БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 2, с. 208 - 224

УДК 576.52, 576.54

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

Обзор

Г.О. Скрябин, А.В. Комельков*, Е.Е. Савельева, Е.М. Чевкина

ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России,

115478 Москва, Россия; электронная почта: komelkov@gmail.com

Поступила в редакцию 01.10.2019

После доработки 28.11.2019

Принята к публикации 28.11.2019

Экзосомы, секретируемые экстраклеточные везикулы, формирующиеся в системе внутриклеточного вези

кулярного транспорта, играют важнейшую роль в дистанционной межклеточной коммуникации. Экзосомы

переносят активные формы биомолекул различных классов, причем молекулярный состав их содержимого

является результатом направленного отбора и зависит от типа клеток продуцентов. Механизмы, лежащие в

основе формирования экзосом и селекции переносимых биомолекул (экзосомального карго), до сих пор ос

таются не до конца понятными. Предполагается, что существует несколько путей биогенеза экзосом, хотя

вопросы о независимости этих путей и их одновременном сосуществовании в клетке остаются открытыми.

Наименее изученным является недавно обнаруженный механизм формирования экзосом, связанный с ли

пидными рафтами или мембранными липидными микродоменами. В данном обзоре приведены современ

ные представления и основные гипотезы о механизмах биогенеза и секреции экзосом и обобщены имею

щиеся в настоящее время данные об участии липидных рафтов и составляющих их молекул в этом процес

се. Отдельное внимание уделено анализу возможной роли в формировании экзосом рафт образующих бел

ков семейства SPFH, компонентов плоских рафтов, а также кавеолина, основного компонента кавеол.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: экзосомы, липидные рафты, SPFH белки, кавеолин.

DOI: 10.31857/S0320972520020050

Экзосомы относятся к гетерогенной группе

Основным отличием экзосом от других типов

экстраклеточных везикул (ЭКВ). Несмотря на

ЭКВ (микровезикулы, апоптотические тельца,

то, что открытием экзосом считают работу

псевдоретровирусные частицы и др.) является

Johnstone et al. 1987 г. [1], термин «экзосомы»

их биогенез - они не являются результатом пря

впервые был введен в 1981 г. для обозначения

мого отпочкования везикул от ПМ родительс

отпочковывающихся мембранных структур с 5′

ких клеток, но формируются в системе внутри

нуклеазной активностью [2]. Эти структуры,

клеточного везикулярного транспорта и высво

включая крупные везикулы размером до 1000 нм,

бождаются во внеклеточную среду при слиянии

впоследствии получившие название микровези

мультивезикулярных эндосом (МВЭ) с ПМ.

кулы (также известные как микрочастицы, эк

Экзосомы представляют собой сферические

тосомы или отщепляющиеся везикулы), и мел

тельца, окруженные билипидной мембраной,

кие до 150 нм (соответствующие экзосомам) бы

что делает эти структуры крайне стабильными и

ли обнаружены в экспериментах in vitro на клет

позволяет сохранить активность переносимых в

ках глиомы и нейробластомы. В более поздних

их составе биоактивных молекул, таких как бел

работах на культивируемых ретикулоцитах был

ки, липиды, нуклеиновые кислоты, в том числе,

открыт механизм секреции экзосом при слия

различные виды РНК, а также генетический ма

нии поздних мультивезикулярных эндосом с

териал вирусов [4]. На своей поверхности они

плазматической мембраной (ПМ) [3]. И нако

несут рецепторы, молекулы адгезии, интегри

нец, в 1987 г. было показано высвобождение ре

ны, тетраспанины и другие трансмембранные и

цептора трансферрина в составе везикул диффе

поверхностные белки (рис. 1), которые помога

ренцирующихся ретикулоцитов [1], и термин

ют им адсорбироваться на клетках реципиентах

«экзосомы» стал использоваться в противопо

и/или взаимодействовать с ними. Некоторые

ложность эндосомам, - везикулам, формирую

тетраспанины, такие как СD9, CD63, CD81,

щимся в процессе различных форм эндоцитоза.

принято считать маркерами экзосом, хотя воп

рос их строгой специфичности для данного типа

* Адресат для корреспонденции.

ЭКВ остается открытым.

208

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

209

карго. Часть молекул в составе тубулярных от

ростков возвращается к поверхности клетки

(т.н. быстрая или прямая рециклизация). Для

более «детальной» сортировки и возвращения

молекул на отдельные участки ПМ существует и

более продолжительная рециклизация, опосре

дуемая эндосомальным рециклизационным

компартментом. Параллельно с рециклизацией

в процессе созревания эндосом происходят

многочисленные инвагинации их мембраны и

отпочковывание внутрь интралюминальных ве

зикул (ИЛВ) - предшественников экзосом [5].

Таким образом, внутреннее содержимое экзо

сом имеет цитоплазматическое происхождение.

По мере продвижения от ПМ к центру клетки

ранние эндосомы превращаются в поздние

мультивезикулярные эндосомы или мультиве

зикулярные тельца. При этом происходят изме

нения липидного и белкового состава, сниже

Рис. 1. Схема структурной организации экзосом. К биомо

ние pH и накопление ИЛВ [6]. Зрелые МВЭ мо

лекулам, передаваемым в составе карго, относят белки

(мутантные и активированные формы сигнальных бел

гут сливаться либо с лизосомами, что приводит

ков), липиды, мРНК, тРНК и их фрагменты, рРНК, длин

к деградации карго, либо с ПМ, что приводит к

ные некодирующие РНК, микроРНК и другие малые не

высвобождению экзосом во внеклеточное

кодирующие РНК (piRNA, snRNA, snoRNA, scaRNA,

пространство. До сих пор нет единого мнения о

Y RNA, siRNA и др.).

том, чем определяется судьба МВЭ. Есть гипо

С цветным вариантом рис. 1 можно ознакомиться в элек

тронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/

теза, согласно которой в клетках присутствуют

journal/biokhsm/

одновременно разные субпопуляции МВЭ, раз

личающиеся по липидному и белковому соста

ву [7].

Результатом прикрепления экзосом к поверх

Процесс образования экзосом неразрывно

ности клетки является передача молекул их со

связан с процессом отбора их содержимого. Раз

держимого во внутриклеточное пространство

личают два основных типа такого отбора (сорти

клетки мишени (при слиянии мембран либо с

ровки биомолекул) и, соответственно, два меха

помощью эндоцитоза) или передача сигналов

низма формирования ИЛВ в зависимости от на

по принципу лиганд рецепторного взаимодей

личия или отсутствия специальных ESCRT

ствия с последующим изменением внутрикле

комплексов, включающих в себя более 20 бел

точных сигналов. Экзосомы найдены почти во

ков, относящихся к четырем классам ESCRT

всех жидкостях человека, в том числе в плазме и

(Endosomal Sorting Complexes Required for

сыворотке крови, слюне, моче, сперме, грудном

Transport) — ESCRT 0, I, II и III. ESCRT за

молоке, спинномозговой, амниотической и

висимый тип формирования ИЛВ изучен доста

слезной жидкостях.

