Экзосомы: внеклеточные везикулы¶

Экзосомы — это небольшие внеклеточные везикулы диаметром примерно от 30 до 150 нанометров, которые выделяются большинством типов клеток в межклеточное пространство и биологические жидкости. Они образуются внутри клетки путём впячивания мембраны эндосом и относятся к классу внеклеточных везикул наряду с микровезикулами и апоптотическими тельцами. Экзосомы содержат белки, липиды, нуклеиновые кислоты (матричную РНК, микроРНК, фрагменты ДНК) и участвуют в межклеточной коммуникации, перенося биологическую информацию от клетки-отправителя к клетке-получателю.

¶История изучения

Первые наблюдения везикул, выделяемых клетками, относятся к 1960-м годам, когда при электронной микроскопии плазмы крови были обнаружены мелкие мембранные частицы. Термин «экзосомы» предложил в 1981 году американский биохимик Роуз Джонстон, изучавший созревание ретикулоцитов. Долгое время их считали лишь способом избавления клетки от ненужных молекул.

Перелом в понимании роли экзосом произошёл в 1996 году, когда группа шведского исследователя Гёрана Ханссона показала, что дендритные клетки выделяют экзосомы, несущие антигены и способные активировать Т-лимфоциты. В 2007 году коллектив под руководством Йохана Скуг продемонстрировал, что экзосомы переносят функциональную РНК между клетками. За исследования внеклеточных везикул и их роли в межклеточной коммуникации Ханссон был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине в 2013 году.

¶Механизм образования

Формирование экзосом проходит несколько этапов:

1. Инвагинация плазматической мембраны — образуется ранняя эндосома.
2. Созревание — ранняя эндосома превращается в позднюю, внутри которой путём повторного впячивания мембраны формируются интралюминальные везикулы.
3. Мультивезикулярное тело — накопление множества мелких везикул внутри эндосомы.
4. Слияние с плазматической мембраной — мультивезикулярное тело сливается с наружной мембраной, и везикулы высвобождаются во внеклеточное пространство.

Ключевую роль в сортировке груза играют белки семейства ESCRT, а также тетраспанины (CD9, CD63, CD81), которые часто используют как маркеры экзосом.

¶Состав и свойства

Экзосомы имеют липидный бислой, обогащённый холестерином, сфингомиелином и фосфатидилсерином. Их содержимое варьирует в зависимости от типа клетки и её состояния:

Благодаря липидной оболочке экзосомы устойчивы к ферментативному расщеплению и могут перемещаться по организму с кровью, лимфой и другими жидкостями.

¶Функции

Основная функция экзосом — межклеточная коммуникация. Они способны:

• передавать сигнальные молекулы и регулировать активность клеток-получателей;
• участвовать в иммунном ответе, представляя антигены;
• влиять на процессы роста, дифференцировки и апоптоза клеток;
• участвовать в ремоделировании тканей и ангиогенезе;
• удалять из клетки избыточные или повреждённые молекулы.

¶Роль в патологиях

Экзосомы вовлечены в развитие ряда заболеваний. При онкологических процессах опухолевые клетки выделяют экзосомы, которые способствуют росту новообразования, подготовке «преметастатических ниш» и подавлению иммунного ответа. При нейродегенеративных заболеваниях (болезнь Альцгеймера, Паркинсона) через экзосомы распространяются патологические формы белков. При вирусных инфекциях везикулы могут переносить вирусные компоненты и облегчать заражение соседних клеток.

¶Применение в медицине

Интерес к экзосомам связан с двумя направлениями:

• Диагностика. Поскольку состав экзосом отражает состояние клеток-источников, их рассматривают как источник биомаркеров для «жидкой биопсии» — неинвазивного анализа крови или мочи при онкологических, сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваниях.
• Терапия. Экзосомы изучают как природные системы доставки лекарств и как самостоятельные лечебные агенты. Ведутся разработки вакцин и препаратов на их основе, в том числе в России, где исследования внеклеточных везикул проводятся в институтах РАН и медицинских центрах.

¶Методы исследования

Для выделения и анализа экзосом применяют:

• ультрацентрифугирование — классический, но трудоёмкий метод;
• осаждение с помощью полимеров;
• иммуноаффинное выделение по поверхностным маркерам;
• проточную цитометрию;
• электронную микроскопию;
• секвенирование РНК для анализа груза.

Стандартизация методов остаётся одной из главных проблем области, поскольку разные способы выделения дают неодинаковые результаты.

¶Проблемы и перспективы

Ключевые сложности изучения экзосом — их малый размер, трудность отделения от других везикул и отсутствие единых стандартов. Несмотря на это, экзосомы считаются перспективным объектом для биологии, онкологии, неврологии и регенеративной медицины, а также потенциальной основой новых методов диагностики и терапии.

Источники: обзорные публикации по внеклеточным везикулам, материалы Нобелевского комитета, работы Г. Ханссона и Й. Скуга, российские научные обзоры по экзосомам.