КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-74-10055

НазваниеАнализ структурных компонентов экзосом молока человека и домашних животных

РуководительСедых Сергей Евгеньевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2021  , продлен на 07.2021 - 06.2023. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые словаэкзосомы, молоко, везикулы, ДНК, РНК, нуклеиновые кислоты, белки, диагностика

Код ГРНТИ31.27.15


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Несмотря на огромное число работ, посвященных изучению белков и нуклеиновых кислот экзосом, а также их биологической роли, мало известно о значении экзосом молока в становлении и развитии иммунной системы кишечника ребенка. Изучение экзосом биологических жидкостей является исключительно важным для разработки новых подходов к адресной доставке в клетки-мишени лекарственных препаратов и инструментов редактирования генома, а также для диагностики различных заболеваний. Молоко является уникальным источником экзосом, структурные компоненты которых пока недостаточно изучены. Возможность использования экзосом молока в качестве агентов для доставки белков, нуклеиновых кислот и инструментов редактирования генома, делает предмет изучения состава белков и нуклеиновых кислот экзосом молока исключительно актуальным. Компоненты молока коровы могут быть использованы для терапии со значительными ограничениями, в связи с тем, что в таком случае нельзя исключить передачу прионных заболеваний. В связи с этим, данный проект направлен на изучение белков и нуклеиновых кислот экзосом молока человека, а также лошади и козы. Планируются работы по разработке подходов для препаративного выделения экзосом из молока, анализа их чистоты, определения концентрации, изучения белков и нуклеиновых кислот. Нами предложен оригинальный метод выделения экзосом, позволяющий получать препараты, практически не содержащие совыделяющихся белков [Open Biochimie 2017 (4) 61]. Данные, полученные другими авторами, на недостаточно очищенных препаратах экзосом, указывают на то, что число белков и нуклеиновых кислот в этих внеклеточных везикулах, чрезмерно преувеличено. Использование более чистых препаратов экзосом, позволит установить белки и нуклеиновые кислоты, являющиеся компонентами экзосом, а также определить белки и нуклеиновые кислоты, которые совыделяются с экзосомами в процессе очистки.

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут получены данные о составе белков и нуклеиновых кислот в экзосомах, выделенных из молока человека и домашних животных (лошади и козы). Данные будут сопоставлены с результатами, полученными при исследовании экзосом, полученных из других источников. Будет изучено влияние экзосом молока и их компонентов (белки, пептиды, ДНК, РНК) на рост и пролиферацию культур клеток (например, аденокарциономы молочной железы, миеломы, лимфомы). Анализ содержания белков и нуклеиновых кислот в экзосомах молока в норме и при патологии позволит получить результаты, имеющие диагностический потенциал.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. Показано, что сочетание центрифугирования, ультрацентрифугирования, ультрафильтрации и гель-фильтрации позволяет выделять из молока препараты везикул, соответствующие экзосомам по данным электронной микроскопии и проточной цитометрии. Показано, что последующая аффинная хроматография на сорбентах, содержащих иммобилизованные поликлональные антитела против тетраспанинов позволяет специфически выделять экзосомы, содержащие данные маркеры на поверхности. 2. Разработан и верифицирован на образцах молока человека, лошади, козы метод выделения экзосом из полупрепаративных объемов (из объема 400 мл), включающий стадии центрифугирования, ультрацентрифугирования и ультрафильтрации, гель-фильтрации и аффинной хроматографии. Определены условия получения препаратов экзосом молока без примесей совыделяющихся белков. 3. Определены белки, совыделяющиеся с экзосомами молока человека, лошади, козы, отделяемые при гель-фильтрации и аффинной хроматографии. Показано, что фракция совыделяющихся белков содержит казеины, отсутствие которых может являться одним из критериев чистоты экзосом молока. 4. Показано, что препараты экзосом молока человека, лошади, козы не оказывают цитотоксического влияния на культуры клеток. Таким образом, высокоочищенные препараты экзосом молока могут быть использованы для доставки в культуры клеток. Публикации в сети Интернет 1. "Новосибирские ученые получили 15 млн рублей на исследование нанопузырьков в организме животных и человека" http://www.nsktv.ru/news/obshchestvo/novosibirskie_uchenye_poluchili_15_mln_rubley_na_issledovanie_nanopuzyrkov_v_organizme_zhivotnykh_i_chelovek_080820181031/