точно подробно. Так, было установлено, что ге

Биогенез экзосом и отбор экзосомального со-

теродимер ESCRT 0 узнает убиквитинирован

держимого. Биогенез экзосом происходит в сис

ные белки и привлекает их к ПМ, формируя тем

теме внутриклеточного везикулярного транс

самым сортировочные микродомены (sorting

порта. Формируемые в процессе эндоцитоза ин

microdomains) и отвечая за отбор содержимого

вагинации на ПМ образуют первичные везику

будущей экзосомы. Помимо этого он рекрути

лы, которые при слиянии друг с другом образу

рует комплексы ESCRT I и II, которые также

ют т.н. ранние эндосомы. Ранние эндосомы яв

могут связывать карго (например, ESCRT II

ляются нестабильными и морфологически не

привлекает различные РНК), но преимущест

однородными структурами: в процессе т.н. со

венно они индуцируют инвагинацию участка

зревания и движения от периферии клетки к яд

мембраны с выбранным «грузом». Кроме того,

ру в их составе формируются вытянутые тубу

они привлекают белок Alix, который, в свою

лярные участки и участки с внутренними инва

очередь, рекрутирует комплекс ESCRT III, в

гинациями мембраны. В ранних эндосомах про

состав которого входят белки, отвечающие за

исходит диссоциация комплексов рецептор ли

финальные этапы формирования ИЛВ - отде

ганд, захваченных в процессе эндоцитоза, и

ление сформировавшегося пузырька и диссоци

первичная сортировка их содержимого, или

ацию комплекса от мембраны [5].

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

210

СКРЯБИН и др.

Рис. 2. Гипотетическая схема рафт зависимого пути формирования ИЛВ (адаптировано из Villarroya Beltri et al.) [9]. Сок

ращения: DAG - диацилглицерол, DGK - диацилглицерол киназа, LBPA - лизобисфосфатидная кислота, PA - фосфа

тидная кислота, PC - фосфатидилхолин, PLD - фосфолипаза D, PG - фосфатидилглицерол, S1P сфингозин 1 фосфат,

SMase2 - нейтральная сфингомиелаза 2, SMS2 - сфингомиелин синтаза 2. Подробнее см. в тексте.

С цветным вариантом рис. 2 можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/

biokhsm/

Позднее был показан механизм, который

одной стороны, служить сборочными платфор

может быть не связан с убиквитинированием и

мами для белковых комплексов и рекрутинга

считается ESCRT независимым, хотя и требует

белков, с другой — вызывать инвагинацию и от

участия белка Alix и, предположительно, комп

почковывание мембран с помощью процесса,

лекса ESCRT III. Этот путь связан с трансмемб

инициируемого церамидом [12, 13]. Механизм

ранными белками синдеканами и синтенином.

отбора экзосомального содержимого в этом слу

Данные белки участвуют в связывании большо

чае остается малоизученным; предполагается,

го количества лигандов, включая различные хе

что в нем могут играть роли тетраспанины [14] и

мокины, факторы роста, а также молекулы адге

флотиллины [15]. Описываемый путь секреции

зии, интегрины и др. Карго зависимая олигоме

экзосом не зависит от подавления продукции

ризация синдекана и его связывание с молеку

компонентов ESCRT белков Hrs, Alix или

лами синтенина приводят, в частности, к рекру

Tsg101 [12], что подтверждает независимость

тированию тетраспанина CD63 и белка Alix и, в

данного процесса от ESCRT ассоциированного

конечном счете, к формированию ИЛВ [8-10].

пути формирования ИЛВ.

Наконец, целый ряд данных, накопившихся

Как уже было сказано, МВЭ могут сливаться

за последнее время, указывает на существование

либо с лизосомами, либо с ПМ. Существует ги

третьего механизма биогенеза ИЛВ, отличного

потеза, согласно которой содержимое ИЛВ при

от ESCRT и синдекан/синтенин зависимых

первом варианте отбирается по ESCRT зависи

путей и связанного с липидными микродомена

мому пути и ведет к деградации содержимого

ми на мембранах [5, 10, 11]. Этот тип сортиров

МВЭ, в то время как второй путь (выход клеточ

ки карго и формирования ИЛВ изучен менее

ного содержимого в виде экзосом в межклеточ

подробно и связан с изменением липидного

ное пространство) представляется рафт и цера

состава эндосомальной мембраны, при котором

мид зависимым [5]. В то же время есть данные,

липиды кластеризуются в специфические суб

свидетельствующие о том, что, как минимум,

домены (рафты), обусловливающие инвагина

некоторые компоненты ESCRT комплексов, та

цию мембраны и формирование везикул

кие как Alix и Tsg101, участвуют в продукции и

(рис. 2). Эти высокодинамичные и очень гете

тех ИЛВ, которые впоследствии секретируются

рогенные структуры (подробнее далее) могут, с

в качестве экзосом [10].

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

211

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

щее время под ЛР понимают динамичные нано

ЛИПИДНЫХ РАФТОВ

участки мембран (насыщенные стеролами,

сфинголипидами, а также определенными бел

Понятие липидных микродоменов, или ли

ками), которые могут достигать метастабильно

пидных рафтов (ЛР), относят прежде всего к ха

го состояния за счет липид липидных, липид

рактеристике ПМ, однако сходные структуры

белковых или белок белковых взаимодействий

обнаруживаются и на мембранах различных

[17, 18]. Боковые цепи жирных кислот фосфо

внутриклеточных компартментов. Далее мы

липидов имеют тенденцию быть длиннее и бо

приведем краткие сведения о структуре и функ

лее насыщенными в ЛР, чем в окружающей

циональном значении этих доменов.

мембране, что позволяет им плотнее упаковы

Строение ПМ до начала 1980 х гг. было опи

ваться. Присутствие холестерола обусловливает

сано гипотезой Cингера и Николсона, пред

меньшую текучесть образовавшегося домена,

ставляющей ее как «море» липидов, в котором

что объясняет устойчивость ЛР к действию не

плавают «айсберги» мембранных белков [16].

ионных детергентов [17]. В дополнение к мемб

Однако с накоплением данных о гетерогенности

ранным компонентам активную роль в поддер

ПМ, в частности, о полярном расположении

жании и ремоделировании ЛР играет актин.

