Nossas células estão se comunicando constantemente, e os cientistas desenvolveram uma maneira eficiente de descobrir quais mensagens elas estão enviando em malas biológicas repletas de proteínas chamadas exossomos.
Esses exossomos esféricos, que residem na membrana interna de uma célula, mas eventualmente se dirigem para dentro de outra célula, transportam grandes moléculas como proteínas, um bloco de construção básico no corpo e impulsionadores da atividade biológica, e RNA, que produz proteínas.

"Este é um processo contínuo", diz o Dr. Sang-Ho Kwon, biólogo celular do Departamento de Biologia Celular e Anatomia da Faculdade de Medicina da Geórgia na Universidade Augusta, e há evidências crescentes de que isso ocorre tanto em estados de saúde quanto em doença.

"Estamos tentando descobrir esse quebra-cabeça do que os exossomos estão fazendo em diferentes cenários", diz Kwon. Ele é autor correspondente de um estudo no Journal of Extracellular Vesicles detalhando uma técnica de rotulagem que ele e sua equipe de pesquisa desenvolveram para analisar o conteúdo de exossomos de qualquer tipo de célula específico para entender melhor seu papel no bem-estar e na doença.

“Seu conteúdo pode nos ajudar a nos dizer o que nossas células estão dizendo umas às outras”, diz Kwon, e provavelmente fornece pistas iniciais de que estamos adoecendo e nos ajuda a entender melhor como adoecemos.

Acredita-se que a carga seja carregada no início da formação de exossomos por seus endossomos precursores, perto da membrana celular, que funcionam como encher o caminhão de correio nos correios antes de seguir sua rota. Os exossomos permanecerão lá até serem liberados pela célula para viajar para outras células.

Kwon e sua equipe queriam pegar a carga no início do processo.

No momento, a principal maneira de estudar o conteúdo de exossomos é primeiro tirar os exossomos do contexto, isolá-los, um processo bastante trabalhoso que pode gerar resultados inconsistentes. Na verdade, pode isolar um tipo diferente de vesícula, basicamente compartimentos biológicos em nosso corpo, dos quais os exossomos são apenas um tipo.

A equipa do MCG desenvolveu um método mais eficiente que permite estudar apenas o conteúdo dos exossomas, e estudar onde estão.

Seu sistema de rotulagem inclui uma variante de APEX, ou ascorbato peroxidase, que é fundida a outra proteína que é conhecida por procurar exossomos. "APEX é uma espécie de míssil que me leva para dentro", diz Kwon. O APEX tem uma alta afinidade pela biotina, uma vitamina B, que se liga a proteínas próximas, como as que o exossomo em desenvolvimento carrega, as rotula e assim ajuda a identificá-las. A biotina também pode passar através da membrana celular atrás dos exossomos. Mais uma proteína, a estreptavidina, que se liga naturalmente à biotina, permite purificar e identificar claramente a carga proteica e o RNA que produzirá as proteínas futuras, com o auxílio de análises fornecidas por espectrometria de massa.

O foco de Kwon é a lesão renal, e eles usaram seu sistema para mostrar que o estresse oxidativo, um subproduto do uso de oxigênio, que é excessivo e destrutivo em estados de doença, altera o conteúdo de carga dos exossomos feitos pelas células renais e encontrados na urina . Por exemplo, os níveis de expressão de algumas proteínas mudaram e algumas proteínas até desapareceram.

Their technique should ease development of databases of the usual content of a variety of different cell types that will enable comparative studies of what happens to their content in different disease states like the kidney injuries Kwon studies, or cancer.

"It turns out that by looking at the exosomes in the urine or blood, and by looking at what is inside, we can tell whether the cell is injured or a healthy cell," he says.

Their first use of the labeling system was in live kidney cells in culture. They now want to use it in an animal model of kidney disease.

The scientific team says the labeling system additionally can help trace how exosome content changes over time and potentially how cells are responding to treatment in the case of disease.

Exosomes are known to play a key role in cell communication, both between cells of the same type and with other types. Again, there is increasing evidence of the role exosomes play in disease, including sharing with other cells the news that they are sick and potentially even helping spread disease. "It's not just passing good news. it also passes bad news," Kwon says.

He notes their cargo no doubt varies in those diverse scenarios, an important reason to be able to detect what exosomes are carrying. Changes may ultimately serve as good way to monitor response to treatment, another aspect of exosome research that is "exploding," Kwon says. Scientists also are exploring the potential of using exosomes to actually deliver treatment, by filling these biological packages with medication that can be delivered directly to the desired location.

In fact, immune cells, which are pivotal in health and disease, also are releasing exosomes. These biological compartments also appear to play an important role in taking cellular debris and other trash out of the cells.

"It's an emerging field, right now," says Kwon. Proteins are the primary occupant because they can send signals, but they can also bind to other proteins and change their function, he says. RNA can do the same, and tiny microRNA can alter gene expression and consequently cell function.

Kwon's interest in exosomes was sealed when, as a postdoc at the University of California San Francisco, he grew kidney tubules, which return vital nutrients to the blood and eliminate undesirables in the urine, in a dish and found evidence that exosomes were playing a key role in the changing gene dynamics there.

He calls the focus on exosomes "reverse science," with most people looking at how the cell changes while he and a growing number of colleagues are looking at the packages the cell is sending out to understand what the cell is up to. While it may not seem like it to most people, he says it's actually a less complex way to approach cell activity because you are looking at a smaller package with far fewer proteins. + Explorar mais

Cells' 'exosomes' may improve the delivery of anticancer drugs to tumors