エクソソーム (小胞)
エクソソームの形成は、多胞体(MVB)または後期エンドソームが陥入して腔内膜小胞(ILV)が生成されるところから始まる。MVB、小胞の出芽、そして選別に関してはさまざまな機構が提唱されている。最もよく研究されておりよく知られているものは、ESCRT(endosomal sorting complex required for transport)依存的経路である。ESCRTは、タンパク質複合体ESCRT-0、I、II、IIIとそれに結合するATPアーゼであるVps4からなる、ユビキチン化を伴う経路である。ESCRT-0は、後期エンドソーム膜への詰め込みのための標識が付けられたユビキチン化タンパク質を認識し保持する。ESCRT-I/IIはESCRT-0を認識し、MVBが形成されるよう膜陥入を開始する。ESCRT-IIIはらせん状構造を形成し、陥入の付け根部分を狭窄する。ATPアーゼであるVps4タンパク質が膜の狭窄部の切断を駆動する。Syndecan-syntenin-ALIXエクソソーム生合成経路は、ESCRT非依存的または非典型的経路の1つである。
他の研究では、間葉系幹細胞から分泌されるエクソソーム中のmiRNAは主にpre-miRNAであり、成熟したmiRNAではないことが示唆されている。この研究の著者らは、こうしたエクソソーム中にRNA誘導サイレンシング複合体(RISC)関連タンパク質は見いだされなかったため、成熟miRNAではなくpre-miRNAのみが受容細胞において生物学的活性をもつ可能性があることを示唆している。エクソソームへのmiRNAの取り込みに関与する機構としては、miRNA配列中の特定のモチーフを介した取り込み、エクソソームに局在する長鎖ノンコーディングRNAとの相互作用、RNA結合タンパク質との相互作用、アルゴノートタンパク質の翻訳後修飾など、複数の機構が報告されている。
逆に、エクソソームの起源となる細胞が受けた分子シグナルによって、エクソソームの産生やその含有物が影響を受ける場合がある。低酸素にさらされた腫瘍細胞は血管新生能と転移能の高いエクソソームを分泌し、血管新生を促進することで低酸素微小環境に適応したり、より好ましい環境への転移を促進したりしていることが示唆される。
エクソソームのタンパク質組成は起源となった細胞や組織によって異なるが、大部分のエクソソームは進化的に保存された共通のタンパク質分子のセットを含んでいる。タンパク質のサイズや形状、詰め込みのパラメータを考慮すると、1つのエクソソームに含まれるタンパク質は約20,000分子と推定される。エクソソーム中にmRNAやmiRNAの積み荷が存在することは、スウェーデンのヨーテボリ大学の研究で初めて発見された。この研究では、細胞中とエクソソーム中のmRNA、miRNA含量の差異が記載され、エクソソーム中のmRNAの機能性についても記載された。また、エクソソームは二本鎖DNAを運搬することも示されている。
エクソソームは膜小胞輸送(英語版)を介してある細胞から他の細胞へ分子を輸送することができ、それによって樹状細胞やB細胞などの免疫系に影響を与え、病原体や腫瘍に対する獲得免疫応答の媒介に機能的な役割を果たしている可能性がある。そのため、細胞間シグナル伝達におけるエクソソームの役割について精力的な研究が行われており、エクソソームで運搬される積み荷RNA分子によってその生物学的影響が説明されるという仮説が立てられている。例えば、エクソソーム中のmRNAは受容細胞ののタンパク質産生に影響を与えることが示唆されている。
エクソソームは様々な積み荷(タンパク質、脂質、核酸など)を含んでいる。これらの積み荷は特異的に選別され、エクソソームへ詰め込まれる。エクソソームに詰め込まれる内容物は細胞種特異的で、細胞の状況によっても影響される。エクソソームのmiRNAとタンパク質は選別されてエクソソームへ詰め込まれたものである。Villarroya-Beltriらは、細胞質のmiRNAには存在しない、保存されたGGAGモチーフ(EXOモチーフ)を持つmiRNAがエクソソームに詰め込まれ、エクソソーム特異的な詰め込みのためにSUMO化されたhnRNP A2B1に結合することを同定した。タンパク質はESCRT、テトラスパニン、脂質に依存した機構によって詰め込まれる。細胞膜と比較して、エクソソームはコレステロール、スフィンゴミエリン、飽和したホスファチジルコリンやホスファチジルエタノールアミンに富む。