гликосфинголипидов в мембранах эпителиаль

Также на мембранную организацию может до

ных клеток, а также с обнаружением детергент

полнительно влиять асимметричное расположе

устойчивых участков мембран, обогащенных

ние липидов в наружном и внутреннем слое ПМ

стеролами и сфинголипидами (которые способ

(рис. 3).

ны к агрегации за счет образования водородных

Оценка размеров ЛР крайне затруднена

связей), была выдвинута гипотеза липидных

вследствие их высокой динамичности и неста

рафтов, или мембранных микродоменов. Со

бильности. Также до сих пор остается мало по

гласно этой гипотезе, ПМ представляется не в

нятным и время существования этих структур, а

виде пассивного бислоя липидов, но морфоло

также площадь поверхности мембран, охватыва

гически гетерогенной структуры, в которой

емая липидными плотами в целом в единый мо

можно разделить текучее «море» фосфолипидов

мент времени. Все эти параметры - относитель

и более плотные «плоты» (рафты), обогащенные

ная площадь, размер и время жизни мембран

сфинголипидами и холестеролом. На заре этой

ных доменов — могут варьировать в широких

гипотезы взаимодействию между этими липида

пределах: от небольших изолированных корот

ми отдавали главную роль в формировании ЛР,

коживущих доменов до непрерывных рафтов

что необходимо, однако недостаточно. В настоя

возрастающего размера в зависимости от мно

Рис. 3. Строение липидных рафтов (адаптировано из Levental et al.) [45]. Пояснения в тексте.

С цветным вариантом рис. 3 можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/

biokhsm/

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

212

СКРЯБИН и др.

жества факторов, включая тип клетки и фазу

Несмотря на крайне гетерогенную природу

клеточного цикла, а также от активации клеточ

рафтов, различают два основных морфологи

ных процессов, таких как эндоцитоз и экзоци

ческих типа ЛР: «планарные», или плоские ЛР, и

тоз, метаболизм липидов и связывание класте

«инвагинированные» рафты, которые еще назы

ризующих агентов (антител, токсинов и различ

вают кавеолярными, или кавеолами, в форми

ных лигандов) с их рецепторами [17]. Например,

ровании которых принимают участие белки ка

по разным данным, структуры, устойчивые к

веолины. Некоторыми учеными выделяется

действию 1% го Triton X 100, могут составлять

рафт подобный подтип - тетраспанин обога

порядка половины всей клеточной поверхности.

щенные микродомены (TEMs). Плоские ЛР

Однако работы на основе высокоразрешающей

морфологически неотличимы от ПМ - они ле

электронной микроскопии «отводят под рафты»

жат в плоскости мембраны, не образуя инваги

менее 35% [19] либо даже 13% ПМ [20]. Послед

наций, а время их жизни варьирует от миллисе

ние данные указывают на большую степень

кунд до секунд, определение их точного размера

присутствия упорядоченных рафт подобных

до сих пор проблематично. Принято считать

участков мембран с вкраплениями менее упоря

плоские ЛР структурами, в среднем, от 10 до

доченных (не рафтовых) доменов. В настоящее

200 нм [24]. Анализ рафтовых структур в живых

время принята гипотеза динамической гетеро

клетках, проведенный с применением комбина

генности фазовых участков мембран. Сочетание

ции методов флуоресцентной корреляционной

относительно насыщенных липидов, ненасы

спектроскопии (FCS) и микроскопии на основе

щенных липидов и холестерола в модельной

подавления спонтанного испускания (STED

мембране приводит к разделению жидкостной

микроскопии), выявил существование холесте

фазы и установлению двух различных фаз (кото

рол насыщенных доменов размером

~20 нм,

рые по прежнему являются жидкими по своей

концентрирующих белковые молекулы с перио

природе) [21]. Одна из этих фаз является более

дом существования 10-20 мс [25].

вязкой, чем другая вследствие более плотной

Инвагинированные ЛР (или кавеолы) пред

упаковки и более высокого молекулярного по

ставляют собой морфологически различимую

рядка составляющих ее липидов. Эта более упо

структуру, поэтому размер кавеолярных рафтов

рядоченная фаза, как полагают, представляет

может быть определен с помощью электронной

собой потенциальную физическую модель для

микроскопии. В среднем, они имеют диаметр

липидных рафтов в клеточных мембранах. На

50-100 нм, однако способны агрегировать в

начальном этапе образования рафтов существу

структуру, напоминающую гроздь винограда,

ют наноразмерные агрегаты (nanoscale assem

достигающую больших размеров [26].

blies) стеролов, сфинголипидов и рафт образую

Роль липидных рафтов в биогенезе экзосом.

щих белков, поддерживаемые актиновыми фи

Как уже говорилось, одним из основных

ламентами [22]. В ответ на внешний сигнал или

свойств ЛР является их обогащенность стерола

события мембранного трафика за счет липид

ми и сфинголипидами, причем липиды в этих

липидных, липид белковых или белок белко

наноучастках обогащены насыщенными и более

вых взаимодействий образуются нанометровые

длинными углеводородными цепями и гидрок

рафтовые платформы, которые уже способны

силированными церамидными цепями. Цера

участвовать в сигналинге. Дальнейшая класте

мид является одним из ключевых липидов, об

ризация ведет к появлению микрометровых

наруживаемых в составе ИЛВ и на мембранах

рафтовых «фаз», плотных структур, способных к

МВЭ. Он образуется из сфингомиелина под

равновесному существованию, окруженных бо

действием фермента нейтральной сфингомие

лее текучей мембраной.

лазы 2 го типа. Показано, что внутренний слой

Сходные структуры присутствуют не только

экзосомальной мембраны обогащен церамидом

на ПМ, но и на мембранах клеточных органелл.

[27]. Церамиды способны вызывать спонтанное

При этом градиент концентрации холестерола

искривление мембраны внутрь и объединять оп

играет важную роль: в ЭПР новосинтезирован

ределенные домены, способствуя образованию

ные белки с разными по длине трансмембран

и поддержанию формы будущих ИЛВ. Помимо

ными доменами инкорпорированы в участки,

церамида, мембраны экзосом также обогащены

обедненные холестеролом (а значит более теку

холестеролом. Более того, накопление в составе

чие), где они остаются смешанными до входа в

мембран холестерола увеличивает секрецию

цис Гольджи. В аппарате Гольджи (АГ) концент

флотиллин позитивных экзосом [28], а подав

рация холестерола возрастает по мере продви

ление сфингомиелазы приводит к снижению

жения к его транс домену, обеспечивая тем са

продукции экзосом [29]. Этот эффект показан и

мым сегрегацию белков с короткими и длинны

в других работах: так, инкубация клеток с инги

ми трансмембранными доменами [23].

