Klein, aber oho – Exosomen, neuartige interzelluläre Botenstoffe bei der Neurodegeneration, Teil 2

Differenzielle Ultrazentrifugation: Die Ultrazentrifugationsmethode gilt seit langem als „Goldstandard“ für die Exosomenisolierung [10,78] und ist die am häufigsten verwendete Methode. Johnston und Kollegen berichteten erstmals über Ultrazentrifugation zur Isolierung von Exosomen aus dem Kulturmedium von Retikulozyten [10].

Es scheint keinen direkten Zusammenhang zwischen differenzieller Ultrazentrifugation und Gedächtnis zu geben, es gibt jedoch einige indirekte Zusammenhänge zwischen ihnen.

Erstens kann die differenzielle Ultrazentrifugation uns helfen, einen gesunden Körper und ein gesundes Gehirn zu erhalten und dadurch unser Gedächtnis zu verbessern. Studien haben gezeigt, dass körperliche Betätigung die Verbindungen zwischen Neuronen im Gehirn fördern und die Gehirnfunktion, einschließlich des Gedächtnisses, verbessern kann. Als hochintensive Trainingsmethode kann die differenzielle Ultrazentrifugation die Herz-Kreislauf-Gesundheit, Muskelkraft und Ausdauer fördern, was wiederum unser Gedächtnis fördern kann.

Zweitens kann uns die differenzielle Ultrazentrifugation helfen, Stress abzubauen und die Stimmung zu verbessern, was sich auch positiv auf das Gedächtnis auswirkt. Wenn wir uns nervös, ängstlich oder gestresst fühlen, setzt unser Gehirn negative emotionale Chemikalien frei, die unser Gedächtnis und unsere kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigen können. Durch differenzielle Ultrazentrifugationsübungen können wir Stress im Körper abbauen und die Sekretion von Neurotransmittern im Gehirn fördern, wodurch wir unsere Stimmung und kognitiven Fähigkeiten verbessern.

Darüber hinaus kann uns die differenzielle Ultrazentrifugation dabei helfen, unser Selbstvertrauen und unsere Selbstwirksamkeit zu steigern, was sich auch in einer Verbesserung unseres Gedächtnisses widerspiegeln kann. Wenn wir uns selbstbewusst und erfolgreich fühlen, setzt unser Gehirn einige positive emotionale Chemikalien frei, die unsere kognitiven Fähigkeiten und unser Gedächtnis verbessern können. Durch Übungen wie die differenzielle Ultrazentrifugation können wir unser sportliches Niveau und unsere körperlichen Fähigkeiten verbessern, unser Selbstvertrauen und unsere Selbstwirksamkeit stärken und so das Gedächtnis effektiver verbessern.

Im Allgemeinen besteht kein direkter Zusammenhang zwischen differenziellem Ultrazentrifugationstraining und dem Gedächtnis, es gibt jedoch tatsächlich einige indirekte Zusammenhänge zwischen ihnen. Indem wir Sport treiben, Stress abbauen, die Stimmung verbessern und das Selbstvertrauen stärken, können wir unser Gedächtnis und unsere kognitiven Fähigkeiten verbessern und gleichzeitig Vorteile für die körperliche und geistige Gesundheit bringen. Daher ist die differenzielle Ultrazentrifugation eine positive Trainingsmethode, die unserer körperlichen und geistigen Gesundheit sowie unserem Gedächtnis weitere Vorteile bringen kann. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche antioxidative, entzündungshemmende und Anti-Aging-Wirkungen hat, die dazu beitragen können, oxidative und entzündliche Reaktionen im Gehirn zu reduzieren und so die Gesundheit des Gehirns zu schützen Nervensystem. Darüber hinaus kann Cistanche das Wachstum und die Reparatur von Nervenzellen fördern und dadurch die Konnektivität und Funktion neuronaler Netzwerke verbessern. Diese Effekte können dazu beitragen, das Gedächtnis, die Lernfähigkeit und die Denkgeschwindigkeit zu verbessern und können auch das Auftreten kognitiver Dysfunktionen und neurodegenerativer Erkrankungen verhindern.

Klicken Sie auf „Ergänzungen zur Verbesserung des Gedächtnisses kennen“.

