Exosomen zijn intracellulair gegenereerde blaasjes die na secretie in het extracellulaire milieu door uiteenlopende celtypen opgenomen kunnen worden. Zo gebruiken tumorcellen exosomen om op afstand met elkaar te communiceren en zelfs elkaars gedrag te kopiëren. Expert dr. Michiel Pegtel, groepsleider en universitair hoofddocent bij de afdeling Pathologie, Amsterdam UMC, locatie VUmc, vertelt hoe tumorcellen dit doen en op welke manier tumorgeassocieerde exosomen mogelijk voor de oncologische diagnostiek en behandeling van kanker geëxploiteerd kunnen worden.
Exosomen zijn blaasjes van 30-100 nm groot die in intracellulaire compartimenten worden geproduceerd en via het celmembraan in het extracellulaire milieu worden gesecreteerd.1 Daarin vertonen deze evolutionair geconserveerde blaasjes overeenkomsten met virussen qua grootte en samenstelling. “In tegenstelling tot virussen zijn exosomen echter niet infectieus, maar spelen zij een belangrijke rol in de communicatie tussen cellen. Hoewel vrijwel alle celtypen exosomen kunnen maken, is de productie van exosomen strikt gereguleerd en meestal gecorreleerd met celactivering en hoge metabole activiteit. Zo produceren geactiveerde lymfocyten meer en een ander soort exosomen dan rustende lymfocyten. Ook tumorcellen secreteren over het algemeen veel exosomen.
Na secretie komen de exosomen in het omliggende weefsel of bijvoorbeeld in de bloedbaan of lucht terecht en kunnen vervolgens via verschillende biologische mechanismen door andere cellen worden opgenomen. Fagocyterende cellen, zoals macrofagen, maar ook dendritische cellen, kunnen de exosomen bijvoorbeeld vrij makkelijk internaliseren door de binding van fosfolipiden in het membraan van de exosoom door zogenoemde scavengerreceptoren. Naast deze ‘receptorgemedieerde endocytose’ kunnen exosomen ook door macropinocytose en fagocytose worden opgenomen.
Het is nog onvoldoende duidelijk hoe de exosomen na internalisatie aan de ontvangende cel een signaal kunnen doorgeven. Wel is bekend dat exosomen verschillende soorten ‘cargo’ kunnen bevatten. Deze lopen uiteen van eiwitten, zoals groeifactoren en antigeenpresenterende complexen, tot nutriënten en nucleïnezuren. Meestal is de specifieke samenstelling van de cargo een afspiegeling van de cel waarvan het exosoom afkomstig is”, aldus Michiel Pegtel.
Phenocopying
In-vitro-experimenten hebben laten zien dat tumorcellen via de secretie en opname van exosomen met elkaar kunnen communiceren. Om te onderzoeken of dit in vivo ook het geval is, bedachten Pegtel en prof. dr. Jacco van Rheenen (Nederlands Kanker Instituut, Amsterdam, en Universiteit Utrecht) een model waarmee zij de in-vivo-overdracht van exosomencargo tussen tumorcellen konden bestuderen.
Pegtel: “Dit model was gebaseerd op het Cre-LoxP-systeem waarmee we fluorescente tumorcellen van kleur konden laten veranderen. Kort samengevat kwam het erop neer dat we een zeer agressieve tumorcellijn genetisch modificeerden met een construct zodat ze een blauwe kleur tot expressie brengen (CFP) tezamen met het ‘Cre’-recombinasegen. Daarnaast genereerden we een minder agressieve tumorcellijn met een rode marker (RFP) en een niet tot expressie komend, maar Cre-gevoelige, groene marker (GFP).
Na injectie van beide tumorcellijnen in muizen bleken de blauwe tumorcellen via exosomen mRNA voor het Cre-enzym aan de rode tumorcellen over te dragen.2 Hierdoor kon Cre het GFP-construct tot expressie laten komen en werden de rode tumorcellen groen, een verandering die met hogeresolutiemicroscopie goed te detecteren is in de levende muis. Het interessante was dat de minder agressieve ontvangercellen niet alleen groen werden, maar ook een agressiever gedrag vertoonden. Blijkbaar bevatten de exosomen van de agressieve tumorcellen naast het Cre-mRNA ook factoren die geassocieerd zijn met agressief gedrag. Welke factoren dat precies zijn is nog niet volledig duidelijk. Wel weten we dat in de exosomen onder andere mRNA’s zaten voor eiwitten die een rol spelen bij migratie en metastasering.