 

Публикации

1. Седых С.Е., Буркова Е.Е., Пурвиньш Л.В., Клемешова Д.И., Рябчикова Е.И., Невинский Г. А. Milk exosomes: isolation, biochemistry, morphology, and perspectives of use Extracellular Vesicles, - (год публикации - 2019)

2. Пурвиньш Л. В. Протеомный анализ экзосом молока лошади Биология: Материалы 57-й Международной научной студенческой конференции. Новосибирск, ИПЦ НГУ, - (год публикации - 2019)

3. Пурвиньш Л. В., Седых С. Е., Невинский Г. А. Экзосомы молока: технология выделения, анализ белков и нуклеиновых кислот V Международная конференция молодых ученых: биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов. 2018 - АНО "Инновационный центр Кольцово". Новосибирск, ИПЦ НГУ, стр. 94-96 (год публикации - 2018)

4. Пурвиньш Л. В., Седых С. Е., Невинский Г. А. Экзосомы молока: технология выделения, анализ белков и нуклеиновых кислот В поисках моделей персонализованной медицины. Сборник научных трудов V Международной конференции "Постгеном-2018", Казань., стр.154 (год публикации - 2018)

5. - Новосибирские ученые получили 15 млн рублей на исследование нанопузырьков в организме животных и человека Вести Новосибирск, - (год публикации - )

6. - Новосибирские ученые получили 15 млн рублей на исследование нанопузырьков Россия 24, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
1. Проведен количественный анализ содержания экзосом в образцах молока человека, лошади, коровы с использованием просвечивающей электронной микроскопии, проточной цитофлуориметрии, нанотрекингового анализа и ПЦР в реальном времени. Определено содержание на поверхности экзосом молока тетраспанинов CD9, CD63 и CD81, а также из относительное содержание в образцах экзосом молока на разных стадиях выделения. При помощи аффинной хроматографии и проточной цитофлуоримерии показано, что препараты экзосом молока могут одновременно содержать как минимум два тетраспанина. Методом нанотрекингового анализа определена концентрация экзосом в препаратах 2. Получены результаты анализа белков и пептидов экзосом молока. Показано, что препараты экзосом, очищенные гель-фильтрацией и аффинной хроматографией на сорбентах, содержащих антитела против тетраспанниов CD9, CD63, CD81, содержат короткие белки и пептиды с молекулярной массой 2-10 кДа, доказана их полипептидная природа. Показано, что препараты экзосом молока отличаются по белковому составу от стабильного надмолекулярного комплекса молока и плаценты человека. Проведен анализ содержания белков на поверхности экзосом. 3. Из препаратов экзосом на разных стадиях выделения из молока различными методами выделены препараты нуклеиновых кислот. Показано, что наиболее эффективно происходит выделение на магнитных частицах и кремниевых колонках из лизата, полученного аналогом TRIzol, причем выделение на колонках позволяет получить в несколько раз больше РНК, чем с использованием магнитных частиц. Определена длина РНК, выделенной разными методами, показано, что использование колонок с кремниевой мембраной позволяет выделить более длинные РНК. Проведен анализ содержания более 20 микроРНК в молоке, липидной фракции, клеточном осадке и осадке, полученном после второго ультрацентрифугирования 100000×g, методом ОТ-ПЦР-РВ с использованием stem-loop праймеров. Показано, что липидная фракция содержит микроРНК примерно в тех же соотношениях, что и осадок, полученный после двух ультрацентрифугирований. Высокопроизводительное секвенирование препарата экзосом молока человека показало наличие более 600 микроРНК (более 30 прочтений), 34 из которых прочитаны более 1000 раз.

