Sulev Ingerpuu
Rakkude suhtlemine paljurakulises organismis on väga oluline selleks, et hoida organismi homöostaasi ehk sisemist tasakaalu ning juhtida tema arengut, toimimist, aga ka mõjutada seal kulgevaid haiguslikke protsesse. Et rakud saaksid omavahel suhelda, saadavad nad lähikeskkonda mitmesuguseid molekule (näiteks hormoone, neurotransmittereid, kasvufaktoreid ja antikehi), mille märklaudrakud seovad retseptorite abil oma pinnale ning võtavad tsütoplasmasse. Peale selle on rakud üksteisega või rakkudevahelise maatriksiga kontaktis oma pinnamolekulide kaudu.
Läbilõige eksosoomist kui kõige väiksemast rakuvälisest vesiikulist ja selles olevaist nn kuumašokivalkudest Hsp70. Eksosoomide läbimõõt on 50–100 nm. GUILLAUME PELLETIER / WIKIPEDIA
Eelmise sajandi lõpukümnenditel avastas mitu uurijat, et rakud suhtlevad täiesti uuel viisil, kasutades nn rakuväliseid vesiikuleid. Nende olemasolu sai kinnituse 1960. aastatel ning peagi algasid uuringud, et jõuda selgusele, kuidas need imeväiksed osakesed, mida rakud välja heidavad, on ehitatud ja kas neil on organismis kindel ülesanne.
Esimesed viited rakuvälistele vesiikulitele saadi juba 1946. aastal, kui Erwin Chargaff ja Randolph West nägid neid, uurides trombotsüüte ehk vereliistakuid, mis on kõige väiksemad tuumata vererakud. 1967. aastal leidis Peter Wolf, et vereliistakud eraldavad lähikeskkonda lipiide sisaldavaid imepisikesi moodustisi, mille ta nimetas „vereliistakute tolmuks“. 1971. aastal esitas Sheldon Aaronson koos kolleegidega termini „rakusisesed ja -välised vesiikulid“. Need uurijad tegid elektronmikroskoopiapiltidelt kindlaks, et rakkude sees ja ka väliskeskkonnas on väikesed membraaniga ümbritsetud kerad ehk vesiikulid.
Enamgi veel, nad näitasid, et vesiikulid tekivad raku tsütoplasmas paiknevatest organellidest, viidates asjaolule, et nende moodustumine on rakkude elutegevuse loomulik osa ning see ei ole seotud rakkude töötlemisega. Seega, rakuvälised vesiikulid ei ole viiruslaadsed osakesed ega ka rakkude tükikesed, vaid rakkude normaalse elutegevuse produktid. Praegusel ajal nimetatakse rakuvälisteks vesiikuliteks rakkudest vabanevaid lipiidse kaksikkihiga ümbritsetud osakesi, mis ei ole võimelised iseseisvalt paljunema, sest nendes ei ole tuuma. 2011. aastal loodi rahvusvaheline rakuväliste vesiikulite ühing (ISEV) ning järgmisel aastal hakkas ilmuma ajakiri Journal of Extracellular Vesicles (Rakuvälised Vesiikulid). Selleks et luua väga kiiresti arenevas valdkonnas ühesugune käsitlus, milliseid struktuure nimetada rakuvälisteks vesiikuliteks, ning eri vesiikulite klassifikatsiooni alused, avaldas ISEV 2014. aastal dokumendi „Vähim teave rakuväliste vesiikulite uurimise kohta“ („Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles“, MISEV). Praeguseks on ilmunud kolm sellist dokumenti, neist viimane, MISEV23, 2023. aastal.
Suur segadus
Rakuvälised vesiikulid vabanevad kõigist rakutüüpidest, neid on leitud loomsete rakkude, aga ka taime-, seene-, arhea- ja isegi bakterirakkude lähikeskkonnast.
