DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1330400
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38234582
تاريخ النشر: 2024-01-03
المؤلف: Jivin Yu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الحويصلات خارج الخلوية في الأمراض
نظرة عامة
الحويصلات خارج الخلوية (EVs) هي جزيئات محاطة بغشاء يتم إفرازها بواسطة أنواع مختلفة من الخلايا، وتحتوي على مجموعة واسعة من الجزيئات الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية والدهون والمواد الأيضية. تلعب دورًا مهمًا في التواصل بين الخلايا وقد حظيت باهتمام كبير لإمكاناتها كعلامات حيوية وعوامل علاجية في مختلف الأمراض. فهم نشوء الحويصلات خارج الخلوية أمر ضروري لتقدم التشخيصات المعتمدة على الحويصلات، حيث يمكن أن تعكس تركيبتها الحالة الفسيولوجية للخلايا الأصلية. علاوة على ذلك، عند امتصاصها بواسطة خلايا المستقبِل، يمكن أن تؤثر الحويصلات خارج الخلوية على التعبير الجيني ومسارات الإشارة والسلوك الخلوي العام، مما يبرز إمكاناتها العلاجية.
على الرغم من الأبحاث الواسعة، لا تزال الآليات التفصيلية لنشوء الحويصلات خارج الخلوية وامتصاصها بواسطة خلايا الهدف غير مفهومة بشكل كافٍ. تهدف هذه المراجعة إلى توحيد المعرفة الحالية والتقدم في هذه المجالات، مع التأكيد على أهمية توضيح العمليات الأساسية التي تحكم نشوء الحويصلات خارج الخلوية والتوصيل. من خلال القيام بذلك، تسعى إلى إظهار كيف يمكن أن توفر الرؤى الميكانيكية الأساسية معلومات لتطوير أدوات تشخيصية مبتكرة واستراتيجيات علاجية.
مقدمة
الحويصلات خارج الخلوية (EVs) هي هياكل بحجم النانو محاطة بطبقة دهنية، يتم إفرازها بواسطة أنواع مختلفة من الخلايا، وتلعب دورًا حاسمًا في التواصل بين الخلايا والوظائف الفسيولوجية من خلال نقل مركبات بيولوجية متنوعة. تحمي طبقتها الدهنية الشحنة من البيئات الخارجية القاسية، مما يجعلها مرشحة واعدة كعلامات حيوية وعوامل علاجية عبر العديد من الأمراض. تسلط الأدبيات الحديثة الضوء على التباين في تركيبة الحويصلات خارج الخلوية، والتي يمكن أن تختلف بشكل كبير بناءً على الحالة الفسيولوجية للخلايا الأصلية، بما في ذلك وجود بروتينات وأحماض نووية متنوعة مثل mRNA وlncRNA وmiRNA وDNA. يؤثر هذا التنوع في التركيب على عملية الامتصاص بواسطة خلايا المستقبِل، مما يؤثر بدوره على خصوصية الهدف.
في سياق السرطان، حظيت الحويصلات خارج الخلوية باهتمام بسبب ملفاتها الدهنية والبروتينية المميزة مقارنة بالخلايا الطبيعية، مع وجود أدلة تشير إلى أنها يمكن أن تنقل مواد مسرطنة وتساعد في غزو الورم وانتشاره. كما تلعب دورًا في تكوين الأوعية الدموية من خلال توصيل عوامل مؤيدة لتكوين الأوعية إلى الخلايا البطانية. نظرًا لوجودها في السوائل البيولوجية مثل الدم والبول، تحمل الحويصلات خارج الخلوية إمكانات كعلامات تشخيصية غير جراحية. علاوة على ذلك، فإن قدرتها على أن تُهندَس لتوصيل العوامل العلاجية المستهدفة تؤكد الحاجة إلى فهم شامل لآليات نشوء الحويصلات خارج الخلوية وامتصاصها. تهدف هذه المراجعة إلى تقديم رؤى حول هذه العمليات واستكشاف الأدوار الوظيفية لمُنظمي الحويصلات خارج الخلوية، باستخدام قواعد البيانات العامة لتقييم إمكاناتها كعلامات حيوية وعوامل علاجية.
نقاش
يوفر قسم النقاش في ورقة البحث تحليلًا متعمقًا للحويصلات خارج الخلوية (EVs)، مصنفة إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على نشوئها: الإكسوزومات، الإكتوزومات، والأجسام المبرمجة للموت. الإكسوزومات، التي تكون عادة أقل من 150 نانومتر في القطر، تتشكل من خلال انتفاخ داخلي لأغشية الإندوسوم، بينما الإكتوزومات، التي تتراوح من 100-1,000 نانومتر، تنشأ من انتفاخ خارجي للغشاء البلازمي. يتضمن نشوء هذه الحويصلات مسارات معقدة، بما في ذلك آليات تعتمد على ESCRT وأخرى مستقلة عن ESCRT، حيث تلعب التتراسبانينات دورًا حاسمًا في فرز الشحنة. الأجسام المبرمجة للموت، التي يتم إفرازها أثناء موت الخلايا المبرمج، تحتوي على حطام خلوي ويمكن أن تحفز استجابات مناعية، على الرغم من أن تصنيفها كحويصلات خارج الخلوية لا يزال محل جدل.
