Solunulkoiset vesikkelit

Solunulkoiset vesikkelit (extracellular vesicles, EV), mukaan lukien eksosomit, mikrovesikkelit ja apoptoottiset kappaleet ovat solujen tuottamia kalvorakkuloita, joita on löydetty ja eristetty useista lähteistä, kuten veren plasmasta, virtsasta ja soluviljelmien kasvatusnesteestä. Solunulkoiset vesikkelit ovat pieniä ja vaihtelevat halkaisijaltaan kymmenistä nanometreistä aina muutamaan mikrometriin. Ne ovat siis suurempia kuin harvat lipoproteiinihiukkaset (LDL) mutta paljon pienempiä kuin esimerkiksi verihiutaleet ja punasolut. Solunulkoisia vesikkeleitä voi muodostua multivesikkelisten rakkuloiden (engl. multivesicular body) sulautuessa solukalvoon (eksosomit) tai kuroutumalla suoraan solukalvosta (mikrovesikkelit).

Solunulkoisilla vesikkeleillä on useita fysiologisesti tärkeitä tehtäviä muun muassa solujen välisessä signaloinnissa, immuunivasteen säätelyssä, veren hyytymisessä ja solujen jätehuollossa. Ne ovatkin kasvavan kiinnostuksen kohteena muun muassa kliinisten ja terapeuttisten sovellusten mahdollistajina. Solunulkoisten vesikkelien välittämä vuorovaikutus liittyy myös useiden sairauksien molekyylimekanismeihin. Solunulkoisia vesikkeleitä voidaankin tulevaisuudessa ehkä käyttää biomarkkereina terveyden ja sairauden tilan toteamiseen, taudin ennusteen tekemiseen ja terapiaan.

Taustaa

Solunulkoiset vesikkelit tunnistettiin ensimmäisen kerran veriplasmassa jo vuonna 1946 ja kuvattiin vuonna 1967 verihiutaleiden tuottamana ”hiutalepölynä”. Kesti kuitenkin kauan, että aluksi harvojen solujen ominaisuudeksi uskotuista vesikkeleistä paljastui solujen yleinen tapa välittää monimolekyylisiä viestejä toisille soluille. Vasta 2000-luvulla tutkimus on todella lähtenyt kasvuun, kun eksosomien osoitettiin kuljettavan nukleiinihappoja, jotka kykenivät tuottamaan proteiineja vastaanottajasolussa. Nykytiedon valossa käytännössä kaikki eukaryootti- ja prokaryoottisolut pystyvät tuottamaan EV:itä. EV:t koostuvat solukalvon kaltaisesta lipidikaksoiskalvosta, membraanista, jossa on lipidien lisäksi valkuaisaineita, proteiineja. Vesikkelin sisältö muistuttaa koostumukseltaan sen erittäneen solun solulimaa, mutta lisäksi vesikkeliin voidaan pakata valikoituja proteiineja, nukleiinihappoja, kuten DNA:ta ja RNA:ta, sekä erilaisia pienmolekyylejä, kuten metaboliitteja.^lähde?

EV:iden molekyylisisältö on hyvin monimuotoinen, ja solu voi tuottaa koostumukseltaan ja kooltaan erilaisia vesikkeleitä riippuen sen kasvuolosuhteista tai saamista molekyyliviesteistä. Tämä tekee EV:istä hyvin mielenkiintoisen mutta myös haastavan tutkimuskohteen.^lähde?

Terminologia

Koska tieteenala on monitieteinen, käytössä on ollut kymmeniä erilaisia tapoja nimetä näitä solunulkoisia vesikkeleitä, mukaan lukien eksosomit ja mikrovesikkelit, jotka eroavat toisistaan eritystavan perusteella. Nimityksiä on lisäksi runsaasti riippuen solulähteestä, -tyypistä tai muusta erityispiirteestä. Lisäksi yksi solu voi erittää erityyppisiä ja -kokoisia solunulkoisia vesikkeleitä. Sekavan nimeämiskäytänteen vuoksi kansainvälinen vesikkelitutkimusyhteisö (ISEV) on suositellut yleisnimitystä extracellular vesicle eli solunulkoinen vesikkeli.^lähde?

Tutkimus

Vesikkelitutkimus on erittäin aktiivista. EV:itä tutkitaan lukuisissa laboratoriossa ympäri maailman. Tutkimusaiheet vaihtelevat bakteerien EV:istä (outer membrane vesicles) eri sairauksien mekanismeihin osallistuviin EV:ihin. Myös kasvien ja ympäristön EV:t ovat lisääntyvän kiinnostuksen kohteena. Suomessa EV:itä tutkitaan useissa tutkimusryhmissä, eri yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa. Helsingin yliopistossa toimii solunulkoisiin vesikkeleihin erikoistunut tutkimuspalveluyksikkö.

