Mikropartiklid

Mikropartikliteks nimetatakse väikseid ekstratsellulaarseid organelle, mida rakk võib sekreteerida väliskeskkonda. Põhilised nendest on eksosoomid ja mikrovesiikulid. On olemas veel spetsiifilised apoptootilised vesiikulid ja sünaptilised vesiikulid. Apoptootilised tekivad raku apoptoosi ehk programmeeritud surma tagajärjel. Sünaptilised transportivad neuromediaatoreid keemilistes sünapsides. Hulkraksetes organismides peavad erinevad rakud omavahel kontakteeruma selleks, et organismi talitlus oleks kooskõlastatud. Selleks on mitu erinevat viisi. Klassikalised on mehaaniline kontakt rakkude vahel, sünaptiline signalisatsioon, endokriinne ja parakriinne signaalirada. Viimastel aastatel selgus, et mikropartiklitel on suur roll rakkudevahelises kommunikatsioonis. On oluline eristada omavahel eksosoome ja mikrovesiikuleid. Neil on erinevad tekkerajad ja markerid. Eksosoomid on väikesed lipiidse kaksikmembraaniga ümbritsetud vesiikulid. Eksosoomid olid avastatud 1983. aastal retikulotsüütide kultuuris. Retikulotsüüdid on erütrotsüütide eellased. Rakud sekreteerivad neid kahel viisil. Kas konstitutiivselt ehk reguleerimata konstantse eraldumise kaudu või reguleeritud raku aktivatsioonil mõne teise signaalmolekuli toimel. Eksosoomid on endosomaatilise päritoluga. See eristab neid teistest mikropartiklitest. Rakkudes paiknevad suured multivesikulaarsed kehakesed. Multivesikulaarse kehakese membraan sopistub sisse ja sinna voolab osa tsütosoolist. Pärast eraldub see väike vesiikul täielikult multivesikulaarse kehakese membraanist ja liigub kehakese sisse. Nii toimub kuni terve multivesikulaarne kehake on täis. Pärast võib ESKRT valk (endosoomi sorteeriv kompleks) suunata multivesikulaarse kehakese kas lüsosoomi, kus toimub proteiinide degradatsioon või plasmamembraani suunas. Kui multivesikulaarne kehake suunatakse lüsosoomi, siis seda nimetatakse degradatiivseks. Degradatiivse kehakese signaaliks on ubikvitiini lisamine. Ubikvitiiniga markeeritakse ka teisi valke, mida suunatakse lüsosoomi või proteosoomi. Eksotstsütootilised multivesikulaarsed kehakesed ühinevad plasmamembraaniga. Toimub membraanide fusioon ja eksosoomide eraldumine väliskeskkonda. Mikropartiklitest on ainult eksosoomid endosomaatilise päritoluga. Eksosoomide diameeter on 50–100 nm vahel. Eksoomide membraani koostises on spetsiifilised markerid, mis on seotud nende endosomaatilisese päritoluga. Nende hulka kuuluvad membraani transpordis ja fusioonis osalevad valgud: GTPaasid, anneksiinid, tetrasponniinid CD9, CD63, CD81 ja CD82. Markerite mitmekesisus on väga suur. Eksosoomid sisaldavad sageli mRNAd ja miRNAd. In vitro tingimustes sekreteerivad paljud rakutüübid söötmesse eksosoome. Vereliistakud, soole epiteeli rakud, adipotsüüdid ehk rasvakoe rakud, fibroblastid, paljud kasvajate rakuliinid. In vivo on neid leitud paljudes bioloogilistes vedelikes. Eriti palju eksosoome on veres. Ühes mikroliitris leidub kuni 3 000 000 eksosoomi. Organismis tsirkuleerivad eksosoomid osalevad rakkudevahelises kommunikatsioonis ja füsioloogilistes protsessides. Sõltuvalt koest või rakutüübist, kust eksosoom pärineb, erinevad ka nende funktsioonid. Nad on seotud selliste protsessidega nagu apoptoos, angiogenees, vere hüübimine. Eksosoomid, mis on leitud imetajate piimast, sisaldavad palju miRNAad. On näidatud, et need miRNAad osalevad vastsündinu immuunsuse arenemisel. Mikrovesiikulite tekkerada on täiesti erinev eksoomide tekkerajast. Mikrovesiikulid tekivad rakumembraani väljasopistuse tagajärjel. Rakumembraan koosneb fosfolipiidide kaksikkihist. Normaalsetes füsioloogilistes tingimustes on fosfolipiidide paiknemine membraanis asümmeetriline. Fosfaatidüülholiin ja sfingomüeliin paiknevad põhiliselt välimises kihis. Aminofosfolipiidid ja fosfatidüületanoolamiin kuuluvad põhiliselt sisemise kihi koosseisu. Sellise asümmeetria säilitamine on raku jaoks väga oluline. Seda tagavad spetsiaalsed ensüümid. Tuntuimad nendest on flipaasid, mis tagavad niinimetatud flip-flop liikumise ehk lipiidi molekuli translokatsiooni ühest kihist teise. Raku aktiveerumisel ja apoptoosi signaaliraja aktivatsioonil membraani füsioloogiline fosfolipiidide paiknemine muutub. Ca2+ ioonide mõjul