Comprehensive molecular characterization of extracellular vesicles : an approach to resolve their biogenetic and functional diversity

• Main Author: Kowal, Joanna
• Other Authors: Sorbonne Paris Cité
• Language: en
• Published: 2016
• Subjects: Exosomes; Vésicules extracellulaires; Microvésicules; Cellules dendritiques; Extracellular vesicles; Microvesicles; Dendritic cells; 571.96
• Online Access: http://www.theses.fr/2016USPCB012

Les vésicules extracellulaires (EVs) participent à la communication intercellulaire. Dans la littérature actuelle, elles sont divisées en deux classes principales selon leur origine intracellulaire. En premier lieu, les exosomes sont formés à l'intérieur des endosomes multivésiculaires et sont libérés lors de la fusion de ces compartiments avec la membrane plasmique (MP). La taille des exosomes est contrôlée au cours de leur biogenèse et varie de 50 à 150 nm. Deuxièmement, les EVs sont formées par bourgeonnement direct et sécrétion à partir de la MP. Ces EVs sont plus hétérogènes et leur taille varie de 50 à 1000 nm. Malgré le fait que la nature hétérogène de EVs soit clairement documentée dans la littérature, la composition en protéines et les mécanismes exacts de la biogenèse des différentes EVs restent un sujet de débat en cours. Le but principal de ce travail était de redéfinir autant de sous-types différents d’EVs que possible, en trouvant des marqueurs protéiques spécifiques, et d'étudier les outils possibles pour affecter spécifiquement leur sécrétion. Dans ce projet, nous avons mis en place plusieurs outils utiles pour la caractérisation d’EVs. Tout d'abord, mes principaux efforts ont été concentrés sur la mise en place de plusieurs protocoles d'isolation et d'analyse d’EVs. Cela a conduit à la production d'une cartographie des protéines vésiculaires, qui si elle est appliquée pour caractériser les EVs, permettra de mieux les identifier par leur composition. Deuxièmement, j'ai étudié la façon dont la sécrétion de ces sous-populations d’EVs peut être modulée par l'inhibition de quelques protéines de la famille RAB et par certaines drogues. Enfin, grâce à une collaboration établie au sein de l'unité, j'ai eu l'occasion de participer à une comparaison des propriétés fonctionnelles entre les EVs et les virus sécrétés simultanément par les cellules infectées. Mes résultats confirment l'hypothèse selon laquelle l'origine intracellulaire des EVs sera reflétée dans leur composition. Les résultats présentés confirment la coexistence de plusieurs classes d'EVs et donnent un aperçu sur les moyens de les caractériser dans une préparation d’EVs donnée. En outre, nous fournissons un exemple de l'application de notre ensemble de protéines dans les études portant sur la biogenèse des EVs. === Extracellular vesicles (EVs) are participating in intercellular communication. Classically, in the current literature, they are divided into two main classes depending on their intracellular origin. Firstly, exosomes are formed within multivesicular endosomes and released upon fusion of these compartments with plasma membrane. The size of exosomes is controlled during their biogenesis and ranges from 50 to 150 nm. Secondly, EVs are formed by direct budding and pinching off from the plasma membrane. These EVs are more heterogeneous and their size varies from 50 to 1000 nm. Despite the fact that a heterogeneous nature of EVs is clearly documented in the literature, the exact protein content and biogenesis mechanisms of different EVs remain a matter of on-going debate. The principal goal of this work was to re-define as many different subtypes of EVs as possible, by finding specific protein markers, and investigate possible tools to affect specifically their secretion. In this project, we set up several tools useful for EV characterization. Firstly, my main efforts were concentrated on establishment of several protocols to isolate and analyse EVs. This led to the foundation of a vesicle protein cartography, which if applied to characterize EVs, will allow better understanding of the composition of the studied EVs. Secondly, I investigated how secretion of these EV subpopulations might be modulated by inhibition of a few RAB proteins and by some drugs. Finally, thanks to a collaboration established within the unit, I had the opportunity to participate in a comparison of the functional properties between EVs and viruses secreted simultaneously by infected cells. My results confirmed the hypothesis that the intracellular origin of EVs will be reflected in their composition. The results presented in this study point at the coexistence of several EV classes and provide insights on how to demonstrate their presence in a given EV preparation. In addition, we provide an example of the application of our set of proteins in studies addressing EV biogenesis.