Rakke sadestatakse katsetuubi põhja tsentrifuugimise teel. Olenevalt raku tüübist on selleks vaja suhtelist tsentrifugaaljõudu (RCF, ühikuks ×g) vahemikus 500–2000 ×g. Et sadestada rakuväliseid vesiikuleid keskkonnast, millest on rakud juba eraldatud, tuleb rakendada ultratsentrifuuge ning RCF-i väärtus peaks olema 10 000 – 100 000 ×g. Niisugustes tingimustes sadenevad vesiikulid, mille suurus ulatub 40 nanomeetrist (nm) kuni 5 mikromeetrini (µm).
Veendunud vesiikulite olemasolus, tekkis uurijatel küsimus, kas need eri suurusega vesiikulid on kõik sama ehitusega, sisaldavad samu komponente, on samasuguse tekkega ja kas neil on organismis täita ühesugune ülesanne. Selgus, et sellisesse suurusvahemikku langeb vähemalt kolme tüüpi vesiikuleid, mis on tekkelt, sisaldistelt ja funktsioonidelt täiesti erinevad. Pilt läks veelgi segasemaks, kui eletronmikroskoopia abil saadud fotodel nähti üllatusega, et rakkude sees astsevad ebakorrapärased membraaniga ümbritsetud struktuurid, mille suurus on 500–1000 nm. Nende sees on aga omakorda ümarad membraaniga vesiikulid keskmise suurusega 40 nm. Veel enam, varsti leiti, et rakumembraanist punguvad välja vesiikulid, mida ümbritsev membraan on rakumembraani osa, seega sisaldab samu lipiide ja valke, mis on rakumembraaniski.
Kõik selleks ajaks kogutud andmed panid aluse rakuväliste vesiikulite uurimise ajaloo suurele segaduste ajastule, mis kestis 1990. kuni 2010. aastani. Kuigi peale tsentrifuugimise ja elektronmikroskoopia hakati kasutama uusi vesiikulite tuvastamise meetodeid (nanoosakeste jälgimise analüüs, läbivoolutsütofluorimeetria), ei suutnud eri töörühmad täpselt kinnitada, millist tüüpi vesiikuleid nad katsetes olid kasutanud. Arvatavasti tuleks sellel ajavahemikul avaldatud uusrimistulemused kriitiliselt üle vaadata: kuna tihti pole selge, millise vesiikulitüübiga oli tegemist, ei või olla kindel ka saadud tulemuste õigsuses. Teaduses on ennegi ette tulnud, et uued teadmised ja meetodid lükkavad varasemad arusaamad ümber.
Suur segadus oli ka rakuväliste vesiikulite nimetustega. Neid nimetati eksosoomideks, mikrosoomideks, ektosoomideks, membraanseteks osakesteks, eksosoomidesarnasteks vesiikuliteks ja apoptootilisteks vesiikuliteks, näitamata ära, mille poolest just nimetatud vesiikulid teistest erinevad.
Alles 2011. aastal pakkusid Bence Gyorgy jt, et tuleks eristada kolme tüüpi rakuväliseid vesiikuleid: eksosoomid, rakkude aktiveerumisel rakumembraanist eralduvad mikrovesiikulid ja rakkude apoptoosi ehk programmeeritud surma korral tekkivad apoptootilised vesiikulid. 2000. aastate alguseks kogunenud andmed viitasid selgelt tõsiasjale, et need kolm vesiikulitüüpi on nii tekkelt kui ka sisaldiste poolest täiesti erinevad! Veelgi enam, nad täidavad organismis väga erisuguseid ülesandeid.
