Многочисленные пре-клинические исследования продемонстрировали, что мезенхимные стволовые клетки (MSCs) перспективны в качестве клеточной терапии для лечения ассоциированных с воспалением болезней [1-23]. Молекулярные механизмы, лежащие в основе терапевтических свойств MSCs' остаются недостаточно охарактеризованными. Большинство исследований сконцентрированы на происходящих из MSC канонических секреторных белках в качестве главных двигателей по созданию функциональных животных моделей [24-30]. Однако, в последнее время было продемонстрировано, что небольшие, секретируемые клетками пузырьки, наз. экзосомами, обеспечивают большую часть эффектов по заживлению тканей с помощью MSCs', при этом использование изолированных экзосом позволяет воспроизводить многие терапевтические эффекты, наблюдаемые при трансплантациях MSC [18,19,31-58].

Экзосомы представляют собой недавно охарактеризованные системы межклеточных коммуникаций, которые транспортируют многочисленные факторы, которые ране6е считались клеточно автономными: не-секретируемые белки, РНК, липиды и метаболиты [57,59-62]. В предыдущем сообщении рассматривалось РНК содержимое экзосом; , однако, содержание белков в экзосомах оказалось более значительным и требует своего изучения.

Большинство исследований секретома MSCs было осуществлено с использованием канонических условий культивирования клеток. Однако, микроокружение, возникающее после применения MSC в животных моделях и у пациентов сильно тличается, включая значительное уменьшение давления кислорода. Стандартные условия культивирования MSC используют атмосферное давление кислорода в 20.95%, тогда как разные тканевые компартменты в теле могут испытывать давление 1% до 5% O₂. Кроме того, MSCs обычно культивируются с использованием высоких уровней fetal bovine serum (FBS), которая содержит большие количества факторов, способствующих росту эмбрионов. Такие ассоциированные с эмбрионами паракринные и эндокринные сигнальные факторы присутствуют в значительно меньших концентрациях в большинстве взрослых тканей. Поэтому мы сфокусировались на понимании профиля секретома MSCs, подвергшихся временной экспозиции подобных in vivo систем культивирования, используя 1% O₂ и лишение сыворотки для создания более подходящих микроусловий.

Ранее мы продемонстрировали, что MSCs, подвергшиеся воздействию таких культуральных условий, увеличивали экспрессию гликолитических, трофических и митогенных белков, это также отражалось на протеоме экзосом, выделенных от подобных primed MSCs (pMEX) [31].

Однако, до сих пор неясно, упакованы ли белки в экзосомах или распределены стохастически. Предприняты попытки оценить, являются ли pMEX сильно обогащенными специфическими классами белков. С этой целью мы сравнивали протеомные профили pMSC и pMEX, это показало. что pMEX сильно обогащены специфическими субклассами белков, включая секреторные и белки, ассоциированные с внеклеточным матриксом (ECM). MSCs и происходящие из них экзосомы, как было установлено в преклинических исследованиях по лечению болезней ЦНС, увеличивают пластичность эффектов нервной ткани. Линия клеток SHSY6Y исторически используется для изучения нейронов in vitro, благодаря из способности дифференцироваться из предшественников в клеточные фенотипы, характерные для зрелых нейронов. Мы продемонстрировали, что pMEX с готовностью участвуют в возникновении таких нейробласт-подобных клеток (SHSY5Ys) при экспозиции 1 ч и вызывают пролиферацию этих клеток, как поаызывает биоинформационный анализ протеома pMEXs. Далее мы установили, что наиболее многочисленным белком, упакованным в pMEX является ECM-ассоциированный белок, fibronectin, который частично наделяет pMEXs митогенными свойствами клетки клона ЦНС .

Итак, растет интерес к происходящим из MSC экзосомам как способу выяснения механизмов действия MSCs' и как в потенциальной автономной монотерапии. Однако, мало известно о физиологии экзосом, происходящих из MSCs. Одним из неразрешенных вопросов является, какие факторы концентрируются в происходящих из MSC экзосомах и какие функциональные свойства они передают, когда их биогенез усиливается при физиологических состояниях [18,19,41-48,54,73-75]. Мы установили, что наиболее многочисленными белками, обнаруживаемыми в pMEXs, были белки внеклеточного происхождения. Мы также наблюдали многократное увеличение рецепторов и белков транспортеров в pMEXs по сравнению с MSC родительских линий, из которых они происходили. Эти данные показывают, что наиболее многочисленные белки экзосом являются внеклеточными и ассоциированными с плазматической мембраной, это может иметь важное значение для их функциональных свойств.

Мы установили, что pMEXs содержали многочисленные внеклеточные и ассоциированные с плазматической мембраной белки, предназначенные для индукции пролиферации. Мы функционально оценили митогенные свойства pMEX, используя клеточную линию с признаками нейронов (SHSY5Y), показано, что специфические белки, упакованные в экзосомах, предсказывают до некоторой степени их физиологические свойства. Интересно, что мы обнаружили более 400 белков, присутствующих исключительно в экзосомах, хотя отсутствие этих белков в MSCs может быть обусловлено маскирующими эффектами, обусловленными их более сложными клеточными лизатами. Однако, вполне возможно, что , по крайней мере, субнабор этих белков экспрессируется исключительно для секреции в экзосомы. Кстати, большинство публикаций о функциональных свойствах происходящих из MSC экзосом, базировались на изолированных внеклеточных пузырьках из канонической культуральной среды для MSC и обычном давлении кислорода. Остается возможность, что такие условия индуцируют каскады передачи сигналов клетками, которые вызывают различия в секретоме MSCs по сравнению с MSCs, культивируемыми в условиях более точно воспроизводящих эти переживаемые MSCs postadministration in vivo. Поэтому дальнейшие исследования потенциальных различий между экзосомами, изолированными при таких отличающихся условиях, могут быть информативными как в терминах их протеомной упаковки, так и их плейотропных функциональных свойств.

Итак, экзосомы упакованы белками не случайным образом, т.к. мы наблюдали значительное обогащение специфическими белками и классами белков по сравнению с их родительской клеточной линии. Необходимо выяснить механизмы, с помощью которых клетки регулируют упаковку белков в экзосомых.

Фибронектин оказался наиболее многочисленным белком, которые в основном и предопределяет митогенные свойства pMEX.