Diese Technik basiert auf der Nutzung von Zentrifugalkräften, um Partikel nacheinander auf der Grundlage ihrer Größe und Dichte zu trennen. Größere und dichte Partikel erfordern geringe Zentrifugalkräfte, damit sie zuerst sedimentieren [44,84].

Abhängig von der Art der Probe entfernt die erste Zentrifugation mit niedriger Geschwindigkeit bei 300–2000× schwimmende Zellen, de, ad, und apoptotische Zellen. Eine Zentrifugation mit höherer Geschwindigkeit bei 10.000× entfernt große Vesikel und Zelltrümmer.

Exosomen werden durch Ultrazentrifugation bei 100,000× g pelletiert. Die Effizienz der Exosomenisolierung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der Beschleunigung (g), dem verwendeten Rotortyp und seinen Eigenschaften (k-Faktor, Rotationsradius) sowie der Endviskosität der Ausgangsprobe. Die Effizienz der Exosomensedimentation nimmt mit zunehmender Viskosität ab.

Daher erfordert die Isolierung von Exosomen aus Serum/Blut im Vergleich zur Exosomenisolierung aus Zellkulturmedium Zentrifugationsschritte mit höherer Geschwindigkeit und über einen längeren Zeitraum. Abhängig vom verwendeten Rotor können relativ große Probenvolumina verarbeitet werden. Die Ultrazentrifugation zur Exosomenisolierung erfordert nur minimale Reagenzien und Verbrauchsmaterialien und weist eine gute Reproduzierbarkeit auf, erfordert jedoch mehr Zeit und teure Ausrüstung.

Das Potenzial der Pelletierung von Proteinaggregaten und anderen nicht-exosomalen Partikeln hat zum Einsatz der Gradienten-Ultrazentrifugation geführt, die die Isolierung von Exosomen basierend auf ihrer Auftriebsdichte ermöglicht.

Saccharose, Iohex,ol und Iodixanol werden im Allgemeinen für die isopyknische Zentrifugation verwendet [85,86]. Diese Methode ist zeitaufwändig, erfordert die Verwendung eines kleinen Probenvolumens, da Drehröhrchen nicht überladen werden können, und liefert eine geringe Menge an reiner Exosomenpräparation.

Ultrafiltration: Diese Methode basiert auf der Verwendung hydrophiler poröser Membranen mit einer definierten Poren- oder Molekulargewichtsgrenzgröße, um Partikel einer bestimmten Größe oder Masse einzufangen. Proben wie Kulturmedium oder biologische Flüssigkeiten werden nacheinander durch Membranen mit abnehmender Porengröße gefiltert. Dies ermöglicht die Rückhaltung großer Partikel bei jedem Filtrationsschritt und das Retentat wird mit bestimmten Partikelgrößen angereichert.

Exosomen werden aus dem endgültigen Retentat durch Ultrazentrifugation gewonnen. Dieses Verfahren ist schnell und hat an Popularität gewonnen [69]. Die Ultrafiltration ist mit einigen Mängeln aufgrund von Membranverstopfung und dem Einfangen von Exosomen verbunden, was zu einer mäßigen Exosomenausbeute führt. Das schiereEine übermäßige Filtration kann Exosomen schädigen. Größenausschlusschromatographie: Das Prinzip dieser Methode basiert auf der Proteinreinigung durch Chromatographie.

Die Säulen sind mit porösen Polymerkügelchen oder Harz wie Sephacryl S-1000, Sepharose 2B und Sepharose CL-2B gefüllt [71,83–89]. Wenn die Probe auf die Säule geladen wird, durchquert sie das Harz. Größere Partikel wandern durch die Säule, da sie zu groß sind, um in das Harz einzudringen, und werden als erste eluiert (auch als Durchfluss bezeichnet).

Kleine Partikel, die in das poröse Harz gelangen, werden eluiert, indem Puffer durch die Säule geleitet wird. Diese Trennung basiert strikt auf der Größe oder Molekularmasse und somit auf der Reinigung von Subpopulationen von Exosomen. Ausschluss der GrößeChromatographie ist eine schnelle und reproduzierbare Methode, die die Integrität von Exosomen nicht beeinträchtigt. Die einzige Einschränkung bei dieser Methode besteht darin, dass ein kleiner Teil des hochdichten Lipoproteincholesterins und der Proteine ​​gemeinsam mit Exosomen eluiert [87].