битором нейтральной сфингомиелазы GW4869

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

213

приводила к уменьшению количества экзосом

и слияния мембран при формировании секре

[30, 31].

торных везикул [41]. Имеются данные о том, что

Интересно, что подавление образования эк

подавление ДАГ киназы, которая уменьшает

зосом сопровождалось увеличением продукции

концентрацию ДАГ, превращая его в фосфатид

микровезикул, что может свидетельствовать о

ную кислоту, усиливает секрецию CD63 пози

необходимости клетки компенсировать недоста

тивных экзосом [42]. Также на секрецию экзо

ток экзосом с помощью иных механизмов секре

сом влияет активность фосфолипазы D (PLD),

ции везикул [32]. Однако снижение активности

присутствие которой показано в эндосомальных

сфингомиелазы не всегда сопряжено с подавле

компартментах и экзосомах [43]. Помимо гидро

нием экзосом. Например, подавление этого фер

лиза фосфатидилхолина, PLD2 вовлечена в био

мента в линии PC 3 не влияло на уровень экзо

синтез лизобисфосфатидной кислоты (LBPA),

сом [33]. Возможно, это связано с преобладани

образуя ее предшественника - фосфатидилгли

ем ESCRT или синдекан/синтенин зависимых

церол. Мультивезикулярные тельца и ИЛВ обо

механизмов по отношению к рафт зависимым

гащены LBPA, которая обусловливает внутрен

процессам формирования экзосом в разных ти

нюю инвагинацию и образование ИЛВ. Инте

пах клеток либо даже в одних и тех же клетках

ресным представляется тот факт, что LBPA взаи

при разных условиях. Важно отметить, что одни

модействует как с Alix, так и с белком теплового

и те же клетки могут производить разные субпо

шока Hsp70, который часто обнаруживается в

пуляции везикул, которые отличаются по мор

составе экзосом и иногда используется в качест

фологии [34], молекулярному составу [35] и даже

ве экзосомального маркера [9].

«адресной» доставке, то есть аффинности экзо

Рафт-образующие белки в биогенезе экзосом.

сом к определенным клеткам реципиентам [36].

Если о белках, ответственных за формирование

Многочисленные эксперименты доказывают ге

ИЛВ и отбор экзосомального карго в случае

терогенность состава экзосом, полученных из

ESCRT зависимого пути биогенеза экзосом,

одних клеточных линий. Например, экзосомы,

имеется достаточно много информации, то о

продуцируемые базальной и апикальной мемб

белках, выполняющих аналогичные функции

ранами поляризованных эпителиальных клеток,

при рафт зависимом пути биогенеза экзосом,

различаются по составу [37, 38]. Подобная гете

почти ничего не известно. К белкам, проявляю

рогенность состава предполагает существование

щим высокую аффинность к ЛР (рафтофиль

специализированных механизмов селективного

ным белкам), относятся гликозилфосфатидили

отбора содержимого в экзосомы. Интересно, что

нозитол (GPI) заякоренные белки (GPI AP),

и передача экзосом клеткам реципиентам также

дважды ацилированные белки (например, кина

может зависеть от церамида [39].

зы семейства Src или α субъединицы G бел

Еще один метаболит сфингомиелина, сфин

ков), пальмитоилированные белки, обладаю

гозин 1 фосфат, также играет важную роль в

щие сродством к холестеролу, и трансмембран

формировании МВЭ, а подавление производя

ные белки, особенно если они пальмитоилиро

щего его фермента сфингозин киназы 2 или его

ваны [44]. Хотя GPI заякоренные белки были

рецепторов приводит к снижению продукции

открыты одними из первых в составе детергент

CD63 , CD81 , флотиллин позитивных ИЛВ и

устойчивых участков мембран, их отношения с

экзосом [40]. Авторы предполагают, что боль

ЛР остаются неясными, однако можно утверж

шое значение церамида в продукции экзосом

дать, что их взаимодействия с липидами регули

может быть отчасти обусловлено его последую

руют структуру и функции мембран. К другим

щим метаболизмом и превращением в сфинго

часто встречающимся компонентам ЛР отно

зин 1 фосфат.

сятся малые G белки, рецепторы факторов рос

Другим липидом, задействованным в рас

та EGFR, PDGFR, MAP и Src киназы, клатри

сматриваемом процессе, является диацилглице

ны, галектины и др. В общем случае, белки, ко

рол (ДАГ), который обеспечивает формирование

торые взаимодействуют с мембраной с по

секреторных везикул. ДАГ наряду с инозитол

мощью липидных якорей, «следуют правилам»,

1,4,5 трифосфатом и другими фосфоинозитида

установленным липидами: якоря, состоящие из

ми образуют сайты связывания с мембраной для

насыщенных жирных кислот и стеролов (таких

привлечения растворимых белков, в том числе

как GPI или пальмитоилированные фрагменты)

сигнальных молекул, обеспечивают стабилиза

обычно предпочитают упорядоченные участки

цию белковых комплексов на мембране и их ак

мембран (т.е. рафты), тогда как якоря разветв

тивацию. Эти липиды необходимы и для взаимо

ленных или ненасыщенных жирных кислот

действия белков цитоскелета с мембраной, в том

(пренильные группы) предпочитают неупорядо

числе при реорганизации мембраны, связанной

ченные (не рафтовые) регионы [45] (рис. 3).

с различного рода процессами отпочковывания

При этом важно уточнить, что посттрансляци

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

214

СКРЯБИН и др.

онные модификации, в частности, пальмитои

вые структуры). Эти белки активно участвуют в

лирование, не являются достаточным условием

ключевых процессах реорганизации мембран,

включения белка в состав ЛР. Существует мно

происходящих с участием ЛР, в том числе в раз

жество пальмитоилированных белков, не входя

личных типах клатрин независимого эндоцито

щих в состав ЛР, включая маркер не рафтовых

за (т.н. рафт зависимый). Этот тип эндоцитоза,

мембран, рецептор трансферрина [23]. Более то

в свою очередь, разделяют в зависимости от

го, есть гипотеза, согласно которой не ЛР прив

участия малых G белков на Arf6 и Rho зависи

лекают пальмитоилированные белки, а мобили

мые типы, а также в зависимости от участия

зация пальмитоилированных белков приводит к

РОБ — на кавеолин зависимый [52] и флотил

рекрутингу насыщенных липидов, что влечет за

лин зависимый [53, 54]. Хотя процессы эндоци

собой образование ЛР [46].

тоза на ПМ и образования ИЛВ на мембранах

Белки в составе ЛР принимают участие в

эндосом, по видимому, имеют большое сход

различных клеточных процессах, включая регу

ство, значение РОБ в биогенезе экзосом до сих

ляцию и передачу клеточных сигналов, выпя

пор исследовано очень мало. Далее будут сум

чивание мембран, эндоцитоз, клеточную адге

мированы данные, имеющиеся в настоящее вре

зию и др. [47]. Высокая гетерогенность липид

мя по данному вопросу.