Ons onderzoek toont dus aan dat tumorcellen via exosomen het gedrag van andere tumorcellen kunnen overnemen, een proces dat we phenocopying noemen.”
Mens
Veel van het onderzoek naar exosomen berust op in-vitro-experimenten en proefdieronderzoek. Welke aanwijzingen zijn er dat ook humane (tumor)cellen via exosomen met elkaar kunnen communiceren en/of celmateriaal overnemen? Pegtel: “Humaan bloed bevat grote aantallen exosomen die afkomstig zijn van allerlei verschillende celtypen en weefsels. Een groot deel is afkomstig van erytrocyten en trombocyten, maar bloed bevat ook exosomen van andere bloedcellen, endotheelcellen, hepatocyten, vetcellen en dus ook tumorcellen. Indien men nu de samenstelling en verhouding van die populaties exosomen in kaart brengt, kan dat waardevolle informatie geven over de gezondheid van die persoon en mogelijk leiden tot interventie. Bovendien zegt de samenstelling van exosomen afkomstig van bijvoorbeeld tumorcellen iets over de genetische, metabole of invasieve eigenschappen van aanwezige tumorcellen.” Zo heeft Pegtel aangetoond dat door isolatie van exosomen uit liquid biopsies van patiënten met lymfeklierkanker de metabole activiteit van de maligne cellen kan worden afgelezen.3
Therapie
Naast toepassing binnen de oncologische, niet-invasieve diagnostiek kunnen exosomen in de toekomst mogelijk benut worden voor de behandeling van kanker, auto-immuunziekten en andere aandoeningen. “Een groot voordeel van exosomen is dat deze blaasjes lichaamseigen zijn en dus minder snel worden afgestoten dan lichaamsvreemde materialen. Het is razend interessant dat sommige virussen zichzelf vermommen als exosomen om zo onder de radar van het immuunsysteem te blijven. In 2017 liet een translationele studie zien dat exosomen beladen met een small interfering RNA voor gemuteerd KRAS de groei van pancreascarcinomen in muizen konden remmen.4 Deze tumoren bleken een zeer actieve macropinocytose te hebben en daardoor grote hoeveelheden exosomen op te nemen. Verder lieten verschillende studies zien dat de toediening van exosomen afkomstig van mesenchymale stam- of stromale cellen resulteert in minder ernstige graft-versus-hostreactie geassocieerd met allogene stamceltransplantatie”, vertelt Pegtel.5,6
Een alternatieve benadering is het remmen van exosoomsecretie door tumoren. “In het kader van een door KWF Kankerbestrijding gesubsidieerd project onderzoeken we momenteel in ons laboratorium of het mogelijk is om specifiek de secretie van exosomen door tumorcellen te remmen en de secretie door andere cellen, zoals immuuncellen, onaangetast te laten. Uit dit onderzoek blijkt dat tumorcellen vanwege hun veranderde metabole activiteit meer en anders samengestelde exosomen produceren dan niet-maligne cellen. Hierdoor lijkt de kans aanwezig dat we in de toekomst inderdaad in staat zullen zijn om de tumorgerelateerde secretie van exosomen te remmen”, besluit Pegtel.
Referenties
1. Bebelman MP, et al. Pharmacol Ther 2018;188:1-11.
2. Zomer A, et al. Cell 2015;161:1046-57.
3. Van Eijndhoven MA, et al. JCI Insight 2016;1:e89631.
4. Kamerkar S, et al. Nature 2017;546:498-503.
5. Kordelas L, et al. Leukemia 2014;28:970-3.
6. Wang L, et al. Stem Cells Dev 2016;25:1874-83.
Dr. Robbert van der Voort, medical writer
Oncologie Up-to-date 2019 vol 10 nummer 2
DEEL DIT ARTIKEL:
