の観察は、全血液製剤からのMVのフローサイトメトリー分析はさらに、そのような選択プロセスなしに、腫瘍由来のMVのようなMVの検出を可能にすることを示唆しています。
ここで紹介するプロトコルは、標準的な実験室の機器との末梢血液サンプルからMVの高速分離を可能にし、それらのその後の特徴付けは、フローサイトメトリーおよびウェスタンブロッティング使用して、一緒になって。全体のプロセスは、疾患のバイオマーカーとしてのMVの可能性を評価するために必要とされる患者の血液中のMVプロファイルに関する今後の研究を促進するであろう約2時間で行うことができます。
The authors have nothing to disclose.
The authors acknowledge Meike Schaffrinski for excellent technical assistance. We would like to thank the following people for their help in the collection of peripheral blood samples (all from University Medical Center Göttingen): Henrietta Vida (Dept. of Transfusion Medicine), Kia Homayounfar, Lena-Christin Conradi (Dept. of General, Visceral and Pediatric Surgery), Leila Siam, Bawarjan Schatlo (Dept. of Neurosurgery), Hendrik A. Wolff, Martin Canis (Dept. of Otorhinolaryngology, Head and Neck Surgery) as well as all employees of the interdisciplinary short-term oncology. We acknowledge Dirk Wenzel (Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen) for his help with the electron microscopy of MVs.
The study was funded by the German Ministry of Education and Research (BMBF) project MetastaSys (grant no. 0316173) as well as the German Cancer Aid (grant no. 109615).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
butterfly needle (21 gauge) | Hospira Deutschland GmbH | 490P29201 | |
Bovine serum albumin Fraction V | Roth | 8076.3 | For 10x TBS weigh 24.2 g Tris base and 80 g NaCl, ad 1 L H2O and adjust pH to 7.6 |
For 1x TBS-T mix 100 mL 10x TBS with 900 mL H2O and add 1 mL Tween-20 | |||
CD235a-PE | Beckman Coulter | A07792 | use 5 µl for staining |
CD45-FITC | Beckman Coulter | 7782 | use 5 µl for staining |
CD62E-PE | Biolegend | 336008 | use 0.8 µg for staining |
CD62P-PE | Biolegend | 304905 | use 0.1 µg for staining |
CD81 antibody | Biolegend | 349501 | 1:2,000 in 5% BSA in TBS-T; use non-reducing conditions for Western Blotting |
CD9 antibody | Immunotools | 21270091 | 1:1,000 in 5% BSA in TBS-T; use non-reducing conditions for Western Blotting |
Chemiluminescence imager ImageQuant LAS-4000 | Fujitsu Life Sciences | ||
DC protein assay kit II | Bio-Rad | 5000112 | |
ECL detection reagent | GE Healthcare | RPN2232 | |
EDTA vacutainers for blood collection | Sarstedt | 01.1605.001 | |
FACSCanto II | BD Biosciences | ||
fetal calf serum (FCS) | Invitrogen | 10091148 | heat-inactivated (30 min, 56 °C) |
filter 0.22 µm | Sarstedt | 83.1826.001 | |
HRP-coupled anti-mouse secondary antibody | santa cruz | sc-2005 | use 1:10,000 in 5% milk powder in TBS-T |
HRP-coupled anti-rabbit secondary antibody | santa cruz | sc-2004 | use 1:10,000 in 5% milk powder in TBS-T |
4x Laemmli loading buffer, Roti-Load 1 | Roth | K929.1 | |
microfuge SIGMA 1-15K | Sigma Laborzentrifugen | ||
milk powder (Blotting-Grade Blocker, nonfat dry milk) | BioRad | 170-6404 | |
multifuge 3 L-R | Heraeus | ||
NanoSight LM10 | NanoSight Ltd. | ||
PBS, w/o Ca and Mg | Pan biotech | P04-36500 | |
perfusor syringe 50 mL | Braun | 8728844F | |
Ponceau-S staining solution | PanReac AppliChem | A2935,0500 | |
rotor Sw32.1 Ti for ultracentrifugation (6 x 17 mL) | Beckman Coulter | ||
rotor TLA-120.2 for ultracentrifugation (10 x 1.5 mL) | Beckman Coulter | ||
tubes for flow cytometry (5 mL, round-bottom) | BD Biosciences | 352054 | |
tubes for ultracentrifugation (15 mL) | Beckman Coulter | 344061 | |
tubes for ultracentrifugation (11* 34 mm) | Beckman Coulter | 343778 | |
Tubulin antibody | Millipore | 05-829 | 1:5,000 in 5%BSA in TBST |
ultracentrifuge Optima L-80 XP | Beckman Coulter | ||
ultracentrifuge TL-100 | Beckman Coulter | ||
valve filter Seraplas V15 | Sarstedt | 53,428 |
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