Summary

En modificeret Nedbør fremgangsmåde til isolering Urinary Exosomer

Published: January 16, 2015
doi:

Summary

This manuscript describes a protocol for isolating exosomes from human urine using a modified precipitation technique.

Abstract

Identification of biomarkers that allow early detection of kidney diseases in urine and plasma has been an area of active interest for several years. Urinary exosome vesicles, 40-100 nm in size, are released into the urine under normal conditions by cells from all nephron segments and may contain protein, mRNA and microRNA representative of their cell type of origin. Under conditions of renal dysfunction or injury, exosomes may contain altered proportions of these components, which may serve as biomarkers for disease. There are currently several methods available for isolation of urinary exosomes, and we have previously conducted an experimental comparison of each of these approaches, including three based on ultracentrifugation, one using a nanomembrane ultrafiltration concentrator, one using a commercial precipitation reagent and one using a modification of the precipitation technique using ExoQuick reagent that we developed in our laboratory. We found the modified precipitation method produced the highest yield of exosome particles, miRNA, and mRNA, making this approach suitable for the isolation of exosomes for subsequent RNA profiling. We conclude that the modified exosome precipitation method offers a quick, scalable, and effective alternative for the isolation of exosomes from urine. In this report, we describe our modified precipitation technique using ExoQuick reagent for isolating exosomes from human urine.

Introduction

Urinary exosomer er små interne vesikler på 100 nm af multivesikulære organer (MVB) afledt af alle celletyper under normale og patologiske forhold i urin rum herunder glomerulære podocytter, nyretubuli og celler foring urin drænsystemer, der synes at blive beriget for miRNA 1 -2. Mange forskere har opdaget forskellige proteiner i exosomer isoleret fra urin fra raske individer såvel som dem med nyre- og / eller systematiske sygdomme 3-5. Exosomer kan isoleres ved hjælp af forskellige metoder, såsom totrins forskellen ultracentrifugering med eller uden saccharose 6-7 kombinere nanomembrane filter med ultracentrifugering 8-9, eller udfældning 10-11. Vi har for nylig udviklet en enkel, hurtig, skalerbar og effektiv metode til at isolere urin exosomer og opdage miRNA og protein biomarkører 11. Selv biomarkører kan påvises i en række forskellige biologiske fluider, urIne er den mest bekvemme valg for patienter med sygdomme i nyrerne og urinvejene, fordi det kan opnås i store mængder i en relativt ikke-invasiv måde.

Selv om der er flere metoder til at isolere urin exosomer 6-11, den mest anvendte procedure er baseret på forskellen ultracentrifugering med en saccharosepude 30%. Selv om denne fremgangsmåde er effektiv og kvaliteten af ​​de resulterende exosomer isoleret med denne procedure er høj, selve teknikken kræver uddannet personale og er tidskrævende, kræver adskillige ultracentrifugering trin. Andre metoder, såsom filtrering og udfældning, er blevet udviklet til isolering af exosomer, herunder en, der bruger en navnebeskyttet udfældningsreagens (dvs. ExoQuick-TC: System Biosciences; Mountain View, CA). Selv udfældning ved hjælp af dette reagens er hurtig og relativt let, renheden af ​​exosomer isoleret er lavt i forhold til ultracentrifugering method. Vi har for nylig sammenlignet seks metoder til isolering af urin exosomer, herunder en modifikation af nedbør under anvendelse af ExoQuick-TC, som vi har udviklet i vores laboratorium 11. Vi fandt, at dette ændrede nedbør metode gav større mængder af protein, miRNA og mRNA og selve proceduren var hurtigere og lettere at implementere end ultracentrifugering. Her beskriver vi forsøgsprotokollen af ​​vores ændrede nedbør metode på en trinvis måde, og inkluderer en diskussion af fordele og ulemper ved denne teknik sammenlignet med andre metoder til exosome isolation. Den modificerede nedbør fremgangsmåde involverer en indledende udfældning af exosom-partikler, efterfulgt af fjernelse af Tamm-Horsfall protein, som er korreleret med exosomal proteiner og kendt for at reducere exosome udbytte fra urin. Vi fandt, at disse ændringer øget udbytte og renhed af præparatet exosomal fra urin.

Protocol

BEMÆRK:. De involverede i isoleringen af urin exosomer ved hjælp af den modificerede nedbør metode trin er illustreret i figur 1 De indledende trin involverer fjernelse af store døde celler og cellerester ved centrifugering. Den endelige pellet opnået fra supernatanten opsamlet fra hver efterfølgende trin svarer til exosomet, som opløses i isolation opløsning til yderligere ekstraktion af protein, RNA og DNA. 1. Indsamling af urin Forud for urinopsamling, …

Representative Results

Urinary exosomer bære protein, miRNA og mRNA biomarkører udskilles fra nyrerne epitelceller. Isoleringen og påvisning af disse exosomer kan være et nyttigt diagnostisk værktøj til tidlig opdagelse af nyresygdomme såsom diabetisk nefropati. Der er flere metoder til isolering af exosomer fra urinprøver indsamlet fra mennesker. Vi har tidligere sammenlignet seks metoder til urin exosome isolation og undersøgt resulterende protein, mRNA og miRNA niveauer 11. Vores mål her var at beskrive i detaljer modi…