EV-tutkimus on jakautunut edelleen selvittämään EV:iden koostumusta proteiinien, nukleiinihappojen tai aineenvaihduntatuotteiden osalta, toiminnallisuutta (funktio), vesikkelien syntymekanismeja ja spesifejä pakkausmekanismeja, vastaanottomekanismeja ja sairauteen liittyviä mekanismeja ja biomarkkereita. Lisäksi uusien eristys- ja analyysimenetelmien kehitystyö on vilkasta. Kiivaan tutkimusvauhdin ja kehittyvien eristys- ja analyysimenetelmien vuoksi tulokset päivittyvät nopeasti, mikä vaikeuttaa tutkimusten keskinäistä vertailua ja tutkimusalaan perehtymistä.^lähde?

Tutkimusmenetelmät

EV:iden pieni koko ja monimuotoinen koostumus antavat haasteita niiden eristämiselle ja analytiikalle. EV:iden eristämiseen käytetään erikoistunutta tutkimusvälineistöä. Usein käytetään erottelua korkeakierroksisen sentrifugin avulla joko putken pohjalle eroon liukoisesta materiaalista tai tarkemmin tiheysgradientissa. Tämä vaatii erikoislaitteistoja ja on aikaavievää. Lisäksi erilaisiin EV:iden fysikokemiallisiin ominaisuuksiin perustuvia lähestymistapoja on kehitetty esimerkiksi suodattamiseen ja saostamiseen, mutta nämä eivät yleisesti vielä tuota yhtä puhdasta materiaalia kuin sentrifugiperusteinen eristys, vaikka ovat huomattavasti nopeampia toteuttaa. Kromatografiset menetelmät perustuvat tällä hetkellä geelisuodatukseen ja molekyyli-interaktioihin. Eristysmenetelmän sopivuus riippuu EV:den käyttötarkoituksesta ja jatkoanalytiikasta.^lähde?

Koska nämä vesikkelit ovat pääasiassa näkyvän valon aallonpituutta pienempiä, niiden tutkiminen ei onnistu perinteisiä mikroskooppeja käyttäen, mutta niitä voidaan kuvantaa elektronimikroskopialla. EV:iden kvantitointiin ja karakterisointiin hyödynnetään muun muassa valon taittokykyyn ja lämpöliikkeeseen perustuvia menetelmiä, kuten virtaussytometriaa ja partikkelianalyysejä.^lähde?

Eksosomit ja solujen välinen viestintä

Tutkijat tutkivat aktiivisesti eksosomien mahdollista roolia solujen välisessä signaloinnissa ja olettavat, että koska eksosomit voivat fuusioitua lähdesolusta kaukana olevien solujen kanssa ja vapauttaa sisältönsä niistä kaukana oleviin soluihin, ne voivat vaikuttaa vastaanottavan solun prosesseihin. Esimerkiksi solusta toiseen siirtyvä RNA, jota kutsutaan "eksosomaaliseksi sukkula-RNA:ksi", voi mahdollisesti vaikuttaa vastaanottavan solun proteiinintuotantoon. Samuelson ja Vidal-Puig tarkastelivat vuonna 2018 eksosomien roolia solujen tai elinten välisessä viestinnässä ja aineenvaihdunnan säätelyssä. Siirtämällä molekyylejä solusta toiseen tiettyjen immuunijärjestelmän solujen, kuten dendriittisolujen ja B-solujen, eksosomilla voi olla toiminnallinen rooli patogeeneihin ja kasvaimiin kohdistuvien adaptiivisten immuunivasteiden välittäjänä.

Toisaalta eksosomien tuotantoon ja ylläpitoon voidaan vaikuttaa alkuperäisen solun saamilla molekyylisillä signaaleilla. Todisteena tästä hypoteesista on, että hypoksialle altistuneet kasvainsolut erittävät eksosomeja, joilla on lisääntynyt angiogeeninen ja metastaattinen potentiaali, mikä viittaa siihen, että kasvainsolut sopeutuvat hypoksiseen mikroympäristöön erittämällä eksosomeja angiogeneesin stimuloimiseksi tai helpottamaan metastaasien muodostumista suotuisampaan ympäristöön. Äskettäin on osoitettu, että eksosomaalisten proteiinien pitoisuus voi muuttua kroonisen lymfoleukemian etenemisen aikana.

Aiheesta muualla

Solunulkoisia vesikkeleitä on tutkittu paljon niiden proteiini- ja nukleiinihappokoostumuksen osalta. Tätä tietoa on löydettävissä useista tietokannoista, kuten Exocarta, EVpedia (Arkistoitu – Internet Archive) ja Vesiclepedia .