Eine zusätzliche Reinigung durch Dichtegradientenzentrifugation ist erforderlich, um Proteinaggregate und Lipide zu entfernen und ein reines Exosomenpräparat zu erhalten. Immunaffinitätseinfang: Diese Methode basiert auf der Verwendung von Antikörpern gegen Oberflächenproteine ​​von Exosomen wie Tetraspaninproteinen [78,90,91]. Mit Streptavidin kovalent beschichtete Magnetkügelchen werden mit biotinylierten Antikörpern gegen Oberflächenproteine ​​von Exosomen, auch „Fängerantikörper“ genannt, inkubiert.

Magnetkügelchen-Fänger-Antikörper-Komplexe werden inkubiert, wobei die ungebundene Probe durch Magnetisieren der Kügelchen entfernt wird. Gewaschene Perlen werden direkt für die nachfolgende Anwendung verarbeitet, ohne Exosomen zu eluieren. Dies ist eine einfach anzuwendende Methode und ermöglicht die reine Vorbereitung von Subpopulationen von Exosomen. Diese Methode kann jedoch nicht routinemäßig verwendet werden, da Antikörper teuer sind und diese Methode Vorkenntnisse über Exosomenoberflächenproteine ​​erfordert und von der Verfügbarkeit von Antikörpern gegen diese abhängt.

Bei dieser Methode gibt es Schwierigkeiten bei der Elution intakter Exosomen. Sobald es jedoch etabliert ist, kann es für Anwendungen wie das Screening von Tumorexosomen im Plasma eingesetzt werden.

Neben Magnetkügelchen verwenden mehrere andere Plattformen wie hochporöse monolithische Siliziummikrochips, Kunststoffplatten, Zellulosefilter, Membranaffinitätsfilter, ein Agarose-Sorbens und Mikrofluidikgeräte eine affinitätsbasierte Exosomenreinigung. Mikrofluidikgerät: Die physiochemischen und biochemischen Eigenschaften von Exosomen werden dabei ausgenutzt nanoskalig.

Das Mikrofluidikgerät erfordert ein kleines Probenvolumen. Die Probe wird so geleitet, dass sie durch Kanäle in Mikrogröße fließt, und Exosomen werden mithilfe von Immunaffinitätsmethoden oder Einschluss durch poröse Strukturen [67], Größenfiltration, Nanowiretrapping, lateraler Verschiebung, akustischer Nanofiltration und neuerdings viskoelastischer Flusssortierung eingefangen [82].

Diese Geräte haben großes Interesse geweckt, die erforderlichen Reagenzien liegen in Mikrolitermengen vor, sind tragbar und der Prozess der Exosomenisolierung ist sehr schnell und effizient. Daher besteht das Potenzial, mikrofluidische Geräte für ein schnelles klinisches Screening und eine schnelle Diagnose zu entwickeln. Der einzige Nachteil dieser Methode ist die geringe Probenkapazität.

Durchflusszytometrie, asymmetrische Fluss-Feld-Fluss-Fraktionierung, Gradienten-Ultrazentrifugation und Polymerfällung sind einige weitere Methoden, die sich für die Exosomenreinigung etabliert haben [92–94].

Aus der Zusammenfassung aktueller Isolationsmethoden geht hervor, dass kein bestimmter Ansatz für alle Exosomen-Isolationsanforderungen geeignet ist.

Die Standardisierung der Methode zur Exosomenisolierung ist von entscheidender Bedeutung.

Die optimale Isolierungsmethode hängt von der Art der Probe, der Menge des anfänglichen Probenvolumens und der nachgeschalteten Anwendung ab. Eine ideale Isolationsmethode wäre vorzugsweise einfach und erfordert keine komplexe oder teure Ausrüstung. Im klinischen Umfeld muss die Exosomeisolation skalierbar, kostengünstig und schnell sein.

Exosomenreinigung aus dem Gehirn: Exosomen sind als klinische Diagnosemarker für Krankheiten und als prognostische Biomarker vielversprechend. Aktuelle Methoden zur Isolierung von Exosomen aus biologischen Flüssigkeiten wie Blut, Urin und Liquor sind zwar nicht ohne Herausforderungen, werden aber recht routinemäßig durchgeführt. Um das Potenzial von Exosomen jedoch voll auszuschöpfen, müssen Methoden zur Extraktion von Exosomen aus festem Gewebe entwickelt werdenBei neurodegenerativen Erkrankungen ist die primäre Pathologie häufig auf eine bestimmte Gehirnregion beschränkt, toxische Proteine ​​breiten sich jedoch anschließend auf andere Gehirnregionen aus. Die derzeitigen Mechanismen der Ausbreitung toxischer Proteine ​​auf andere Gehirnregionen sind noch nicht vollständig geklärt. Exosomen sind wahrscheinliche Kandidaten, da sie an der interzellulären Kommunikation beteiligt sind. Das Szenario, dass die exosomale Ladung in verschiedenen Gehirnregionen unterschiedlich ist, ist sehr wahrscheinlich.

Daher kann die Isolierung von Exosomen aus interessierenden Gehirnregionen möglicherweise sehr aufschlussreich sein. Einer der frühesten Berichte über die Isolierung von Exosomen aus Hirngewebe stammt von Perez Gonzalezlez und Kollegen [95]. Sie reinigten Exosomen unabhängig von frischem und gefrorenem Mäusehirn sowie gefrorenem menschlichem Gehirngewebe.

Die Isolierungsmethode umfasste eine anfängliche Behandlung des Gewebes mit Papain und anschließende Filtration, um Zellen und Zelltrümmer zu entfernen. Anschließend wurden die Homogenate einer Reihe von Zentrifugationen mit niedriger Geschwindigkeit und anschließend einer Reihe von Zentrifugationen mit hoher Geschwindigkeit unterzogen. Exosomen wurden durch Fraktionierung auf einem Saccharosegradienten weiter gereinigt. Unter Verwendung dieses Protokolls berichten die Autoren über die Isolierung intakter Exosomen aus Gehirnen [95].

Eine ähnliche Methode wurde von Vella und Kollegen verwendet, mit der Ausnahme, dass die Probe keiner Filtration unterzogen wurde [96]. Die von dieser Forschungsgruppe angewandte Methodik führte zur Isolierung von Exosomen, die alle Exosomen-Charakterisierungskriterien erfüllten, was ein wichtiges Werkzeug für Neurowissenschaftler darstellte. Eine andere Forschungsgruppe verfolgte einen interessanten und anderen Ansatz zur Exosomenisolierung.

Gallart-Palau und Kollegen argumentierten, dass Ultrazentrifugation „unerwünschte lösliche Proteine ​​und Aggregate“ zerkleinert, und homogenisierten frisches Mäusehirn und gefrorenen menschlichen Frontallappen in 0,1 M Ammoniumacetatpuffer, ergänzt mit Antiproteasen.

Gepoolte Überstände wurden mit vier Teilen gekühltem Aceton gemischt, um hydrophile Proteine ​​und ähnliche Gewebemakromoleküle auszufällen und hydrophobe Exosomen in Lösung zu lassen [97]. Unserer Meinung nach gibt es bei dieser Methode mehrere Nachteile. Erstens ist es unwahrscheinlich, dass Ammoniumacetat einen neutralen pH-Wert aufrechterhalten kann, da der pKa von Essigsäure bei etwa pH 4,75 und der pKa von Ammonium bei etwa pH 9,25 liegt.

Daher wird Gehirngewebe mithilfe eines Puffers mit instabilem pH-Wert homogenisiert, was sich auf die Ladung von Makromolekülen auswirken kann [98].

Zweitens kann Aceton, obwohl es hydrophile Proteine ​​und andere hydrophile Moleküle von Überständen trennen kann, die Phospholipiddoppelschicht verändern, da wir drittens die Fluidität der Plasmamembran erhöhen, was auf ein zufälliges Austreten von Exosomeninhalten hindeutet [99].

3. Rolle von Exosomen im Zentralnervensystem (ZNS)

Komplizierte Interaktionen zwischen Neuronen und Glia sind eine Voraussetzung für die normale Funktion des Nervensystems (Abbildung 4) [100]. Die Kommunikation im ZNS wurde als multimodal beschrieben und in Kabelübertragung (Einzelübertragung) und Volumenübertragung (zu vielen Übertragungen) kategorisiert [101].

Die kabelgebundene Übertragung umfasst die Neurotransmission über elektrische und chemische Synapsen, die die Übertragung kleiner Moleküle und Ionen über Gap Junctions umfasst. Die Volumenübertragung hingegen wird durch die parakrine Signalübertragung über den Interstitiellen Raum oder die Liquor cerebrospinalis erleichtert. In den letzten Jahren wurde jedoch deutlich, dass Exosomen zur interzellulären Kommunikation im ZNS beitragen [102].

Exosomen erfüllen ihre Rolle als Zell-Zell-Kommunikatoren, indem sie ihre Wirkung über verschiedene Mechanismen ausüben. Exosomen können Signaltransduktionskaskaden durch Aktivierung von Oberflächenrezeptoren oder durch die Abgabe ihrer Ladung an Nukleinsäuren, Proteinen, Lipiden und anderen kleinen Molekülen initiieren, was zu funktionellen Konsequenzen in Empfängerzellen führt.

Die Freisetzung und Aufnahme von Exosomen erfolgt bidirektional und ermöglicht so die Koordination biologischer Ereignisse. Exosomen werden von allen Zellen im ZNS freigesetzt, einschließlich Mikroglia, Oligodendrozyten, Astrozyten, Zellen und Neuronen [103. Die Freisetzung von Exosomen wird im Allgemeinen durch Neurotransmittersignale im Gehirn gesteuert.

Die Exposition gegenüber dem erregenden Neurotransmitter Glutamat stimuliert die Freisetzung von Exosomen durch reife kortikale und hippocampale Neuronen, die in vitro kultiviert werden. Umgekehrt kehren AMPA-Rezeptor- oder NMDA-Rezeptorantagonisten die exzitatorische Aktivität mit einer verringerten Exosomenproduktion um. Diese Daten legen nahe, dass die Exosomenfreisetzung durch erregende synaptische Aktivität moduliert wird.

Darüber hinaus wird die Freisetzung von Exosomen durch neuronale Depolarisation und Kalziumeinstrom nach der Behandlung mit dem Kalziumionophor Ionomycin erleichtert [49]. An Synapsen freigesetztes Adenosintriphosphat (ATP) fungiert als Cotransmitter und aktiviert gliale purinerge Rezeptoren.

ATP fördert die Exosomenfreisetzung durch Astrozyten und Mikrogliazellen. Der Zusammenhang zwischen der Freisetzung von Exosomen und der Freisetzung von Neurotransmittern legt nahe, dass diese biologischen Nanopartikel möglicherweise bevorzugt in Gehirnregionen mit hoher neuronaler Aktivität lokalisiert sind, möglicherweise aufgrund der größeren Nachfrage nach interzellulärer Kommunikation und Koordination der Zellaktivität in diesen Regionen. [100] Mehrere Übersichtsartikel zu diesem Thema liefernde detaillierte Beschreibung der Zell-Zellular-Kommunikation über Exosomen [52,53,104–108]. Tabelle 2 fasst kurz die Rolle der Exosomen bei der interzellulären Kommunikation im Gehirn zusammen. Im Folgenden beschreiben wir kurz die durch Exosomen vermittelte interzelluläre Kommunikation zwischen Gehirnzellen.

Abbildung 4. Exosomen-vermittelte interzelluläre Kommunikation zwischen Gehirnzellen. Exosomen aus einer Elternzelle können mehrere Zielzellen (oder Empfängerzellen) im Gehirn haben, um die Aufrechterhaltung der Homöostase sicherzustellen. (A) Die Freisetzung von Exosomen im ZNS erfolgt als Reaktion auf Neurotransmittersignale und wird daher durch elektrische Aktivität gesteuert.

Beispielsweise depolarisiert die Einwirkung von Kaliumchlorid Neuronen, die oft als elektrisch aktive Neuronen bezeichnet werden. Depolarisierte Neuronen setzen Glutamat frei, das an AMPA- und NMDA-Rezeptoren auf Oligodendrozyten bindet und diese stimuliert. Die Aktivierung von Glutamatrezeptoren erhöht den intrazellulären Kalziumspiegel in Oligodendrozyten. Ein Anstieg des intrazellulären Kalziums induziert die Freisetzung von Exosomen durch Oligodendrozyten [109].

Die ATP-vermittelte Stimulation des P2-Purinozeptor-Subtyps P2X7 stimuliert die Exosomenfreisetzung durch Mikroglia [110] und Astrozyten [111]. Serotonin stimuliert auch die Freisetzung von Xosomen durch Mikroglia [112]. (B) Neuronen regulieren bestimmte Funktionen von Neuronen, Astrozyten und Endothelzellen durch die Freisetzung von Wachstumshormonen aus Exosomen [113].

