Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54613 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Extracellular vesicles as carriers of cholesterol not associated with lipoproteins Внеклеточные везикулы как носители холестерина не связанного с липопротеинами Ланда С Б Landa S B sergey.landa@gmail.com Верлов Н А Verlolv N A Филатов М В Filatov M V Бурдаков В С Burdakov V S Эмануэль В Л Emmanuel V L Петербургский институт ядерной физики им Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский Институт»; ПСПБГМУ им И.П. Павлова ru Petersburg Nuclear Physics Institute Named by B.P. Konstantinov of NRC «Kurchatov Institute»; Pavlov First Saint Petersburg State Medical University ru Петербургский институт ядерной физики им Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский Институт» ru Petersburg Nuclear Physics Institute Named by B.P. Konstantinov of NRC «Kurchatov Institute» ru Петербургский институт ядерной физики им Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский Институт» ru Petersburg Nuclear Physics Institute Named by B.P. Konstantinov of NRC «Kurchatov Institute» ru Петербургский институт ядерной физики им Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский Институт» ru Petersburg Nuclear Physics Institute Named by B.P. Konstantinov of NRC «Kurchatov Institute» ru ПСПБГМУ им И.П. Павлова ru Pavlov First Saint Petersburg State Medical University ru 25 03 2021 25 03 2021 6 1 124 132 20 03 2021 20 03 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54613/view

Внеклеточные везикулы (ВВ) - Микрочастицы размером от десятка нанометров до микрона, обнаруживаются практически во всех биологических жидкостях. К микрочастицам относятся внеклеточные везикулы (ВВ) - частицы размером менее 120 нм, микровезикулы - частицы от 100 до 250 нм и апоптотические тела - частицы крупнее 200 нм. Значительный интерес представляют ВВ, включающие в себя экзосомы и экзомеры, поскольку являются биологическими маркерами состояния клеток, что может быть использовано для диагностики, выполняют регуляторные функции и могут участвовать в межклеточной сигнализации. Номенклатура экзосом остается недостаточно разработанной. Большинство исследователей пытаются классифицировать их, основываясь на способе образования, физико-химических характеристиках (размеру, плотности и т.п.) и наличию тетраспориновых маркеров CD9, CD63 и CD81. Хотя нами еще 2010 году с помощью метода динамического светорассеяния, было показано, что гистограмма распределения экзосом по размерам (PSD) бимодальна: ВВ делятся на две фракции, имеющие средние размеры порядка 25 и 90 нм, только в 2018 г. методом фракционирования в силовом поле ( asymmetric flow field-flow fractionation - a4f) было выявлено два подтипа экзосом, а также частицы, с размером менее 50 нм, которым дали название «экзомеры», отличаются от экзосом по белковому и липидному составу. Однако, до настоящего времени продолжаются споры продуцируются ли экзомеры клетками, или являются продуктом клеточной гибели. Данные изложенные в настоящей работе показывают, что экзомеры хотя и несут биомаркеры, характерные для ВВ, сильно отличаются от экзосом по липидному составу, особенно по содержанию холестерина. Продуцирование экзомеров клетками, как в культуре, так и in vitro , связано с синтезом холестерина в клетках и экспрессируется или супрессируется регуляторами синтеза мевалоната - промежуточного продукта метаболизма холестерина. Кроме того, в работе показано, что концентрация ВВ в организме коррелирует с концентрацией холестерина в плазме, но слабо коррелирует концентрацией холестерина в липопротеинах. Это свидетельствует, о том, что не весь холестерин в плазме связан с липопротеинами, как считалось до настоящего момента. Таким образом, экзомеры не являются продуктом клеточной гибели и играют существенную роль в транспорте холестерина в плазме крови.

