Nos cellules communiquent constamment et les scientifiques ont développé un moyen efficace de découvrir les messages qu'elles envoient dans des valises biologiques remplies de protéines appelées exosomes.

Ces exosomes sphériques, qui résident dans la membrane interne d'une cellule mais finiront par se diriger vers une autre cellule, transportent de grosses molécules comme les protéines, un élément de base du corps et les moteurs de l'activité biologique, et l'ARN, qui produit des protéines.

"Il s'agit d'un processus continu", déclare le Dr Sang-Ho Kwon, biologiste cellulaire au Département de biologie cellulaire et d'anatomie du Medical College of Georgia de l'Université d'Augusta, et il est de plus en plus évident qu'il se produit à la fois dans les états de santé et maladie.

"Nous essayons de comprendre ce puzzle de ce que font les exosomes dans différents scénarios", explique Kwon. Il est l'auteur correspondant d'une étude dans le Journal of Extracellular Vesicles détaillant une technique de marquage que lui et son équipe de recherche ont développée pour analyser le contenu des exosomes de n'importe quel type de cellule spécifique afin de mieux comprendre leur rôle dans le bien-être et la maladie.

"Leur contenu peut nous aider à dire ce que nos cellules se disent", explique Kwon, et fournit probablement des indices précoces indiquant que nous tombons malades et nous aide à mieux comprendre comment nous tombons malades.

On pense que la cargaison est chargée au début de la formation des exosomes par leurs endosomes précurseurs, près de la membrane cellulaire, qui fonctionnent un peu comme remplir le camion postal au bureau de poste avant qu'il ne se mette en route. Les exosomes y resteront jusqu'à ce qu'ils soient libérés par la cellule pour se rendre dans d'autres cellules.

Kwon et son équipe voulaient attraper la cargaison au début du processus.

À l'heure actuelle, le principal moyen d'étudier le contenu des exosomes consiste d'abord à sortir les exosomes de leur contexte, à les isoler, un processus plutôt laborieux qui peut donner des résultats incohérents. En fait, il peut isoler un type différent de vésicules, essentiellement des compartiments biologiques de notre corps dont les exosomes ne sont qu'un type.

L'équipe MCG a développé une méthode plus efficace qui permet d'étudier uniquement le contenu des exosomes, et d'étudier là où ils se trouvent.

Leur système de marquage comprend une variante de l'APEX, ou ascorbate peroxydase, qui est fusionnée à une autre protéine connue pour rechercher les exosomes. "APEX est en quelque sorte le missile qui me fait pénétrer à l'intérieur", déclare Kwon. L'APEX a une forte affinité pour la biotine, une vitamine B, qui se fixe aux protéines voisines, comme celles que porte l'exosome en développement, les marque et aide ainsi à les identifier. La biotine peut également traverser la membrane cellulaire derrière laquelle se trouvent les exosomes. Une autre protéine, la streptavidine, qui se lie naturellement à la biotine, leur permet de purifier et d'identifier clairement la cargaison protéique ainsi que l'ARN qui produira les futures protéines, à l'aide d'analyses fournies par la spectrométrie de masse.

Kwon se concentre sur les lésions rénales, et ils ont utilisé leur système pour montrer que le stress oxydatif, un sous-produit de l'utilisation de l'oxygène, qui est excessif et destructeur dans les états pathologiques, modifie la teneur en cargaison des exosomes fabriqués par les cellules rénales et trouvés dans l'urine. . Par exemple, les niveaux d'expression de certaines protéines ont changé, et certaines protéines ont même disparu.

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. + Explorer plus loin

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