ного и белкового состава ЛР приводит к суще

ствованию множества классов ЛР, выполняю

щих различные функции в составе ПМ. Для не

БЕЛКИ СЕМЕЙСТВА SPFH

которых белков ЛР показано участие в биогене

И ИХ ВОЗМОЖНОЕ УЧАСТИЕ

зе экзосом, другие обнаруживаются в составе

В ФОРМИРОВАНИИ ЭКЗОСОМ

экзосомального карго в качестве сигнальных

молекул.

К РОБ плоских липидных рафтов относятся

Собственно рафт образующими предполо

белки семейства SPFH (Stomatin, Prohibitin,

жительно можно считать белки, организующие

Flotillin, HflK/C), хотя они также могут встре

и поддерживающие структуру рафтов, включая

чаться и в составе кавеол. Белковое семейство

белки, заякоренные на внешнем слое мембраны

SPFH представлено у млекопитающих белками

(GPI AP), белки, прикрепленные к внутренне

стоматином и стоматин подобными белками,

му слою, к которым относятся представители

прохибитинами, флотиллинами, подоцином и

SPFH семейства и трансмембранные белки.

эрлинами, гены всех представителей этого се

Среди последних отдельно следует обозначить

мейства являются крайне консервативными.

роль тетраспанинов, некоторые из которых яв

Структурно представителей этого семейства

ляются наиболее принятыми маркерами экзо

объединяет содержащийся в их составе консер

сом. Эти белки в силу их физических свойств

вативный SPFH(PHB) домен (или прохибити

способны объединяться в рафт подобные тет

новый домен) размером 160 а.к., участвующий в

распанин обогащенные субдомены TEMs, о ко

олигомеризации и связывании с холестеролом,

торых говорилось выше. Предполагается, что

как это было показано на примере подоцина

они могут принимать участие в сортировке кар

[55]. Они проявляют схожие структурно функ

го и взаимодействии с клетками реципиентами,

циональные особенности, например, образова

интегринами и другими трансмембранными и

ние гомо и гетеро олигомеров, сходные типы

цитозольными белками [48]. При этом возмож

ко и пост трансляционных модификаций (в

но, что тетраспанины, многие из которых явля

частности, ацилирование) и участие в привлече

ются компонентами липидных рафтов, участву

нии белков. Все представители семейства в за

ют в привлечении определенного карго в экзо

висимости от состава N терминальных амино

сомы по ESCRT независимому типу. Такой эф

кислотных последовательностей и их модифи

фект показан для CD63 [14], CD81 [49], а также

каций компартментализуются на внутренних

для CD9, задействованного, например, в убик

мембранах клетки, включая митохондрии, ПМ

витин независимой селекции MHCII в МВЭ

и мембраны АГ.

[50] или в загрузке экзосом металлопротеиназой

Наиболее изученными представителями это

CD10 [51]. Однако эти белки участвуют, по ви

го семейства являются прохибитины, распола

димому, и в других механизмах биогенеза экзо

гающиеся на мембране митохондрий и выпол

сом, в частности, в отборе карго по синте

няющие функцию шаперонов для митохондри

нин/синдекан зависимому пути [9].

альных белков [56], в частности, для защиты ми

К микродомен образующим, или рафт обра

тохондриальных мембранных белков от m AAA

зующим белкам (РОБ), относят представителей

протеаз [57]. Позднее были открыты белки эр

семейства SPFH (преимущественно плоские

лины 1 и 2 (KE04p и C8orf2). Эти два высокого

рафты) и кавеолин (кавеолы, а также не рафто

мологичных белка (83% а.к. гомологии) были

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

215

обнаружены в составе ЛР эндоплазматического

отличие от стоматина, у которого присутствует

ретикулума и названы как белки липидных раф

трансмембранный домен. Кроме того, в их

тов ЭПР (endoplasmatic reticulun lipid rafts pro

PHB домене присутствуют гидрофобные участ

teins, erlins). Как и прохибитины, эти белки не

ки, формирующие шпильки, также участвую

встречаются в составе других мембран, в том

щие в процессе заякоривания. Флотиллин со

числе отсутствуют на ПМ. На основании их

держащие ЛР обнаруживаются не только на

близкого сходства с прохибитинами, предпола

ПМ, но и на мембранах эндосом и транс Гольд

гается, что они выполняют схожую функцию за

жи сети [61]. Флотиллиновые микродомены иг

щиты мембранных белков ЭПР от протеаз [58].

рают важную роль в проведении сигналов и ре

В связи с тем, что данные белки не обнаружива

гуляции клеточного ответа, главным образом

ются в составе ЛР на ПМ или эндосомальных

благодаря кластеризации рецепторов, что было

структурах, в настоящее время о присутствии их

продемонстрировано для множества процессов,

в экзосомах практически ничего не известно.

включая работу инсулинового рецептора, акти

Однако эти белки обнаружены в составе мито

вацию Т клеток, дегрануляцию тучных клеток и

хондриальных ЭКВ, выделенных из тканей ме

проведение GPCR (G protein coupled receptor)

ланомы, а также из плазмы крови пациентов с

зависимых сигналов [62]. Кроме сигнальной

меланомой [59]. Эти данные подтверждают роль

функции флотиллины напрямую влияют на

ЛР и РОБ в формировании «неканонических»

формирование клеточных контактов, в частнос

ЭКВ, происходящих из мембран клеточных

ти, кадгериновых комплексов, а также они

компартментов, не связанных с «классически

опосредованно регулируют процессы, связан

ми» источниками ЭКВ - эндосомальными

ные с реорганизацией цитоскелета и приобрете

мембранами (экзосомы) и ПМ (микровезику

нием клеткой локомоторного фенотипа [63].

лы).

Все больше результатов исследований указыва

Флотиллины. Флотиллины у млекопитаю

ют на то, что ЛР, содержащие флотиллины, мо

щих представлены двумя белками (flotillin/reg

гут использоваться в качестве платформ для эн

gie 1 и

2). Они структурно отличаются от дру

доцитоза [62]. Первые свидетельства о том, что

гих представителей SPFH семейства присут

флотиллин 1 участвует в эндоцитозе, независи

ствием длинного С концевого альфа спираль

мом от клатрина, кавеолина и динамина, были

ного консервативного участка, названного

представлены в работе 2006 г. [64]. Годом позже

«флотиллиновым доменом» (рис. 4). Именно с

была показана колокализация флотиллинов и

помощью этого домена (а не SPFH домена)

GPI белков, а также обнаружено, что флотил

происходит образование гомо и гетеротетраме

линовые микродомены совпадают простран

ров между флотиллинами, что является необхо

ственно с местами образования инвагинаций,

димым условием для нормального функциони

отличных от кавеол [65]. В то же время недавние

рования этих белков [60].