Extracellular vesicles (EVs) are microparticles, ranging in size from tens of nanometers to microns, found in almost all biological fluids. Extracellular vesicles (EVs) include exosomes and exomeres (particles less than 120 nm in size), microvesicles (from 100 to 250 nm), and apoptotic bodies - particles larger than 200 nm. Exosomes and exomeres are of considerable interest since they are biological markers of the state of cells, which can be used for diagnostics, regulatory functions, and can be involved in intercellular signaling. The nomenclature of exosomes remains poorly developed. Most researchers try to classify them based on the mode of formation, physicochemical characteristics (size, density, etc.), and the presence of tetrasporin markers CD9, CD63, and CD81. It was shown in 2010 using the dynamic light scattering method that the histogram of the size distribution of exosomes (PSD) is bimodal: EVs are divided into two fractions with average sizes of about 25 and 90 nm. Despite this fact, only in 2018 by the method of fractionation in a force field ( asymmetric flow field-flow fractionation - a4f ) two subtypes of exosomes were identified, as well as particles which were called "exomeres", with a size less than 50 nm, differ from exosomes in protein and lipid composition. However, to date, the debate continues whether exomeres are produced by cells, or are the product of cell death. The data presented in this work show that although exomeres carry biomarkers characteristic of EVs, they differ from exosomes strongly in lipid composition, especially in cholesterol content. The production of exomeres by cells, both in culture and in vitro, is associated with the synthesis of cholesterol in cells and is expressed or suppressed by regulators of the synthesis of mevalonate, an intermediate product of cholesterol metabolism. In addition, the work shows that the concentration of explosives in the body correlates with the concentration of cholesterol in the plasma, but weakly correlates with the concentration of cholesterol in lipoproteins. This suggests that not all plasma cholesterol is associated with lipoproteins, as previously thought. Thus, exomeres are not a product of cell death and play an essential role in the transport of cholesterol in blood plasma.

 Внеклеточные везикулы экзосомы экзомеры тетраспорины холестерин липопротеины метод динамического светорассеяния Extracellular vesicles exosomes exomers tetrasporins cholesterol lipoproteins dynamic light scattering method Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и БРФФИ в рамках научного проекта № 20-54-00011.

Wolf P. The nature and significance of platelet products in human plasma. Br. J. Haematol, 1967, vol. 13, pp. 269-288. Wolf P. The nature and significance of platelet products in human plasma. Br. J. Haematol, 1967, vol. 13, pp. 269-288. Johnstone R.M., Adam M., Hammond J.R., Orr L., Turbide C. Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes). J. Biol. Chem. 1987, vol. 262, no. 19, pp. 9412-9420. Johnstone R.M., Adam M., Hammond J.R., Orr L., Turbide C. Vesicle formation during reticulocyte maturation. Association of plasma membrane activities with released vesicles (exosomes). J. Biol. Chem. 1987, vol. 262, no. 19, pp. 9412-9420. Cocucci E., Meldolesi J. Ectosomes and exosomes: shedding the confusion between extracellular vesicles. Trends Cell Biol., 2015, vol. 25, pp. 364-372. Cocucci E., Meldolesi J. Ectosomes and exosomes: shedding the confusion between extracellular vesicles. Trends Cell Biol., 2015, vol. 25, pp. 364-372. van der Pol E., Boing A.N., Harrison P., Sturk A., Nieuwland R. Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles. Pharmacol. Rev., 2012, vol. 64, no. 3, pp. 676-705. van der Pol E., Boing A.N., Harrison P., Sturk A., Nieuwland R. Classification, functions, and clinical relevance of extracellular vesicles. Pharmacol. Rev., 2012, vol. 64, no. 3, pp. 676-705. Doyle, L. Wang M. Overview of Extracellular Vesicles, Their Origin, Composition, Purpose, and Methods for Exosome Isolation and Analysis. Cells, 2019, vol. 8, p. 727. Doyle, L. Wang M. Overview of Extracellular Vesicles, Their Origin, Composition, Purpose, and Methods for Exosome Isolation and Analysis. Cells, 2019, vol. 8, p. 727. Gardiner, C. et al. Techniques used for the isolation and characterization of extracellular vesicles: results of a worldwide survey. J. Extracell. Vesicles, 2016, vol. 5, p. 32945. Gardiner, C. et al. Techniques used for the isolation and characterization of extracellular vesicles: results of a worldwide survey. J. Extracell. Vesicles, 2016, vol. 5, p. 32945. Needham D., Nunn R.S. Elastic deformation and failure of lipid bilayer membranes containing cholesterol. Biophys J, 1990, vol. 58, no. 4, pp. 997-1009. Parisse P., Rago I., Ulloa Severino L., Perissinotto F., Ambrosetti E., Paoletti P., Ricci M., Beltrami A.P., Cesselli D., Casalis L. Atomic force microscopy analysis of extracellular vesicles. Eur. Biophys. J., 2017, vol. 46, pp. 813-820. Needham D., Nunn R.S. Elastic deformation and failure of lipid bilayer membranes containing cholesterol. Biophys J, 1990, vol. 58, no. 4, pp. 997-1009. Parisse P., Rago I., Ulloa Severino L., Perissinotto F., Ambrosetti E., Paoletti P., Ricci M., Beltrami A.P., Cesselli D., Casalis L. Atomic force microscopy analysis of extracellular vesicles. Eur. Biophys. J., 2017, vol. 46, pp. 813-820. Sharma S., LeClaire M., Gimzewski J.K. Ascent of atomic force microscopy as a nanoanalytical tool for exosomes and other extracellular vesicles. Nanotechnology, 2018, vol. 29, p. 132001. Sharma S., LeClaire M., Gimzewski J.K. Ascent of atomic force microscopy as a nanoanalytical tool for exosomes and other extracellular vesicles. Nanotechnology, 2018, vol. 29, p. 132001. Filatov M.V., Landa S.B., Pantina R.A., Garmai Iu.P. Investigation of exosomes secreted by different normal and malignant cells in vitro and in vivo. Klin. Lab. Diagn., 2010, vol. 12, pp. 35-43. Filatov M.V., Landa S.B., Pantina R.A., Garmai Iu.P. Investigation of exosomes secreted by different normal and malignant cells in vitro and in vivo. Klin. Lab. Diagn., 2010, vol. 12, pp. 35-43. Zhang H., Freitas D., Kim H.S., Fabijanic K., Li Z., Chen H., Mark M.T., Molina H., Martin A.B., Lyden D. et al. Identification of distinct nanoparticles and subsets of extracellular vesicles by asymmetric flow field-flow fractionation. Nat. Cell Biol., 2018, vol. 20, pp. 332-343. Zhang H., Freitas D., Kim H.S., Fabijanic K., Li Z., Chen H., Mark M.T., Molina H., Martin A.B., Lyden D. et al. Identification of distinct nanoparticles and subsets of extracellular vesicles by asymmetric flow field-flow fractionation. Nat. Cell Biol., 2018, vol. 20, pp. 332-343. Tkach M., Kowal J., Théry C. Why the need and how to approach the functional diversity of extracellular vesicles. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 2018 vol. 373, p. 20160479. Tkach M., Kowal J., Théry C. Why the need and how to approach the functional diversity of extracellular vesicles. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci., 2018 vol. 373, p. 20160479. Zaborowski M.P., Balaj L., Breakefield X.O., Lai C.P., Extracellular Vesicles: Composition, Biological Relevance, and Methods of Study. BioScience, 2015, vol. 65, no. 8, pp. 783-797. Zaborowski M.P., Balaj L., Breakefield X.O., Lai C.P., Extracellular Vesicles: Composition, Biological Relevance, and Methods of Study. BioScience, 2015, vol. 65, no. 8, pp. 783-797. Viktor Bairamukov, Anton Bukatin, Sergey Landa, Vladimir Burdakov,Irina Chelnokova, Natalia Fedorova, Michael Filatov, Tatiana Shtam, Maria Starodubtseva Biomechanical Properties of Blood Plasma Extracellular Vesicles Revealed by Atomic-Force Microscopy. Biology, 2021, vol. 10, no. 1, p. 4. Viktor Bairamukov, Anton Bukatin, Sergey Landa, Vladimir Burdakov,Irina Chelnokova, Natalia Fedorova, Michael Filatov, Tatiana Shtam, Maria Starodubtseva Biomechanical Properties of Blood Plasma Extracellular Vesicles Revealed by Atomic-Force Microscopy. Biology, 2021, vol. 10, no. 1, p. 4. Zhang Q., Higginbotham J.N., Jeppesen D.K., Yang Y.P., Li W., McKinley E.T., Graves-Deal R., Ping J., Britain C.M., Coffey R.J. et al. Transfer of Functional Cargo in Exomeres. Cell Rep., 2019, vol. 27, pp. 940-954. Zhang Q., Higginbotham J.N., Jeppesen D.K., Yang Y.P., Li W., McKinley E.T., Graves-Deal R., Ping J., Britain C.M., Coffey R.J. et al. Transfer of Functional Cargo in Exomeres. Cell Rep., 2019, vol. 27, pp. 940-954. ГОСТ Р 52623.4 - 2015 Технологии выполнения простых медицинских услуг инвазивных вмешательств. Издание официальное. 2015, Москва, Стандартинформ, с. 53-67. GOST R 52623.4 - 2015 Tehnologii vypolneniya prostyh medicinskih uslug invazivnyh vmeshatel'stv. Izdanie oficial'noe. 2015, Moskva, Standartinform, s. 53-67. Lebedev A.D., Ivanova M.A., Lomakin A.V., Noskin V.A. Heterodyne quasi-elastic light-scattering instrument for biomedical diagnostics. Appl. Opt., 1997, vol. 36, pp. 7518-7522. Lebedev A.D., Ivanova M.A., Lomakin A.V., Noskin V.A. Heterodyne quasi-elastic light-scattering instrument for biomedical diagnostics. Appl. Opt., 1997, vol. 36, pp. 7518-7522. Landa S.B., Korabliov P.V., Semenova E.V., Filatov M.V. Peculiarities of the formation and subsequent removal of the circulating immune complexes from the bloodstream during the process of digestion. F1000Research 2018, vol. 7, p. 618. Landa S.B., Korabliov P.V., Semenova E.V., Filatov M.V. Peculiarities of the formation and subsequent removal of the circulating immune complexes from the bloodstream during the process of digestion. F1000Research 2018, vol. 7, p. 618. Kim S. ppcor: An R Package for a Fast Calculation to Semi-partial Correlation Coefficients.Commun. Stat. Appl. Methods, 2015, vol. 22, no. 6, pp. 665-674. Kim S. ppcor: An R Package for a Fast Calculation to Semi-partial Correlation Coefficients.Commun. Stat. Appl. Methods, 2015, vol. 22, no. 6, pp. 665-674. Лебедев А.Д., Левчук Ю.Н. Ломакин А.В. Носкин В.А. Лазерная корреляционная спектроскопия в биологии, Киев, Наукова думка, 1987, 256 с. @@Lebedev A.D., Levchuk Yu.N., Lomakin A.V., Noskin V.A. Laser correlation spectroscopy in biology. Kiev, Naukova Dumka, 1987, 256 p. (In Russ.) Lebedev A.D., Levchuk Yu.N. Lomakin A.V. Noskin V.A. Lazernaya korrelyacionnaya spektroskopiya v biologii, Kiev, Naukova dumka, 1987, 256 s. @@Lebedev A.D., Levchuk Yu.N., Lomakin A.V., Noskin V.A. Laser correlation spectroscopy in biology. Kiev, Naukova Dumka, 1987, 256 p. (In Russ.)