Discussion

De fleste metoder med udfældning af exosomer fra urin ikke fat fjernelse af det polymere netværk dannet af Tamm-Horsfall protein (BBE). Dette protein er til stede i store mængder i urinen, når den -sagerne fælder exosomer under indledende lavhastighedscentrifugering. I vores modificeret fremgangsmåde vi reduceret THP hjælp DTT før exosome udfældning. Som vist i figur 2, blev en større mængde af THP observeret i uforandret urin og pellet, med ingen THP i den endelige supernatant og exosome pel…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We are grateful to the Roney Family Foundation for the support of this study. We acknowledge the contribution of Dr. M. Lucrecia Alvarez to the planning and execution of the experiments described in this work.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Corning 15ml Centrifuge Tube Corning (Sigma Aldrich) CLS430791
Protease Inhibitor Cocktail Sigma Aldrich P8340
Centrifuge Sorvall
DL-dithiothreitol Sigma Aldrich D9779 used at final concentration of 200 mg/ml
Novex NuPAGE SDS-PAGE system (4-12 % Bis-Tris Gel 1.0 mm, 10 well Invitrogen NP0321BOX For SDS-PAGE analysis
ECL Advance Western blotting detection kit GE Healthcare Life Sciences RPN2135 For western blot detection of biomarkers
Exoquick-TC Reagent System Biosciences (SBI) EXOTC50A-1 For exosome isolation
Exosome CD9 ELISA Complete Kit System Biosciences (SBI) EXOEL-CD9-A-1 For exosome quantification
AllPrep DNA/RNA/Protein mini kit Qiagen 80004 For DNA, RNA, Protein isolation
Rneasy MinElute Cleanup kit Qiagen 74204
NanoDrop 2000 UV-Vis Spectrophotometer Thermo Scientific For Protein Quantification
ProteoSilver Sliver Stain Kit Sigma Aldrich PROTSIL1-1KT For staining SDS-PAGE gels
Xcell SureLock Mini-Cell Electrophoresis System Life Technologies For running the SDS-PAGE gels
TaqMan microRNA assays Life Technologies For RT-PCR assays
qBasePlus v1.5 software Biogazelle NV For analysis of RT-PCR assay data
Rabbit polyclonal antibody to ALIX Millipore For western blot detection of biomarkers
Mouse monoclonal antibody to TSG101 Abcam For western blot detection of biomarkers

References

  1. Miranda, K. C., Bond, D. T., McKee, M. Nucleic acids within urinary exosomes/microvesicles are potential biomarkers for renal disease. Kidney Int. 78, 191-199 (2010).
  2. Pisitkun, T., Shen, R. F., Knepper, M. A. Identification and proteomic profiling of exosomes in human urine. Proc Natl Acad Sci USA. 101, 13368-13373 (2004).
  3. Raj, D. A., Fiume, I., Capasso, G., Pocsfalvi, G. A multiplex quantitative proteomics strategy for protein biomarker studies in urinary exosomes. Kidney Int. 81 (12), 1263-1273 (2012).
  4. Pisitkun, T., Gandolfo, M. T., Das, S., Knepper, M. A., Bagnasco, S. M. Application of systems biology principles to protein biomarker discovery: urinary exosomal proteome in renal transplantation. Proteomics Clin Appl. 6 (5-6), 268-278 (2012).
  5. Gonzales, P. A., Zhou, H., Pisitkun, T. Isolation and purification of exosomes in urine. Methods Mol Biol. 641, 89-99 (2010).
  6. Zhou, H., Yuen, P. S., Pisitkun, T. Collection, storage, preservation, and normalization of human urinary exosomes for biomarker discovery. Kidney Int. 69, 1471-1476 (2006).
  7. Thery, C., Amigorena, S., Clayton, A. Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Curr Prot Cell Biol. 43, 3.22.1-3.22.29 (2006).
  8. Cheruvanky, A., Zhou, H., Pisitkun, T. Rapid isolation of urinary exosomal biomarkers using a nanomembrane ultrafiltration concentrator. Am J Physiol Renal Physiol. 292, 1657-1661 (2007).
  9. Gonzales, P. A., Pisitkun, T., Hoffert, J. D. Large-scale proteomics and phosphoproteomics of urinary exosomes. J Am Soc Nephrol. 20, 363-379 (2009).
  10. Rood, I. M., Deegens, J. K., Merchant, M. L. Comparison of three methods for isolation of urinary microvesicles to identify biomarkers of nephrotic syndrome. Kidney Int. 78, 810-816 (2010).
  11. Alvarez, M. L., Khosroheidari, M., Kanchi Ravi, R., DiStefano, J. K. Comparison of protein, microRNA, and mRNA yields using different methods of urinary exosome isolation for the discovery of kidney disease biomarkers. Kidney Int. Nov. 82 (9), 1024-1032 (2012).
  12. Kang, S. W., Kim, Y. W., Kim, Y. H. Study of the association of -667 aquaporin-2 (AQP-2) A/G promoter polymorphism with the incidence and clinical course of chronic kidney disease in Korea. Renal Fail. 29, 693-698 (2007).
check_url/51158?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Kanchi Ravi, R., Khosroheidari, M., DiStefano, J. K. A Modified Precipitation Method to Isolate Urinary Exosomes. J. Vis. Exp. (95), e51158, doi:10.3791/51158 (2015).

View Video