открытия поставили под сомнение прямую роль

Закрепление (заякоривание) флотиллинов

флотиллинов в эндоцитозе некоторых молекул,

на мембране происходит с помощью миристои

поскольку было показано, что флотиллины спе

лированных и пальмитоилированных сайтов, в

цифически кластеризуют молекулы карго, такие

Рис. 4. Доменная организация флотиллинов. Цветами выделены функционально различные домены.

С цветным вариантом рис. 4 можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/

biokhsm/

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

216

СКРЯБИН и др.

как предшественник бета амилоида, транспор

чем эта популяция как минимум не полностью

тер допамина и рецептор эпидермального фак

перекрывается с CD9 и стоматин позитивны

тора роста, на ПМ для клатрин опосредованно

ми везикулами. Полученные данные хорошо

го эндоцитоза [53]. Поэтому некоторыми уче

согласуются с имеющимися сведениями о том,

ными выдвигается новый пересмотренный ме

что флотиллины 1 и

2 распределены на мемб

ханизм флотиллин опосредуемого (а не зависи

ране в соотношении 1 : 1 [65], и что их гетеро

мого) эндоцитоза, что, однако, не исключает су

олигомеризация необходима для формирования

ществования подобного механизма при форми

флотиллин позитивных микродоменов на ПМ

ровании ИЛВ.

[68] и эндоцитоза [69]. Это может означать, что

В контексте исследования ЭКВ известно,

принцип работы флотиллинов на мембранах

что флотиллиновые домены вовлечены в про

МВЭ аналогичен таковому в составе липидных

цессы формирования экзосом и отбора их со

рафтов на ПМ, что свидетельствует о сходстве

держимого. Так было продемонстрировано, что

процессов сборки белковых платформ на мемб

подавление флотиллина 2 снижает содержание

ранах ПМ и МВЭ.

холестерола в мембране экзосом. Обратное тоже

Стоматин. Холестерол связывающий белок

оказалось верным: обработка олигодендроцитов

стоматин, а также его гомологи, стоматин по

холестеролом приводила к увеличению выхода

добные белки, обнаружены практически во всех

экзосом, при этом обогащенных флотиллином

типах тканей с наибольшим содержанием в

2 [28]. В другом исследовании на клетках рака

эритроцитах, печени, скелетной и сердечной

простаты PC 3 подавление флотиллинов хотя и

мускулатуре. Стоматин локализуется в ПМ и

не влияло на общее количество секретируемых

цитоплазматических везикулах фибробластов,

экзосом, приводило к качественному измене

эпителиальных и эндотелиальных клетках,

нию их белкового состава, в частности, к сниже

поздних эндосомах и специализированных гра

нию уровней кавеолина 1 и аннексина 2 [15].

нулах гематопоэтических клеток [70], причем он

Таким образом, флотиллины могут участвовать

обнаруживается в составе ЛР на ПМ и мембра

в сортировке специфических белков в ИЛВ, од

нах эндосомального компартмента, а также

нако детальное понимание механизма этого

предположительно транс Гольджи

[58]. На

процесса до сих пор отсутствует.

очень высоком уровне стоматин (также извест

Присутствие флотиллинов в экзосомах по

ный как erythrocyte band 7 integral membrane pro

казано многократно, в основном это касается

tein) представлен в липидных рафтах мембран

флотиллина 1, который в ряде случаев наряду с

эритроцитов [71].

тетраспанинами CD9, CD63 и CD81 использу

Остается неопределенным, участвуют ли

ется в качестве маркера экзосом [53, 66]. Одна

SPFH домены других белков в связывании с хо

ко следует учесть, что флотиллин 1 позитивные

лестеролом, а также как оно связано с их обога

экзосомы могут представлять собой отдельную

щением в липидных рафтах. Поскольку ЛР обо

популяцию. Так, ряд данных свидетельствует о

гащены холестеролом, это связывание вероятно

том, что флотиллин 1 может способствовать

является предпосылкой к их ассоциации с бел

ESCRT независимому пути созревания экзо

ками SPFH семейства. Однако в этом отноше

сом [40]. Также флотиллин позитивные экзосо

нии важны и дополнительные структурные осо

мы могут, по видимому, формироваться неза

бенности. В случае со стоматином, три его ами

висимо и от синтенин синдеканового механиз

нокислоты в 9 аминокислотном гидрофобном

ма, поскольку «сайленсинг» как синтенина, так

С концевом участке, ответственном за олигоме

и синдекана приводил к резкому снижению ко

ризацию, представляются необходимыми для

личества экзосом, содержащих белки Alix,

ассоциации с ЛР [61]. При этом сама олигоме

hsp70 и CD63, однако, никак не влиял на фло

ризация не является необходимым условием для

тиллин позитивные экзосомы [8]. Эти резуль

присоединения к рафтам. Таким образом, рас

таты в сочетании с приведенными выше данны

положение SPFH содержащих белков в составе

ми о связи флотиллин позитивных экзосом с

ЛР, по видимому, определяется связыванием

холестеролом делают флотиллин 1 одним из

холестерола с помощью SPFH домена, пальми

ключевых участников рафт зависимого пути

тоилированием и последовательностью амино

формирования экзосом.

кислот в N концевом гидрофобном домене

Наши собственные результаты свидетель

(рис. 5), а также аминокислотами C концевых

ствуют о том, что уровни флотиллинов 1 и

последовательностей.

коррелируют друг с другом в экзосомах различ

Функции стоматина и стоматин подобных

ного происхождения [67], что указывает на то,

белков на сегодняшний день мало изучены. В

что флотиллин 1 и

2 позитивные везикулы

основном, работы, в которых исследовался дан

представляют собой единую популяцию, при

ный белок, проводились на клетках крови,

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

217

Рис. 5. Схема доменной организации и вероятной мембранной топологии стоматина.

С цветным вариантом рис. 5 можно ознакомиться в электронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/journal/

biokhsm/

прежде всего эритроцитах, а также нейтрофилах

цитами и нейтрофилами [75], а также альфа

и тромбоцитах. Так, было продемонстрировано,

гранулы тромбоцитов [76].