 

Публикации

1. Буркова Е.Е., Григорьева А.Е., Булгаков Д.В., Дмитренок П.С., Власов В.В., Рябчикова Е.И., Седых С.Е., Невинский Г.А. Extra Purified Exosomes from Human Placenta Contain an Unpredictable Small Number of Different Major Proteins INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES, V.20 P.2434 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3390/ijms20102434

2. Седых С.Е., Буркова Е.Е., Пурвиньш Л.В., Клемешова Д.И., Рябчикова Е.И., Невинский Г.А. Milk Exosomes: Isolation, Biochemistry, Morphology, and Perspectives of Use Extracellular Vesicles, Intech Open, London, P.85416 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.5772/intechopen.85416

3. Буркова Е.Е., Невинский Г.А. ЭКЗОСОМЫ И БЕЛКОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПЛАЦЕНТЫ ЧЕЛОВЕКА: СТРУКТУРА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ Всероссийская конференция с международным участием “Биотехнология – медицине будущего, С.63 (год публикации - 2019)

4. Компанеец И.Ю., Седых С.Е., Ермаков Е.А., Невинский Г.А. Антитела молока, гидролизующие микроРНК Acta Naturae, 2019, S2, P.117 (год публикации - 2019)

5. Пурвиньш Л.В., Седых С.Е., Невинский Г.А. Экзосомы молока: особенности их выделение и белкового состава Akta Naturae, 2019, S2, P.164 (год публикации - 2019)

6. Пурвиньш Л.В., Седых С.Е., Невинский Г.А. Белки и пептиды экзосом молока VI Международная конференция молодых ученых биофизиков, биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов, С.585 (год публикации - 2019)

7. Пурвиньш Л.В., Седых С.Е., Невинский Г.А. Analysis of proteins and peptides of milk exosomes FEBS Open Bio, V.9 S1 P.404 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1002/2211-5463.12675

8. Седых С.Е., Пурвиньш Л.В., Невинский Г.А. MicroRNA content in human milk exosomes: isolation, detection, normalization FEBS Open Bio, V.9 P.245 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1002/2211-5463.12675

9. Седых С.Е., Пурвиньш Л.В., Невинский Г.А. Экзосомы молока - средства доставки биологически активных веществ в культуры клеток VI Международная конференция молодых ученых биофизиков, биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов, С.617 (год публикации - 2019)

10. Седых С.Е., Пурвиньш Л.В., Невинский Г.А. АНАЛИЗ МИКРОРНК ЭКЗОСОМ МОЛОКА Всероссийская конференция с международным участием “Биотехнология – медицине будущего, C.87 (год публикации - 2019)

11. Седых С.Е., Пурвиньш Л.В., Рябчикова Е.И., Невинский Г.А. Экзосомы молока: выделение, морфология, состав белков и нуклеиновых кислот Acta Naturae, 2019, S2, P.158-159 (год публикации - 2019)


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Предлагаемый протокол, сочетающий ультрафильтрацию через фильтр 0,22 мкм, два ультрацентрифугирования на 100000×g, гель-фильтрацию и аффинную хроматография на сорбенте с иммобилизованными антителами против тетраспанинов, является высоко специфичным методом выделения согласно рекомендациям MISEV 2018. Используемые методы количественного анализа и анализа индивидуальных везикул: нанотрекинговый анализ (NTA) и просвечивающая электронная микроскопия, а также анализ белковых маркеров (CD9, CD63, CD81, аннексины, ALIX) – позволяют отнести выделяемые из молока везикулы к экзосомам. Использование масс-спектрометрического анализа для идентификации «отрицательных» белковых маркеров – казеины, структурные элементы иммуноглобулинов, лактальбумин, лактоферрин, а также микроРНК позволяет дополнить критерии MISEV 2018 специфическими для экзосом молока характеристиками. 2. В экзосомах молока лошади до и после гель-фильтрации, а также аффинной хроматографии на сефарозе, содержащей поликлональные антитела кролика против тетраспанинов CD9, CD63 и CD81, идентифицированы белки и пептиды. Показано, что гель-фильтрация и аффинная хроматография на сефарозе, содержащей антитела против тетраспанинов, позволяет получить препараты экзосом, не содержащие примесей совыделяющихся белков. Показано, что белки: казеины, лактоглобулин, структурные компоненты антител, лактоферрин – являются «отрицательными» маркерами экзосом молока, а белки жировых глобул, бутирофилин, синтетаза жирных кислот, аннексин, ксантиндегидрогеназа – характерны для высокоочищенных экзосом молока. Определены молекулярные массы пептидов до 10 кДа, которые по-видимому, являются неотъемлемыми компонентами экзосом молока (и плаценты человека); обработкой протеазами подтверждена их полипептидная природа. Полученные результаты подтверждают высказанную нами ранее предположение о том, что данные о наличии в экзосомах молока сотен различных белков, в том числе, казеина и других компонентов творожистого осадка – являются следствием анализа другими научными группами недостаточно чистых препаратов экзосом молока. Наличие в препаратах экзосом молока пептидов может объяснять результаты обнаружения отсутствующих белков современными сверхчувствительными методами, такими как LC-MS/MS, так как эти подходы не позволяют определить, являлся ли полученный при трипсинолизе пептид продуктом гидролиза целого белка, или более короткого пептида. 3. Разработан протокол анализа микроРНК в препаратах нуклеиновых кислот, выделенных из экзосом молока, позволяющий определить количество молекул микроРНК в образце методом Stem-loop ОТ-ПЦР-РВ, разработан зонд, аналогичный UPL21 (Roche). Определено содержание двадцати микроРНК в препаратах экзосом молока человека, лошади, коровы. Определены мишени микроРНК, содержащихся в экзосомах молока. Проведен анализ нуклеиновых кислот стабильного высокомолекулярного белкового комплекса молока человека, сопоставление его с содержимым экзосом молока человека. Показано, что совместное введение доксорубицина, тамоксифена, циклофосфамида и докитаксела с препаратами экзосом молока после гель-фильтрации к культуре клеток опухоли молочной железы Mcf7 позволяет увеличить цитотоксичность данных препаратов на 10–30%.