toimub tsütoskeleti aktiini filamentide ümberkorraldamine rakumembraani juures. Neis kohtades rakumembraan ei ole enam seotud tsütoskeletiga. Membraan hakkab punguma ja selle sisse voolab tsütoplasma koos valkude, mRNA, miRNA-ga. Lõpuks toimub vesiikuli eraldumine rakupinnalt. Mikrovesiikulid on suuremad kui eksosoomid. Nende diameeter varieerub 0,1–1 µm vahel. Veres on väga palju trombotsütaarse päritoluga mikrovesiikuleid. Trombotsüütide mikrovesiikulite peamine marker on CD41 valk aga on ka teisi. Mikrovesiikulid, mis tsirkuleerivad veres, osalevad normaalsetes füsioloogilistes ja patoloogilistes protsessides. Mikrovesiikulite kaudu toimub rakkude aktivatsioon ja apoptoosi kaskaadi aktiveerimine. Sõltuvalt stiimulist võivad mikrovesiikulid sisaldada erinevaid signaalimolekule ja mRNAd. Trombotsüütidest eraldatud mikrovesiikulite erinevad alampopulatsioonid sisaldavad angiogeneetilisi ja antiangiogeneetilisi faktoreid. Nende kaudu reguleerivad trombotsüüdid veresoonte tekkimist sõltuvalt signaalist, mida nad keskkonnast saavad. Trombotsüütide mikrovesiikulid võivad osaleda ka trombi moodustamise protsessis. Tüvirakkude mikrovesiikulid sisaldavad mRNAd, mis osaleb sihtrakkude reprogrammeerimisel. On näidatud, et mikrovesiikulid võivad sisaldada ka miRNAd. miRNA on mittekodeeriv RNA tüüp, mis osaleb geenide ekspressiooni reguleerimisel posttranskriptsioonilisel tasemel. Mikrovesiikulid toimivad nagu info kandjad erinevate kudede vahel. Mikropartiklid soodustavad kasvaja arengut mitmel viisil. Kuna neil on oluline roll rakkudevahelises kommunikatsioonis, kasutavad kasvajarakud neid oma signaalide ülekandmises. Kasvajarakkude mikropartiklid sisaldavad angiogeneetilisi faktoreid, mis soodustavad uute veresoonte tekkimist kasvaja ümbruses. Uued veresooned omakorda soodustavad kasvaja arengut. Kasvajarakud vajavad palju toitaineid ja head varustamist hapnikuga, sest nad on füsioloogiliselt väga aktiivsed. Olulisim angiogeneetiline faktor on veresoonte endoteeli kasvufaktor VEGF, mis soodustab endoteeli rakkude paljunemist ja stimuleerib angiogeneesi. Hilisemates staadiumites kasutavad kasvajarakud neid veresooni ka migreerumiseks. Nii tekivad uued metastaasid. Mikropartiklite kaudu võib toimuda ka geneetilise informatsiooni vahetamine. Glioblastoomi rakud sekreteerivad eksosoome, mis sisaldavad mRNA-d. Neid eksosoome fagotsüteerivad endoteeli rakud ja neis toimub glioblastoomi mRNA ekspressioon. Endoteeli rakud, kus toimus glioblastoomi mRNA ekspressioon, osalevad kasvaja edasises metastaseerumises. Glioblastoom on väga agressiivne ajukasvaja, mis annab palju metastaase. Arendatakse meetodeid mille abil saaks onkoloogilisi haigusi paremini diagnoosida. Patsientidel munasarja kasvajaga isoleeriti eksosoome ja tuvastati spetsiifiline miRNA. Suresh Mathivanan, Hong Ji, Richard J. Simpson (2010) Exosomes: Extracellular organelles important in intercellular communication JOURNAL OF PROTEOMICS 73 (2010) 1907–1920 A.V. Vlassov, et al., Exosomes: Current knowledge of their composition, biological functions, and diagnostic and therapeutic potentials, Biochim. Biophys. Acta (2012), doi:10.1016/j.bbagen.2012.03.017 Olivier Morel & Nicolas Morel & Laurence Jesel & Jean-Marie Freyssinet & Florence Toti (2011) Microparticles: a critical component in the nexus between inflammation, immunity, and thrombosis Semin Immunopathol DOI 10.1007/s00281-010-0239-3 Jameel M. Inal, Ephraim A. Ansa-Addo, Dan Stratton, Sharad Kholia, Samuel S. Antwi-Baffour, Samireh Jorfi, Sigrun Lange (2012) Microvesicles in Health and Disease Arch. Immunol. Ther. Exp. DOI 10.1007/s00005-012-0165-2] Olivier Morel, Laurence Jesel, Jean-Marie Freyssinet and Florence Toti Cellular Mechanisms Underlying the Formation of Circulating Microparticles Arterioscler Thromb Vasc Biol 2011;31;15–26 DOI: 10.1161/ATVBAHA.109.200956 Silvia Montoro-Garcı´a , Eduard Shantsila, Francisco Marı´n, Andrew Blann, Gregory Y. H. Lip (2011) Circulating microparticles: new insights into the biochemical basis of microparticle release and activity Basic Res Cardiol DOI 10.1007/s00395-011-0198-4] Nieuwland R, Sturk A, Why do cells release vesicles? Thromb Res (2010), doi:10.1016/j.thromres.2010.01.037