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02-04 2021

外泌体中到底有没有DNA?

发布者:本网站 浏览次数:1623

      外泌体是由活细胞分泌的,具有磷脂双分子层结构的纳米级囊泡,直径约在30-150nm,它可以通过携带各种生物活性物质(蛋白质、脂质、核酸等)传递给受体细胞,从而改变受体细胞的生理功能或病理功能,因此,对外泌体中蛋白和核酸进行检测,将有助于疾病的早期诊断、治疗评价和预后分析。



    目前来看,研究人员似乎对外泌体的RNA(miRNA,lncRNA,circRNA)和蛋白质有严重的偏好,发表了大量的相关文章,其数据也被多个外泌体数据库收录,但外泌体中的DNA却很少有人研究,那么问题来了,外泌体中到底有没有DNA呢?



“ 外泌体中不含DNA ”


       2019年4月,美国范德堡大学医学中心的Robert J. Coffey课题组在CELL杂志(IF=36.216)发表了一篇文章“Reassessment of Exosome Composition”,作者对外泌体中的内容物做了重新评估,其中一个结论就是,小细胞外囊泡(sEVs)中不含有DNA。


        因为有文章报道dsDNA以dsDNA结合组蛋白的方式存在于肿瘤外泌体或者小囊泡中,但是,作者前期的蛋白组学结果证明了dsDNA相关的组蛋白存在于非囊泡性物质(NV)组分中,而不是在sEV中,这与之前的报道不符,所以作者进行了外泌体是否含有DNA的证明。





     作者采用密度梯度离心将小细胞外囊泡(sEVs)与非囊泡性物质(NV)分离。从纯化的sEV和NV中提取DNA进行检测,可以明显的看出dsDNA在NV馏分中富集,而sEV中无DNA富集(图B)
      为了确定细胞外dsDNA是否被保护,作者使用DNase I对样品进行预处理,然后进行密度梯度分馏(获得sEV和NV),再经DNA提取检测。结果与之前一样,sEV馏分中未检测到dsDNA,NV馏分中存在的dsDNA极易被DNase I消化(图C和B)
        DNA的完整性分析图(图D)可以看出,DNA只存在于非囊泡组分中,sEV中不含DNA(DNA在1000 - 10000 bp之间,峰值在6000 bp左右)。



所以可得出结论,DNA不存在于外泌体或小囊泡中。




“ 外泌体中含有DNA ”


      2019年12月,来自美国MD安德森癌症中心的研究人员在Science Advances(IF=12.804)杂志发表的文章却给了我们另一个答案,外泌体内存在基因组DNA(gDNA)和核蛋白,并且揭示了外泌体DNA的形成机制,及诊断卵巢癌的潜力。



     作者发现,外泌体含有基因组DNA和核蛋白,而且,基因组DNA(gDNA)主要在源自肿瘤细胞而不是健康细胞的外泌体。但是,gDNA主要位于于细胞核,外泌体的生成通常不会与细胞核的物质有联系。因此,作者怀疑外泌体中的DNA可能来自微核(micronuclei,MN)。
       MN是被核膜包围的细胞质结构,它是一种染色体错误分离的结果。MN的膜是不稳定的,在MN分解时,其内容物将暴露在细胞质中,这其中包括了gDNA。因此,作者猜想,MN分解后释放的gDNA将进入外泌体。
      卵巢癌细胞共聚焦成像显示,一些MN没有被核膜包裹,表明MN已经分解(图A和B)。有趣的是,作者观察到,作为MVBs标记物的四跨膜蛋白(CD9)会包围分解的MN 。




         为了阐明这个机制,作者假设分解的MN与外泌体生物合成的机制相互作用。
        透射电镜可以观察到分解的MN(图C,箭头),这与之前的实验一致,卵巢癌细胞中含有分解的MN。外泌体最初由早期内体的腔内囊泡形成,之后储存在MVB中,MVB再与质膜融合将外泌体释放到细胞外,透射电镜显示MVB位于MN和早期内体附近,可以直接与分解的MN相互作用(图D和E)。此外,共焦分析表明,完整的和分解的MN都可以与早期内体标记物EEA1共同作用(图F和D)这些结果表明,gDNA可能以依赖外泌体的方式分泌,在这种方式中,分解的MN可以与早期的核内体相互作用。




       进一步探索MN内容物加载到囊泡的分子机制,作者把注意力集中在了四跨膜蛋白,如CD63,因为它们参与了外泌体内容物装载。


      为了确定四跨膜蛋白是否将MN的内容物加载到早期内体,最终进入外泌体。作者敲低了卵巢癌细胞株的CD63蛋白,在证实CD63蛋白敲低(图G)后,作者用流式细胞术检测了Exos数量的变化。CD63敲低的细胞比对照细胞分泌更少的Exos(图H),这表明CD63可能在Exos装载核物质方面起着重要作用。
     为了进一步探讨CD63在Exo加载中的作用,作者进行了免疫沉淀(IP)实验。实验结果显示,从卵巢癌细胞裂解液中提取的CD63与DNA和组蛋白H2B有关(图I和J)。因此,CD63与gDNA和核蛋白以复合物的形式存在,并可能对外泌体的DNA加载起重要作用。


所以,得出结论,外泌体中可以含有DNA。