 

Публикации

1. Седых С.Е., Кулешова А.Е., Пурвиньш Л.В., Буркова Е.Е., Григорьева А.Е., Евтушенко Е.Г., Степанов Г.А., Рябчикова Е.И., Невинский Г.А. Экзосомы молока лошади: выделение, микроскопический и биохимический анализ, перспективы использования Биотехнология, Т.36, С.62 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21519/0234-2758-2020-36-5-1-10

2. Седых С.Е., Пурвиньш Л.В., Буркова Е.Е., Дмитренок П.С., Власов В.В., Рябчикова Е.И., Невинский Г.А. Analysis of peptides and small proteins in preparations of horse milk exosomes, purified on anti-CD81-Sepharose International Dairy Journal, V.117, P.104994 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.104994

3. Буркова Е. Е., Седых С. Е., Невинский Г. А. Human Placenta Exosomes: Biogenesis, Isolation, Composition, and Prospects for Use in Diagnostics Int J Mol Sci, V.22, P.22042158 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/ijms22042158

4. Седых С. Е., Кулешова А. Е., Невинский Г. А. Milk Exosomes: Perspective Agents for Anticancer Drug Delivery International Journal of Molecular Sciences, V. 21, P.6646 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/ijms21186646

5. Кулешова А.Е., Пурвиньш Л.В., Буркова Е,Е. ОЦЕНКА УРОВНЯ РАЗЛИЧНЫХ МИКРО РНК НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ ВЫДЕЛЕНИЯ ЭКЗОСОМ ИЗ МОЛОКА Сборник тезисов VII международной конференции молодых ученых: биофизиков, биотехнологов, молекулярных биологов и вирусологов, С. 483 (год публикации - 2020)

6. Седых С. Е., Кулешова А. Е., Невинский Г. А. MicroRNA content of horse and human milk exosomes BGRS\SB-2020 12th International Multiconference, C. 100 (год публикации - 2020)

7. Седых С.Е., Кулешова А.Е., Невинский Г.А. Экзосомы молока лошади - перспективные средства адресной доставки Биотехнология: состояние и перспективы развития, С. 77-78 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.37747/2312-640X-2020-18-77-78


Возможность практического использования результатов
Разработанный протокол выделения экзосом из молока позволяет получить препараты внеклеточных везикул, не содержащих примесей совыделяющихся белков, в том числе, основных аллергенов молока - казеины, лактальбумин, лактоглобулин. Такие препараты имеют несомненный терапевтический потенциал и могут быть использованы для [адресной] доставки терапевтически значимых молекул в культуры клеток и живые организмы.