Research Abstract


Active macropinocytosis induction by stimulation of epidermal growth factor receptor and oncogenic Ras expression potentiates cellular uptake efficacy of exosomes

2015年6月3日 Scientific Reports 5 : 10300 doi: 10.1038/srep10300

エクソソームは脂質膜で構成された小胞(100ナノメートル程度)であり、正常および病気に関連したさまざまな種類の細胞から大量に分泌される。エクソソームは細胞間コミュニケーションに寄与しており、これまでエンドサイトーシスがエクソソームの細胞内取り込み経路として報告されている。しかしながら、この細胞内取り込みの詳しいメカニズムは未だに知られていない。今回我々は、上皮成長因子(EGF)受容体等のがん関連受容体の刺激によるマクロピノサイトーシス(アクチン再構築と細胞膜のラフリングを伴った細胞外液の貪食)の誘導が、エクソソームの細胞内取り込みを有意に増強することを明らかにした。我々はまた、がんの悪性化に関連することが知られているK-Ras変異体を発現し、マクロピノサイトーシスの高い誘導効率をもつMIA PaCa-2細胞が、野生型K-Ras発現BxPC-3細胞と比較して細胞外エクソソームを細胞内に高効率に輸送することを示した。さらに、エレクトロポレーション法を用いたエクソソーム内へのサポリン(リボソーム不活性化タンパク質)とEGFとのカプセル化によって、エクソソームの細胞内取り込みの増強を介したより優れた細胞傷害性を生じた。これらの結果は、エクソソームの細胞内取り込みメカニズムの理解や、エクソソームを利用した薬物送達技術の開発において重要な基礎的知見となることが考えられる。

Ikuhiko Nakase, Nahoko Bailey Kobayashi, Tomoka Takatani-Nakase & Tetsuhiko Yoshida

Corresponding Authors

中瀬 生彦
大阪府立大学 21世紀科学研究機構 ナノ科学・材料研究センター

吉田 徹彦
慶應義塾大学 先導研究センター

Exosomes are approximately 100-nm vesicles that consist of a lipid bilayer of cellular membranes secreted in large quantities from various types of normal and disease-related cells. Endocytosis has been reported as a major pathway for the cellular uptake of exosomes; however, the detailed mechanisms of their cellular uptake are still unknown. Here, we demonstrate the active induction of macropinocytosis (accompanied by actin reorganisation, ruffling of plasma membrane, and engulfment of large volumes of extracellular fluid) by stimulation of cancer-related receptors and show that the epidermal growth factor (EGF) receptor significantly enhances the cellular uptake of exosomes. We also demonstrate that oncogenic K-Ras-expressing MIA PaCa-2 cells exhibit intensive macropinocytosis that actively transports extracellular exosomes into the cells compared with wild-type K-Ras-expressing BxPC-3 cells. Furthermore, encapsulation of the ribosome-inactivating protein saporin with EGF in exosomes using our simple electroporation method produces superior cytotoxicity via the enhanced cellular uptake of exosomes. Our findings contribute to the biological, pharmaceutical, and medical research fields in terms of understanding the macropinocytosis-mediated cellular uptake of exosomes with applications for exosomal delivery systems.