что стоматин является главным компонентом

Стоматин в составе экзосом, секретируемых

липидных рафтов эритроцитов, где он регулиру

клетками эпителиального происхождения, в

ет активность ионных каналов и транспортеров

том числе малигнизированными, ранее не ис

[71]. В частности, он взаимодействует с транс

следовался. Мы обнаружили, что стоматин яв

портером глюкозы GLUT1, контролируя тем са

ляется постоянным компонентом ЭКВ [77],

мым доступ глюкозы и дегидроаскорбиновой

причем представлен на высоком уровне в соста

кислоты в эритроциты [70]. Предполагается, что

ве экзосом самого различного происхождения,

стоматин участвует в регуляции процессов слия

включая экзосомы, секретируемые клетками

ния клеток и/или слиянии везикулярных мемб

различных линий немелкоклеточного рака лег

ран с ПМ клеток [72], проведении остеокласто

кого, рака молочной железы (РМЖ), рака яич

генеза и, вероятно, в дифференцировке трофо

ника (РЯ), экзосомы плазмы крови здоровых

бластов в плаценте [70]. Несмотря на сходство с

доноров и больных онкологическими заболева

другими белками липидных микродоменов, до

ниями, экзосомы из асцитической жидкости

настоящего времени наличие стоматина и сто

пациентов с РЯ и РМЖ. Важно отметить, что во

матин подобных белков в экзосомах практичес

всех исследуемых образцах ЭКВ, секретируе

ки не исследовалось, за исключением несколь

мых клетками в культуре in vitro, уровень стома

ких работ по ЭКВ, секретируемым эритроцита

тина в ЭКВ значительно превышал его уровень

ми. Так, было показано, что мембраны секрети

в родительских клетках, что позволяет рассмат

руемых эритроцитами везикул, соответствую

ривать стоматин в качестве нового экзосомаль

щих по размеру микровезикулам и экзосомам,

ного маркера. Интересно, что соотношение

содержат липидные рафты, основным компо

уровня стоматина в различных образцах ЭКВ

нентом которых является стоматин. В отличие

(паттерн распределения) в большей степени со

от стоматина, флотиллин в составе липидных

ответствует таковому для тетраспанина CD9,

микродоменов на мембране везикул был обна

чем для флотиллина 1.

ружен в следовых количествах, хотя он высоко

представлен на мембране самих эритроцитов

[73]. В другой работе показано присутствие сто

КАВЕОЛЯРНЫЕ ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ

матина наряду с флотиллином 1 в рафтовых

И КАВЕОЛИН В ЭКЗОСОМАХ

компонентах экзосом, секретируемых в культу

ре клетками линии К562 (эритролейкоз), Daudi

Кавеолы представляют собой неклатрино

(В клеточная лимфома), а также ретикулоцита

вые инвагинации ПМ размером, по разным

ми из крови пациентов. Авторы предполагают,

оценкам, 50-100 нм. Изначально они были вы

что данные белки в составе липидных рафтов

делены как везикулы диаметром 60-80 нм на

могут участвовать в селекции других белков,

мембране мышечных клеток, клеток эндотелия,

секретируемых в составе экзосом [74].Помимо

фибробластов и адипоцитов [78]. Биохимически

экзосом, стоматином обогащены мембраны раз

они, как и другие ЛР, характеризуются нераство

личного рода везикул, секретируемых эритро

римостью неионными детергентами и плаву

5 БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

218

СКРЯБИН и др.

честью в градиенте сахарозы [79]. Кавеолы

концентрации холестерола [79], его присутствие

функционируют как специализированные

определяет формирование кавеол, а его нокаут у

мембранные микродомены, которые регулиру

мышей приводит к потери кавеол на мембране

ют передачу сигнала внутри клетки, а также

клеток [82, 83].

многочисленные другие клеточные процессы,

Кавеолин 1 - интегральный мембранный

включая везикулярный транспорт (трансцитоз,

белок, имеющий две изоформы, которые считы

эндоцитоз), гомеостаз холестерина, миграцию

ваются с одного гена, имеющего два сайта ини

клеток и клеточный цикл [26]. В составе кавеол

циации транскрипции. Изоформа α содержит

найдены такие сигнальные молекулы, как G

остатки 1-178, а более легкая β форма - остат

белки, нерецепторные тирозин киназы, эндоте

ки 32-178. Функционально обе изоформы ассо

лиальные NO синтазы и др., что позволило рас

циированы с кавеолами, формируя олигодиме

сматривать кавеолы в качестве т.н. «сигнало

ры. Так, при связывании с мембраной белок ди

сом», обеспечивающих сборку сигнальных мо

меризуется и образует характерную Y подобную

лекул и проведение сигналов внутрь клетки. Ос

структуру (рис. 6).

новным структурным белком кавеол, стабили

Кавеолины на мембране демонстрируют не

зирующим их структуру, является кавеолин. Ка

обычную топологию с N и С концами в цитоп

веолин участвует в регуляции важнейших про

лазме и длинным внутримембранным шпилеч

цессов, включая эпителиально мезенхималь

ным доменом. Димеризация достигается за счет

ный переход, что обусловлено его способностью

CSD домена (caveolin scaffolding domain), кото

активировать малую ГТФазу Rho, стимулиро

рый также играет роль во взаимодействии с хо

вать PI3K/Akt - зависимый сигнальный каскад,

лестеролом на мембране и широким спектром

а также усиливать секрецию ряда матриксных

сигнальных молекул [26]. На одну кавеолу в

металлопротеиназ [80]. Известно, что измене

среднем приходится ~100-200 молекул кавео

ние уровня фосфорилирования кавеолина 1

лина и в 100 раз больше молекул холестерола

приводит к активированию других важнейших

[84]. Кавеолы также обогащены некоторыми

сигнальных путей [26].

гликосфинголипидами, а также сфингомиели

У млекопитающих имеются три гена, коди

ном, а их плотность выше плотности окружаю

рующих три белка: кавеолин 1,

2 и

3. Кавео

щей мембраны, что соответствует критериям

лин 1 (Cav1) и кавеолин 2 (Cav2) широко

ЛР. Считается, что кавеолы представляют собой

экспрессируются в полностью дифференциро

специализированные, морфологически отли

ванных мезенхимальных и эндотелиальных нор

чимые микродомены, обогащенные сфинголи

мальных тканях, а также во многих солидных

пидами и холестеролом, стабилизируемые бел

опухолях, тогда как кавеолин 3 (Cav3) преиму

ком кавеолином [85], причем подавление хо

щественно экспрессируется в мышечных клет

лестерола приводит к нарушению их структуры

ках [81]. Кавеолин 1 связывает холестерол в ЛР,

[86].

причем для связи достаточно минимальной

Экспрессия кавеолина 1 не является доста

точным условием для образования кавеол. Так

же важным участником формирования кавеол

является белок кавин (PTRF), который рекрути

руется к участкам ПМ, богатым фосфатидилсе

рином, холестеролом и кавеолином, и стабили

зирует колбообразную форму кавеол. Предпола

гается, что кавин 1 функционирует как белок

оболочки, стабилизирующий кавеолу [87, 88].

