Published November 2020 | Version v1
Report

Characterisation of exosomes after in vitro and in vivo irradiation as markers of radiation exposure. Final report

  • 1. Helmholtz Zentrum München (Germany). Institute für Strahlenbiologie

Description

Exosomes are a class of extracellular vesicles released by the vast majority of cell types. They contain proteins, lipids and nucleic acids. Initially, exosomes were seen merely as instruments for expelling cellular components. However, it is now also known that exosomes are taken up by other cells and influence their phenotype, thus representing an element of cell-cell communication. In some tumour cell lines it has already been shown that ionising radiation alters the composition and function of exosomes (AP1). Studies on the influence of ionising radiation on exosome-mediated cell-cell communication of non-malignant normal cells are still largely lacking. In this project, radiation-induced changes in the protein and microRNA composition of exosomes from different non-malignant cell culture model systems (lymphocytes, fibroblasts, endothelial and epithelial cells, AP2-AP4) were identified. The protein changes were related to proteins in the exosomes as well as on their surface (AP3). Among others, changes were also detected in exosomes released from primary lymphocytes of healthy donors after ex vivo irradiation. To contrast these results with in vivo data, candidate proteins and microRNAs in exosomes from the blood of radiotherapy patients were investigated in AP5. Overall, this project showed that exosomal microRNA and protein signatures are altered after in vitro irradiation of donor cells in a cell type- and dose-specific manner. Changes in exosomal microRNA and protein composition were also observed after in vivo irradiation (radiotherapy patients). Since exosomes are characterised by their stability and also contain biological markers that are not always found in the corresponding body fluids, they could provide particularly sensitive and specific diagnostic signatures. The changes found here should be validated in other radiation-relevant populations to test their suitability as biomarkers for radiation exposure. For further understanding of radiation risks, potential functional differences of exosomes from irradiated and non-irradiated cells should also be assessed in a follow-up project.

Availability note (English)

Available from: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0221-2020111823823

Abstract (German)

Exosomen sind eine Klasse extrazellulärer Vesikel, die von den allermeisten Zelltypen freigesetzt werden. Sie enthalten Proteine, Lipide und Nukleinsäuren. Zunächst wurden Exosomen lediglich als Instrumente zur Ausschleusung zellulärer Bestandteile gesehen. Mittlerweile ist aber auch bekannt, dass Exosomen von anderen Zellen aufgenommen werden und deren Phänotyp beeinflussen und somit ein Element der Zell-Zell Kommunikation darstellen. In einigen Tumorzelllinien wurde bereits gezeigt, dass ionisierende Strahlung die Zusammensetzung und Funktion von Exosomen verändert (AP1). Untersuchungen zum Einfluss ionisierender Strahlung auf die Exosomen-vermittelte Zell-Zell Kommunikation von nicht-malignen normalen Zellen fehlen derzeit noch weitgehend. In diesem Projekt wurden Strahlen-induzierte Veränderungen in der Protein und microRNA Zusammensetzung von Exosomen aus verschiedenen nicht-malignen Zellkultur Modellsystemen identifiziert (Lymphozyten, Fibroblasten, Endothel- und Epitehlzellen, AP2-AP4). Dabei bezogen sich die Proteinveränderungen sowohl auf Proteine in den Exosomen als auch auf deren Oberfläche (AP3). Unter anderem wurden auch Veränderungen in Exosomen nachgewiesen, die aus primären Lymphozyten von gesunden Spendern nach ex vivo Bestrahlung freigesetzt wurden. Um diese Ergebnisse in vivo Daten gegenüberzustellen wurden in AP5 Kandidatenproteine und microRNAs in Exosomen aus dem Blut von Strahlentherapiepatienten untersucht. Insgesamt zeigte dieses Projekt, dass exosomale microRNA und Protein Signaturen nach in vitro Bestrahlung der Donorzellen zelltyp- und dosis-spezifisch verändert werden. Auch nach in vivo Bestrahlung (Strahlentherapiepatienten) wurden Veränderungen in der exosomalen microRNA und Proteinzusammensetzung festgestellt. Da sich Exosomen durch ihre Stabilität auszeichnen und außerdem biologische Marker beinhalten, die nicht immer in den korrespondierenden Körperflüssigkeiten vorkommen, könnten diese besonders empfindliche und spezifische diagnostische Signaturen liefern. Die hier gefundenen Veränderungen sollten in weiteren Strahlen-relevanten Kollektiven validiert werden um deren Eignung als Biomarker für Strahlenexposition zu testen. Zum weiteren Verständnis von Strahlenrisiken sollten auch potentielle funktionelle Unterschiede von Exosomen aus bestrahlten und nichtbestrahlten Zellen in einem Folgeprojekt abgeschätzt werden.

Additional details

Additional titles

Original title (German)
Charakterisierung von Exosomen nach in vitro und in vivo Bestrahlung als Marker der Strahlenexposition. Schlussbericht

Publishing Information

Imprint Pagination
104 p.
Series
Ressortforschungsberichte zum Strahlenschutz
Report number
BfS-RESFOR--168/20