Insbesondere neuronale Exosomen eliminieren Synapsen und stimulieren die Phagozytose durch Mikrogliazellen [114]. Neuronale Exosomen, die als Reaktion auf die synaptische Aktivierung freigesetzt werden, steuern die Rolle der Expression von Glutamattransportern in Astrozyten, um den extrazellulären Glutamatspiegel zu regulieren [115]. (C) Von Astrozyten abgeleitete Exosomen modulieren die neuronale Funktion und üben eine neuroprotektive Rolle aus.

Astrozyten-Exosomen aktivieren Mikroglia und spielen eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von Oligodendrozyten. (D) Mikroglia-Exosomen modulieren die synaptische Funktion von Neuronen und kommunizieren mit Astrozyten, um eine Neuroinflammation auszulösen.

Mikroglia-Exosomen können sowohl neuroprotektive als auch neurodegenerative Rollen im Zusammenhang mit Mikroglia vermitteln. (E) Reife Oligodendrozyten-Exosomen fördern den axonalen Transport und tragen durch die Kommunikation über Mikroglia und Astrozyten zur Aufrechterhaltung einer sauberen Mikroumgebung bei. (F) Von Oligodendrozyten-Vorläuferzellen abgeleitete Dexosomen unterstützen die Neuroregeneration [116].

Mit freundlicher Genehmigung von Schnatz, A., Müller, C., Brahmer, A. und Krämer-Albers, E.-M. (2021), Extrazelluläre Vesikel in der Interaktion neuronaler Zellen und der ZNS-Homöostase. FASEB BioAdvances, 3: 577–592 [100]. doi:10.1096/fba.2021-00035; Copyright© 2022 Die Autoren.

FASEB BioAdvances, herausgegeben von der Federation of American Societies forExperimental Biology. Dieser Open-Access-Artikel steht unter den Bedingungen der http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/License (3. März 2022), die die Nutzung, Verbreitung und Vervielfältigung in jedem Medium erlaubt, sofern das Originalwerk ordnungsgemäß zitiert und nicht für kommerzielle Zwecke genutzt wird.

Von Neuronen abgeleitete Exosomen: Kultivierte Neuronen von Mäusen und Menschen sowie Neuralstammzellen setzen Exosomen frei [92,117,118].

Eine interessante Beobachtung machten Chivet und Kollegen bei der Untersuchung von Exosomen, die von Neuroblastomzellen freigesetzt wurden. Sie beobachteten eine zellspezifische Internalisierung von Exosomen.

Exosomen aus Neuroblastomzellen wurden von Astrozyten und Oligodendrozyten leicht endozytiert, jedoch in viel geringerem Maße von Neuronen des Hippocampus. Von Neuronen als Reaktion auf synaptische Aktivität freigesetzte Exosomen wurden hingegen nur von Neuronen aufgenommen, was auf eine hohe Spezifität der Exosomen-vermittelten Kommunikation zwischen Gehirnzellen schließen lässt [119].

Es wurde spekuliert, dass von Neuronen abgeleitete Exosomen an der synaptischen Plastizität beteiligt sind, indem sie veraltete Proteine ​​und RNA entfernen. Dies wird durch die Aktivierung der phagozytischen Funktion von Mikroglia erreicht [120]. Durch die durch Kalium induzierte Depolarisation kultivierter menschlicher Neuroblastomzellen werden Exosomen freigesetzt, die mit einer Reihe aktivitätsbezogener miRNAs und dem synaptischen Protein MAP1b angereichert sind.

Das MAP1b-Protein ist in Axon-Wachstumskegeln und dendritischen Spins reichlich vorhanden und wird mit synaptischer Plastizität in Verbindung gebracht [121]. Depolarisation stimuliert die Aufnahme soma-dendritischer Exosomen durch benachbarte Synapsen.

Internalisierte Exosomen erleichtern die synaptische Stärke, indem sie mRNAs, die für die synaptische Aktivität in der postsynaptischen Region relevant sind, schnell übersetzen [121]. Zusätzliche Unterstützung für die Rolle von Exosomen bei der Modulation der Neurotransmission liefern Studien mit primären embryonalen kortikalen Neuronen, die Exosomen freisetzen, die zwei microRNAs enthalten, Let-7c und miR-21.