يستكشف القسم أيضًا آليات امتصاص الحويصلات خارج الخلوية بواسطة خلايا المستقبِل، مع تسليط الضوء على مسارات مختلفة مثل اندماج الغشاء، والابتلاع المعتمد على الكلاثرين، والبلع. لكل مسار عوامل تنظيمية مميزة، بما في ذلك GTPases الصغيرة ومكونات الهيكل الخلوي، التي تسهل إدخال الحويصلات خارج الخلوية وتأثيراتها البيولوجية اللاحقة على خلايا المستقبِل. كما يتم التأكيد على إمكانات الحويصلات خارج الخلوية كأدوات تشخيصية وعلاجية، خاصة في سياق السرطان والأمراض المزمنة. يمكن أن تعمل الحويصلات خارج الخلوية كعلامات حيوية لتشخيص الأمراض وتوقعها، وتقدم قدرتها على توصيل العوامل العلاجية طرقًا واعدة لاستراتيجيات العلاج المستهدفة. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة دور الحويصلات خارج الخلوية في تعديل بيئة الورم وتطبيقاتها في لقاحات السرطان، مما يبرز أهميتها في كل من التشخيص والعلاج.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmolb.2023.1330400
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38234582
Publication Date: 2024-01-03
Author(s): Jivin Yu et al.
Primary Topic: Extracellular vesicles in disease
Overview
Extracellular vesicles (EVs) are membrane-bound particles released by various cell types, encapsulating a wide array of biomolecules such as proteins, nucleic acids, lipids, and metabolites. They play a significant role in intercellular communication and have garnered attention for their potential as biomarkers and therapeutic agents in various diseases. Understanding the biogenesis of EVs is essential for advancing EV-based diagnostics, as their composition can reflect the physiological state of the originating cells. Furthermore, upon uptake by recipient cells, EVs can influence gene expression, signaling pathways, and overall cellular behavior, highlighting their therapeutic potential.
Despite extensive research, the detailed mechanisms of EV biogenesis and their uptake by target cells remain inadequately understood. This review aims to consolidate current knowledge and advancements in these areas, emphasizing the importance of elucidating the fundamental processes governing EV biogenesis and delivery. By doing so, it seeks to demonstrate how basic mechanistic insights can inform the development of innovative diagnostic tools and therapeutic strategies.
Introduction
Extracellular vesicles (EVs) are nano-sized, lipid bilayer-enclosed structures secreted by various cell types, playing a crucial role in cell-to-cell communication and physiological functions by transporting diverse biological compounds. Their lipid bilayer protects the cargo from harsh extracellular environments, making them promising candidates for biomarkers and therapeutic agents across numerous diseases. Recent literature highlights the variability in EV composition, which can differ significantly based on the physiological state of the originating cells, including the presence of various proteins and nucleic acids such as mRNA, lncRNA, miRNA, and DNA. This compositional diversity influences the uptake process by recipient cells, thereby affecting target specificity.
In the context of cancer, EVs have garnered attention for their distinct lipid and protein profiles compared to normal cells, with evidence suggesting that they can transfer oncogenic materials and facilitate tumor invasion and metastasis. They also play a role in angiogenesis by delivering pro-angiogenic factors to endothelial cells. Given their presence in biological fluids like blood and urine, EVs hold potential as non-invasive diagnostic markers. Furthermore, their ability to be engineered for targeted therapeutic delivery underscores the need for a comprehensive understanding of EV biogenesis and uptake mechanisms. This review aims to provide insights into these processes and explore the functional roles of EV regulators, utilizing public databases to assess their potential as biomarkers and therapeutic agents.
Discussion
The discussion section of the research paper provides an in-depth analysis of extracellular vesicles (EVs), categorizing them into three main types based on their biogenesis: exosomes, ectosomes, and apoptotic bodies. Exosomes, typically less than 150 nm in diameter, are formed through the inward budding of endosomal membranes, while ectosomes, ranging from 100-1,000 nm, arise from the outward budding of the plasma membrane. The biogenesis of these vesicles involves complex pathways, including ESCRT-dependent and ESCRT-independent mechanisms, with tetraspanins playing a crucial role in cargo sorting. Apoptotic bodies, released during programmed cell death, contain cellular debris and can elicit immune responses, although their classification as EVs remains debated.
The section further explores the mechanisms of EV uptake by recipient cells, highlighting various pathways such as membrane fusion, clathrin-dependent endocytosis, and phagocytosis. Each pathway has distinct regulatory factors, including small GTPases and cytoskeletal components, which facilitate the internalization of EVs and their subsequent biological effects on recipient cells. The potential of EVs as diagnostic and therapeutic tools is also emphasized, particularly in the context of cancer and chronic diseases. EVs can serve as biomarkers for disease diagnosis and prognosis, and their ability to deliver therapeutic agents offers promising avenues for targeted treatment strategies. Additionally, the role of EVs in modulating the tumor microenvironment and their application in cancer vaccines are discussed, underscoring their significance in both diagnostics and therapeutics.