Kolm tüüpi rakuväliseid vesiikuleid
Alustame eksosoomidest kui kõige väiksematest rakuvälistest vesiikulitest, mille läbimõõt on 50–100 nm ning mis sadenevad ultratsentrifuugimisel 100 000 ×g juures. Termin „eksosoom“ (kr exo ’väline’ ja soma ’keha) võeti kasutusele juba 1970. aastatel, kuid kindlat tüüpi rakuväliste vesiikulite tähistamiseks hakati seda kasutama alles 20 aastat hiljem. Eksosoomid tekivad raku tsütoplasmas endosoomides, mis arenevad multivesikulaarseteks kehadeks (MVK), liiguvad nende koosseisus raku plasmamebraani siseküljele, kus MVK-d ühinevad plasmamembraaniga, mille järel visatakse nad rakust välja.
Veel mõni aasta tagasi väideti, et tetraspanniinid CD9, CD63 ja CD81 on spetsiifilised eksosoomide markervalgud, kuid praeguseks on see ümber lükatud. Nimelt leidub samu valke ka mikrovesiikulite membraanis ning tegelikult ei olegi kindlaid makromolekule, mille alusel neid kahte vesiikulitüüpi eristada. Eksosoomide sees võib leida eri tüüpi RNA-d (näiteks mikro-RNA, nn sõnumi-RNA ehk mRNA või siis transport-RNA), aga ka DNA-d.
Teine rakuväliste vesiikulite tüüp on mikrovesiikulid (MISEV23 pakub nimetuse „ektosoomid“). Mikrovesiikulid sadenevad ultratsentrifuugimisel 10 000 ×g juures ning nende läbimõõt on 100–1000 nm. Nende tekkel sopistub raku plasmamembraan välja ning osa raku tsütoplasmast haaratakse vesiikuli valendikku. Tihti eralduvad mikrovesiikulid rakust nende jätkete kõige tipmise osa kaudu. Kuna mikrovesiikuleid ümbritsev membraan on pärit lähteraku plasmamembraanist, on enamik seal asuvaid valke ja lipiide samad mis raku plasmamembraanis. See tähendab, et mikrovesiikuli membraani molekulaarne koostis väljendab lähteraku plasmamembraani eripära ning seetõttu on eri rakulise päritoluga mikrovesiikulid üksteisest väga erinevad.
Kuigi mikrovesiikulid ja eksosoomid erinevad rakust eraldumise mehhanismi tõttu tublisti, on suured eksosoomid suuremad kui väiksed mikrovesiikulid, nende membraanis on palju samasuguseid makromolekule ning ka nende sisaldised on tihti sarnased. Mikrovesiikulite membraanis on samad tetraspaniinid mis eksosoomideski, aga seal on ka hulk teisi valke, mis eksosoomides puuduvad. Mikrovesiikulitest on leitud ka erisuguseid RNA-sid, kuid mitte DNA-d.
Läbivalgustus-elektronmikroskoopia abil nähtavaks tehtud rakuvälised vesiikulid kasvajarakkude THP-1 kasvukeskkonnas. APO-ga on tähistatud apoptootiline keha, MV-ga mikrovesiikul ja EXO-ga eksosoom. Pildi mõõtkava on esitatud nanomeetrites. ALLIKAS: OSTEIKOETXEA ET AL. ORGANIC & BIOMOLECULAR CHEMISTRY, 2015
Apoptootilised kehad on suured vesiikulid (diameeter 1–5 µm), mis tekivad siis, kui rakk läheb programmeeritud surma ehk apoptoosi. Selle käigus laguneb rakk membraaniga ümbritsetud tükkideks, mis võtavad vesiikuli kuju. Ehkki apoptootilised kehad sisaldavad DNA-d, histoone ja raku osi ning osa autoreid on nad arvanud rakuväliste vesiikulite hulka, ei osale nad rakkude suhtluses ning seetõttu piirdume üksnes nende äramärkimisega.
Vereliistakute, tuumata vererakkude aktiveerumise korral paikneb valgu laminiin α4-ahel raku tsütoplasmas ja tema jätketes asuvates mikrovesiikulites, millele osutavad nooled. Punase mõõtkavajoone pikkus 5 μm. SULEV INGERPUU
Kas vaenlased või sõbrad?