Diese microRNAs sind Liganden für den Toll-like-Rezeptor 7 (Tlr7). Die Aktivierung des Toll-like-Rezeptors 7 spielt eine negative Rolle beim axonalen und dendritischen Wachstum. Die Inkubation von Neuronen mit Let-7c und miRhurtt wirkte sich auf das dendritische Wachstum in normalen Neuronen aus und dieser Effekt wurde in Neuronen von Tlr7(−/−)-Knockout-Mäusen ausgelöscht [122].

Es ist daher vernünftig anzunehmen, dass neuronale Exosomen die Neurotransmission modulieren können, indem sie das Neuritenwachstum während der Neuroentwicklung regulieren. Synaptogenese und Synapsenerhaltung werden auch durch Exosomen beeinflusst.

Das prolinreiche Transmembranprotein PRR7 wird von Neuronen aktivitätsabhängig über Exosomen freigesetzt. Die Internalisierung PRR7-haltiger Exosomen durch benachbarte Neuronen verringert deren Anzahl an erregenden Synapsen.

Die Reduzierung erregender Synapsen wird durch die Aktivierung von GSk3, die Stimulierung des proteasomalen Abbaus von PSD-Proteinen und die gleichzeitige Hemmung der exosomalen Sekretion von Wnts erreicht [123]. Exosomen spielen somit eine wichtige Rolle bei der Kommunikation zwischen Neuronen und Neuronen sowie zwischen Neuronen und Glia. Von Astrozyten abgeleitete Exosomen: Astrozyten stellen den am häufigsten vorkommenden Gliazelltyp im Gehirn dar.

Sie sind für die Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns von entscheidender Bedeutung und erfüllen lebenswichtige Funktionen wie neurotrophe Unterstützung, Modulation der synaptischen Aktivität und Plastizität [124,125].

Astrozytische Prozesse halten den Kontakt mit Blutkapillaren im Gehirn aufrecht und tragen zur Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke bei [126]. Zusätzlich zu diesen lebenswichtigen Aufgaben fungieren Astrozyten als immunkompetente Zellen im ZNS.

Je nach Kontext kann die Aktivität von Astrozyten Entzündungsreaktionen verschlimmern oder die Immunsuppression und Gewebereparatur fördern. An Stellen mit ZNS-Gewebeschäden bilden reaktive Astrozyten Narben, die effektiv als funktionelle Barrieren für Entzündungszellen dienen und so die ZNS-Entzündung kontrollieren [127]. Reaktive Astrozyten setzen neurotoxische Substanzen und entzündliche Moleküle wie Zytokine und Chemokine frei.

Einige dieser Funktionen von Astrozyten werden teilweise durch die Freisetzung von Exosomen erleichtert. Darüber hinaus bestätigen zunehmende Beweise die Annahme, dass die neuroprotektive Rolle von Astrozyten über Exosomen vermittelt wird. In vitro kultivierte Rattenastrozyten setzen Exosomen frei, die neuroprotektive und neurotrophe Faktoren enthalten.

Insbesondere wurden Astrozyten-Exosomen mit dem Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2 und dem vaskulären endothelialen Wachstumsfaktor angereichert [128]. Beide sind angiogene Moleküle und vermitteln Proliferation, axonale Regeneration, Neurogenese und synaptische Plastizität [129,130]. Stress führt zum Einbau des glykolytischen Enzyms Aldolase C in astrozytäre Exosomen [131].

Erhöhte AldolaseC-Spiegel induzieren nicht nur die Expression von miR-26a-5p in Astrozyten, sondern auch die Verpackung deutlich erhöhter miR-26a-5p-Spiegel in Exosomen. Die Internalisierung astrozytischer Exosomen mit erhöhten miR-26a-5p-Spiegeln reduzierte die MAP2- und GSk3-Proteinspiegel in Hippocampalneuronen, was zu einer verringerten dendritischen Komplexität führte [132].

Die Exposition primärer Kortikalisastrozytenkulturen von Ratten gegenüber entzündungsfördernden Zytokinen I, L1 und TNF führte zur Freisetzung von Exosomen, die mit miRNAs angereichert waren, die auf Proteine ​​abzielen, die an der Neurotropinsignalisierung beteiligt sind.

