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Strukturelle und funktionelle Charakterisierung von Exosomen aus Prostatakarzinomzellen

  • Die Umgestaltung der Tumor-Mikroumgebung, die Modulation nicht-maligner Zellen sowie die Induktion des metastatischen Potentials sind essentielle Vorgänge im Rahmen der Tumorprogression. Exosomen sind extrazelluläre Vesikel eines Durchmessers von 50-150 nm, welche im Rahmen des interzellulären Informationsaustauschs eine möglicherweise maßgebliche Rolle in Tumorwachstum und Malignitätssteigerung innehaben. Ein genaueres Verständnis ihrer Funktion könnte zu neuen diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten in der Onkologie verhelfen. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Charakterisierung von Exosomen aus Prostatakarzinom (PCa)-Zellen auf molekularer und funktioneller Ebene. Exosomen aus den PCa-Zelllinien LNCaP, PC-3 und PC3-HSP27 wurden anhand Ultrazentrifugation angereichert. Es erfolgte eine Validierung der Präparationsmethode mittels dynamischer Lichtstreuung und Transmissionselektronenmikroskopie. Das exosomale Transkriptom wurde anhand DNA-Microarray, das exosomale Proteom anhand Massenspektrometrie analysiert. Der Auswirkung von PCa-Exosomen auf ihre Umgebung wurde mittels MTT-Vitalitätstest und LDH-Zytotoxizitätstest nachgegangen. Anhand der SILAC-Methodik erfolgte der Nachweis einer Aufnahme exosomaler Proteine in canine Zellen. Die Analyse der exosomalen Nukleinsäuren- und Protein-Zusammensetzung zeigte, dass Exosomen einerseits einen Fingerabdruck des Zytoplasmas der Ursprungszelle darstellen und, dass andererseits eine spezifische Anreicherung von Membranproteinen stattfindet. Dabei erschien vor allem die Inkorporation kleiner Proteine keinem bestimmten Sortierungsmechanismus zu unterliegen. Die Zellkultur-Experimente ließen auf einen Wachstums-inhibierenden Effekt der Exosomen kanzerösen Ursprungs auf nicht-maligne Zellen schließen. Des Weiteren konnte eine Aufnahme exosomaler, humaner Proteine in canine Zellen nach einer Inkubationszeit von 6 h nachgewiesen werden. In der Zusammenschau weisen die Ergebnisse auf eine bedeutende Funktion der Exosomen im Rahmen der Modulation der PCa-Mikroumgebung hin. Exosomen ist die Induktion multipler Effekte in Tumor-assoziierten Zielzellen zuzuschreiben, unter anderem die Regulation des Zellwachstums.
  • Exosomes are small vesicles with a diameter between 50–150nm, which are secreted into the extracellular space. Emerging evidence shows that they may serve as vehicles for signal molecules in order to modulate target cells. As such, exosomes may play a pivotal role in tumor progression by influencing the remodeling of the tumor environment and modulating tumor associated non-malignant cells. A better understanding of composition and function of these nanovesicles could lead to diagnostic and therapeutic advances in the treatment of cancer. Protein and mRNA composition as well as functions of prostate cancer cell-derived exosomes were analyzed within this work. Exosomes were prepared from prostate cancer cell lines LNCaP, PC-3 and PC3-HSP27 via ultracentrifugation. Validation of exosomal enrichment and characterization of morphology were conducted by means of dynamic light scattering and electron microscopy. Exosomal mRNA and protein composition were analyzed by DNA microarrays and gel electrophoresis as well as mass spectrometry. Effects of tumor-exosomes on non-malignant target cells were studied by means of cell survival assays and cytotxicity assays. Using the SILAC method, the potential uptake of exosomal human proteins into canine cells and de novo synthesis of proteins through transferred exosomal mRNA was analyzed in MDCK cells via mass spectrometry. Analysis of exosomal composition showed that these vesicles are highly enriched in membrane proteins, the packaging of small proteins was however unspecific, as shown with the example of two model proteins. In cell culture assays exosomes from prostate cancer cells had an anti-proliferative effect on non-malignant cells. Mass spectrometry revealed the uptake of exosomal proteins into canine cells after 6 hr of incubation. The results reveal a distinct function of exosomal particles in the modulation of prostate tumor environment, including impact on cellular growth and incorporation of exosomal proteins into adjacent target cells.

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Metadaten
Author: Lisa Rauschenberger
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002588-4
Title Additional (English):Structural and functional characterisation of exosomes secreted by prostate cancer cells
Advisor:Prof. Dr. Martin Burchardt
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2016/08/11
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2016/06/28
Release Date:2016/08/11
Tag:Exosomen
cancer, exosomes, microenvironment, prostate, protein uptake
GND Keyword:Prostatakrebs, Tumorwachstum, Vesikel, Zellkommunikation
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Urologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit