Ученые биологического факультета и Медицинского научно-образовательного института МГУ имени М. В. Ломоносова совместно с коллегами из НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина представили новую систему для анализа внеклеточных везикул — микроскопических липидных частиц, играющих ключевую роль в межклеточной коммуникации.
Внеклеточные везикулы (ВВ) — это секретируемые клетками наноразмерные пузырьки, окружённые липидной мембраной и переносящие сложный коктейль биомолекул: белков, липидов, фрагментов РНК и других сигнальных молекул. ВВ в большом количестве обнаруживаются в крови и других биологических жидкостях, а их молекулярный состав отражает сигнатуру «родительских» клеток. Благодаря этому они рассматриваются как перспективный источник биомаркеров для диагностики самых разных заболеваний — от воспалений до нейродегенеративных и онкологических процессов.
До недавнего времени считалось, что каждая внеклеточная везикула устроена просто: одна везикула — один липидный бислой, как у клетки. Однако появление криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) резко изменило наши представления о морфологии внеклеточных везикул. Метод крио-ЭМ позволяет замораживать биологические образцы в аморфном льду и рассматривать их структуру практически в нативном состоянии. Именно с помощью этого метода было показано, что среди внеклеточных везикул встречается множество неканонических структур: многослойные частицы, напоминающие вложенные друг в друга матрёшки или луковицы, а также комплексные «гнезда», где несколько везикул окружены общей мембраной.
Почему клетки производят такие сложные структуры, остаётся загадкой, неясно и их биологическое значение. Сегодня крио-ЭМ является практически единственным методом, который позволяет достоверно выявлять такие формы.
«Крио-ЭМ отлично справляется с этой задачей, а другие аналитические методы, которые используются для исследования везикул, практически не позволяют определить количество вложенных друг в друга липидных частиц», — рассказывает соавтор работы, ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ Дмитрий Багров.
В статье, посвященной этим проблемам, была представлена разработанная первая формализованная система количественного описания неканонических везикул. Она основана на двух ключевых параметрах: вложенность показывает, сколько везикул вложено друг в друга, как слои матрёшки; ветвистость демонтрирует, насколько сложна архитектура «гнезда» из вложенных и соседствующих везикул.
Для вычисления этих метрик учёные создали специальную программу Veronica, которая позволяет точно размечать контуры частиц на крио-ЭМ изображениях и автоматически рассчитывать морфологические показатели. Чтобы протестировать новый подход, авторы впервые исследовали внеклеточные везикулы, выделенные из желудочного сока здоровых доноров и пациентов с аденокарциномой желудка. Такая биологическая жидкость представляет особый интерес: везикулы желудочного происхождения отражают состояние эпителия желудка и могут служить основой для разработки новых методов ранней диагностики рака.
Используя Veronica, исследователи выявили в образцах как типичные везикулы, так и большое число вложенных и многослойных структур, а затем количественно описали их разнообразие с помощью новой системы метрик.
Работа открывает путь к стандартизированному описанию полиморфизма внеклеточных везикул — важного, но пока малоизученного феномена. Предложенные метрики и разработанная программа Veronica могут стать основой для дальнейших исследований роли сложных везикул в норме и при патологиях, а также помогут в поиске новых биомаркеров, особенно в области онкодиагностики.
Исследование проведено в рамках НОШ МГУ «Биология», в его результаты опубликованыв журнале «Вестник Московского государственного университета. Серия 16. Биология».
Внеклеточные везикулы (ВВ) — это секретируемые клетками наноразмерные пузырьки, окружённые липидной мембраной и переносящие сложный коктейль биомолекул: белков, липидов, фрагментов РНК и других сигнальных молекул. ВВ в большом количестве обнаруживаются в крови и других биологических жидкостях, а их молекулярный состав отражает сигнатуру «родительских» клеток. Благодаря этому они рассматриваются как перспективный источник биомаркеров для диагностики самых разных заболеваний — от воспалений до нейродегенеративных и онкологических процессов.
До недавнего времени считалось, что каждая внеклеточная везикула устроена просто: одна везикула — один липидный бислой, как у клетки. Однако появление криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ) резко изменило наши представления о морфологии внеклеточных везикул. Метод крио-ЭМ позволяет замораживать биологические образцы в аморфном льду и рассматривать их структуру практически в нативном состоянии. Именно с помощью этого метода было показано, что среди внеклеточных везикул встречается множество неканонических структур: многослойные частицы, напоминающие вложенные друг в друга матрёшки или луковицы, а также комплексные «гнезда», где несколько везикул окружены общей мембраной.
Почему клетки производят такие сложные структуры, остаётся загадкой, неясно и их биологическое значение. Сегодня крио-ЭМ является практически единственным методом, который позволяет достоверно выявлять такие формы.
«Крио-ЭМ отлично справляется с этой задачей, а другие аналитические методы, которые используются для исследования везикул, практически не позволяют определить количество вложенных друг в друга липидных частиц», — рассказывает соавтор работы, ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ Дмитрий Багров.
В статье, посвященной этим проблемам, была представлена разработанная первая формализованная система количественного описания неканонических везикул. Она основана на двух ключевых параметрах: вложенность показывает, сколько везикул вложено друг в друга, как слои матрёшки; ветвистость демонтрирует, насколько сложна архитектура «гнезда» из вложенных и соседствующих везикул.
Для вычисления этих метрик учёные создали специальную программу Veronica, которая позволяет точно размечать контуры частиц на крио-ЭМ изображениях и автоматически рассчитывать морфологические показатели. Чтобы протестировать новый подход, авторы впервые исследовали внеклеточные везикулы, выделенные из желудочного сока здоровых доноров и пациентов с аденокарциномой желудка. Такая биологическая жидкость представляет особый интерес: везикулы желудочного происхождения отражают состояние эпителия желудка и могут служить основой для разработки новых методов ранней диагностики рака.
Используя Veronica, исследователи выявили в образцах как типичные везикулы, так и большое число вложенных и многослойных структур, а затем количественно описали их разнообразие с помощью новой системы метрик.
Работа открывает путь к стандартизированному описанию полиморфизма внеклеточных везикул — важного, но пока малоизученного феномена. Предложенные метрики и разработанная программа Veronica могут стать основой для дальнейших исследований роли сложных везикул в норме и при патологиях, а также помогут в поиске новых биомаркеров, особенно в области онкодиагностики.
Исследование проведено в рамках НОШ МГУ «Биология», в его результаты опубликованыв журнале «Вестник Московского государственного университета. Серия 16. Биология».