Insbesondere zielten miR-125a-5p und miR-16-5p auf NTKR3 und seinen nachgeschalteten Effektor Bcl2. Die Herunterregulierung von Bcl2 in Neuronen führte zu einer Verringerung des dendritischen Wachstums und der Komplexität [133]. Daher reagieren Astrozyten auf entzündliche Herausforderungen, indem sie die Expression von Proteinen modulieren, die an der synaptischen Stabilität und neuronalen Erregbarkeit beteiligt sind.

Eine Verringerung der neuronalen Aktivität kann sich positiv auf das neuronale Überleben nach einer Verletzung auswirken. Von Astrozyten als Reaktion auf die intrazerebrale Injektion von IL-1 imicese freigesetzte Exosomen gelangen in den peripheren Kreislauf und fördern die Rekrutierung peripherer Leukozyten. Somit deuten diese Daten darauf hin, dass Exosomen die Kommunikation zwischen ihnen und der Antheperipherie überbrücken [134].

Von Oligodendrozyten abgeleitete Exosomen: Die schnelle und zuverlässige Ausbreitung des Aktionspotentials entlang der Axone hängt von der Myelinisierung der Neuronen ab. Oligodendrozyten umhüllen mehrere Axone. Encanto erneuert Myelinscheiden dreimal in 2 Stunden pro Stunde135]. Myelin ist besonders reich an Lipiden, enthält jedoch mehrere Proteine, die für die Bildung von Myelin von entscheidender Bedeutung sind.

Zu den wichtigsten Myelinproteinen gehören Proteolipidprotein (PLP), Myelinbasisches Protein (MBP), Myelin-assoziiertes Glykoprotein (MAG) und 30-zyklisches Nukleotid30-Phosphodiesterase (CNP) [136]. Zwei Proteine, PLP und MBP, sind in der Myelinscheide verteilt und spielen eine entscheidende Rolle beim Verdichtungsprozess, der zu der eng aneinander liegenden mehrschichtigen Struktur des Myelins führt.

Zusätzlich zu ihrer wichtigen Funktion bei der Myelinproduktion bieten Oligodendrozyten den Axonen trophische Unterstützung und sind daher für die axonale Integrität unerlässlich [137]. Die Kommunikation zwischen Oligodendrozyten und Neuronen ist entscheidend, um diese wichtige Funktion zu erfüllen. Aktuelle Studien zeigen, dass Oligodendrozyten-Exosomen von Neuronen internalisiert werden, um eine trophische Unterstützung der Axone zu ermöglichen.

Ähnlich wie bei Neuronen ist die Freisetzung von Exosomen aus Oligodendrozyten aktivitätsabhängig. Der von aktiven Neuronen freigesetzte Neurotransmitter Glutamat stimuliert über NMDA- und AMPA-Rezeptoren einen Anstieg der intrazellulären Calcium-Inoligodendroglia.

Erhöhtes zytosolisches Ca2+ löst die Sekretion von CN-P- und PLP-angereicherten Exosomen durch Oligodendrozyten aus. Nach der Freisetzung werden Exosomen von Neuronen internalisiert, wodurch eine wechselseitige direkte Interaktion zwischen Oligodendrozyten und Neuronen entsteht [109,138].

In-vitro-Studien mit kultivierten Neuronen zeigten außerdem, dass von Oligodendrozyten freigesetzte Exosomen das neuronale Überleben unter Zellstressbedingungen erhöhen [109]. In einer Erweiterung dieser Studien zeigten Frühbeis und Kollegen, dass CNP- und PLP-defiziente Mäuse eine beeinträchtigte Exosomenfreisetzung aus Oligodendrozyten aufwiesen [139].

Wichtig ist, dass aus CNP-Mutantenmäusen oder PLP-Mutantenmäusen isolierte und kultivierte Oligodendrozyten eine Verringerung der Exosomenfreisetzung zeigten, wodurch die Kommunikation zwischen Oligodendrozyten und Neuronen beeinträchtigt wurde.

Mangelnde Kommunikation zwischen Oligodendrozyten und Neuronen über Exosomen führte zu einer axonalen Degeneration und einer verminderten Metabolitenunterstützung für Neuronen [139]. Diese Beobachtungen legen nahe, dass Oligodendrozyten-Exosomen wichtige Beiträge zur Aufrechterhaltung der neuronalen Homöostase leisten.

For more information:1950477648nn@gmail.com