Exosomes act as molecular vehicles contributing to cellular cholesterol efflux

Abstract

Exosomen sind Vesikel mit einer Größe von 50-100 nm, welche den intraluminalen Vesikeln der multivesikulären Endosomen (MVE) entsprechen und bei der Fusion von MVE mit der Plasmamembran in die extrazelluläre Umgebung sekretiert werden. Die Sekretion von Exosomen konnte für eine Reihe von verschiedenen Zelltypen gezeigt werden und dient einer Vielzahl von Funktionen. Dies umfasst unter anderem den Transport von DNA, Proteinen und Lipiden für die interzelluläre Kommunikation, die Präsentation von Antigenen und die Sekretion von ungenutztem Material. Dabei ist die molekulare Komposition der Exosomen Zelltyp-spezifisch. So sind beispielsweise die Exosomen der B-Lymphozyten angereichert mit Cholesterin. Die strukturelle und funktionelle Integrität einer Zelle setzt eine strenge Regulation der Cholesterinhomeostase voraus. Wir wollten daher ermitteln, ob Exosomen zu dieser Homeostase beitragen können, indem sie Cholesterin aus der Zelle transportieren. In dieser Studie zeigen wir, dass die Bildung und Sekretion von Exosomen durch den Cholesteringehalt der Zelle reguliert werden. Während Oligodendrozyten ihre Exosomensekretion nach Methyl-beta-Cyclodextrin-induzierter Senkung des Cholesteringehalts verringern, führt eine Erhöhung des Cholesterinspiegels zur vermehrten Sekretion von Exosomen. Wir demonstrieren weiterhin, dass sich die Sekretion von Flotillin-2, einem membranassoziierten Markerprotein für Exosomen, verringert, wenn seine internen Cholesterinerkennungs-/interaktions- Aminosäurekonsensussequenzen (CRAC) mutiert sind. Die Verringerung der Flotillin-2-Expression durch siRNA führt zudem zu einer eingeschränkten Sekretion von Cholesterin durch Exosomen. Dieses Ergebnis stellt die Bedeutung von Flotillin-2 für den Cholesterintransport heraus. Der Transport von Cholesterin aus den späten Endosomen und Lysosomen zum Endoplasmatischen Retikulum und dem Golgiapparat wird durch die zwei Proteine NPC1 und NPC2 ermöglicht. In der Krankheit Niemann-Pick Typ C (NPC) führen Mutationen zum Funktionsverlust dieser beiden Proteine. Dies hat die Anhäufung von freiem Cholesterin und Sphingolipiden in den späten Endosomen und Lysosomen zur Folge. Das Krankheitsbild zeichnet sich durch eine fortschreitende Degeneration und Demyelinisierung von Nervenzellen aus und ist für die Patienten lethal. In der vorliegenden Studie können wir zeigen, dass Oligodendrozyten ihre Exosomensekretion in Folge einer endosomalen/lysosomalen Akkumulation von Cholesterin hoch regulieren. Die Akkumulation von Cholesterin wird dabei durch die Chemikalie U18666A oder durch Verringerung der Proteinsexpression von NPC1 mittels siRNA hervorgerufen. Eine vergleichbare Steigerung der Exosomensekretion lässt sich auch für die primären Fibroblasten ei! nes NPC-Patienten nachweisen. Weiterhin führt die Transfektion des Wildtyp npc1 Gens in Ovarienzellen des chinesischen Hamsters, welche ein nichtfunktionales NPC1 Protein expremieren, zu einer Aufhebung des Phänotyps der gesteigerten Exosomensekretion. Diese Ergebnisse deuten an, dass Exosomen der Zelle als molekulare Cholesterintransporter dienen. Sie umgingen damit den Cholesterinanstau in NPC, welcher die pathologische Anhäufung von Cholesterin in den späten Endosomen und Lysosomen verursacht. Darüber hinaus lässt sich schließen, dass die Sekretion von Exosomen zur Erhaltung der zellulären Cholesterinhomeostase beitragen könnte.