Экспрессия кавина 1 стимулирует инкорпора

цию кавеолина 1 в состав ЛР, а его нокдаун при

водит к снижению уровня кавеолина 1 на мемб

ране [88] и блокирует формирование кавеол

[87]. Таким образом, формирование кавеол

представляется сложно регулируемым клеточ

ным процессом, для которого кавеолин являет

ся необходимым, но не достаточным компонен

том. И, наоборот, кавеолин присутствует в клет

Рис. 6. Схема доменной организации и мембранной топо

ках, лишенных кавеол, что служит индикатором

логии кавеолина 1.

существования регуляторных функций кавеоли

С цветным вариантом рис. 6 можно ознакомиться в элект

ронной версии статьи на сайте: http://sciencejournals.ru/

на вне кавеол. Некоторые исследователи вводят

journal/biokhsm/

понятие плоских кавеолин зависимых сбороч

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

219

ных платформ, или «строительных лесов» (Cav1

ранах МВЭ. Кроме того, негативное влияние

scaffolds), которое описывает домены ПМ с оли

кавеолина 1 на образование экзосом может

гомерами кавеолина 1, не связанные с инваги

быть обусловлено его негативным воздействием

нацией мембран [89]. Эти домены участвуют в

на нейтральную сфингомиелазу. Было показа

проведении сигнальных путей за счет способ

но, что гиперэкспрессия Cav1 приводила к по

ности CSD кавеолина к связыванию с различ

давлению этого фермента и, как следствие, к

ными классами сигнальных молекул (мембран

снижению уровня церамида, которому, как уже

ными рецепторами и нерецепторными киназа

сказано выше, отводится одна из ключевых ро

ми (включая рецептор EGFR, киназу Src и др.),

лей в биогенезе экзосом, опосредуемом липид

eNOS, малыми ГТФазами и др.).

ными рафтами [94, 95].

Как уже говорилось, кавеолин в составе ка

Тем не менее, о присутствии кавеолина 1 в

веол является основным компонентом одной из

составе экзосом известно немного. Он был об

разновидностей клатрин независимого эндоци

наружен в экзосомах, секретируемых клетками

тоза - так называемого кавеолин зависимого

меланомы, а также в экзосомах плазмы крови

эндоцитоза [90]. Однако есть данные, которые

пациентов с меланомой. При этом его количест

свидетельствуют об участии кавеолина в нега

во в экзосомах плазмы пациентов с меланомой

тивной регуляции рафт зависимого эндоцитоза.

значительно превышало таковое в экзосомах

Так, кавеолин в составе плоских рафтов ограни

плазмы здоровых доноров, что дало авторам

чивает эндоцитоз, что было показано на приме

возможность рассматривать экзосомальный ка

ре холерного токсина [52]. Также гиперэкспрес

веолин как потенциальный маркер меланомы

сия кавеолина 1 подавляла захват клеткой ау

[96]. Более позднее исследование показало кор

токринного фактора подвижности клеток [91] и

реляцию между молекулярным составом экзо

β1 интегрина [92], что обычно осуществляется с

сом (в частности, присутствием кавеолина 1) и

помощью рафт зависимого эндоцитоза.

степенью злокачественности меланомы [97].

Похожая функциональная «разнонаправ

Есть несколько работ, посвященных раку прос

ленность» является отличительной чертой кавео

таты, в которых показано присутствие Cav 1 на

лина и в аспекте канцерогенеза. Так, опухоль

простатосомах - крупных везикулах, секретиру

промоторная функция кавеолина 1 показана

емых клетками рака предстательной железы

при раке почки, раке простаты, плоскоклеточ

[98]. Присутствие кавеолина 1 было также по

ном раке языка, легкого и мочевого пузыря. С

казано в экзосомах, секретируемых клетками ге

другой стороны, кавеолин 1 выполняет опу

патоцеллюлярной карциномы [99] и клетками

холь супрессорную роль при аденокарциноме

эндотелия микрососудов легкого, причем секре

пищевода, легкого и плоскоклеточном раке ко

ция экзосом зависела от кавеолин обогащенных

жи [80]. При этом даже в пределах одного и того

микродоменов [100]. В частности, было показа

же гистологического типа злокачественных но

но, что клетки эндотелия капилляров легкого

вообразований экспрессия кавеолина 1 может

секретируют два разных типа ЭКВ - энларгосо

иметь противоположное функциональное зна

мы (крупные частицы, «enlargosomes») и экзосо

чение на разных этапах опухолевой прогрессии,

мы — под действием высокомолекулярной и

ранних и поздних стадиях заболевания. Отдель

низкомолекулярной гиалуроновой кислоты со

ное значение для опухолевой прогрессии имеет

ответственно. При подавлении образования ка

экспрессия кавеолина клетками микроокруже

веолин обогащенных микродоменов с по

ния опухолей, а также уровень секретируемого

мощью метил бета циклодекстрина наблюда

кавеолина [93].

лось существенное снижение количества обоих

По совокупности своих характеристик кавео

типов ЭКВ. При этом, что интересно, контроль

лин представляется одним из вероятных канди

ные клетки (без стимуляции гиалуроновой кис

датов на роль регулятора рафт зависимого пути

лотой) после обработки метил бета циклодек

биогенеза экзосом, причем эта регуляция мо

стрином продолжали синтезировать экзосомы,

жет быть как позитивной, так и негативной.

содержащие кавеолин 1, что говорит об их неза

Так, локализация в инвагинированных рафтах,

висимом от кавеолин обогащенных микродо

участие в эндоцитозе и наличие CSD домена,

менов происхождении [100].

обусловливающего способность к рекрутирова

Кавеолин 1 способен, по видимому, влиять

нию сигнальных молекул, может способство

и на акцептирование экзосом реципиентными

вать его участию в формировании ИЛВ и отбо

клетками, причем это влияние носит негатив

ру экзосомального содержимого. В то же время

ный характер [101]. Как уже говорилось, одним

подавление рафт зависимого эндоцитоза воз

из механизмов акцептирования экзосом клетка

можно является одним из механизмов негатив

ми реципиентами является клатрин независи

ной регуляции процесса инвагинации на мемб

мый (предположительно рафт зависимый) эн

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

220

СКРЯБИН и др.

доцитоз. При контакте экзосом с поверхностью

эндосом и формировании ИЛВ. Более того, по

клетки мишени активируется сигнальный

давление активности нейтральной сфингомие

MAPK каскад, который включает в себя после

лазы 2 го типа и синтеза церамида легли в осно

довательное фосфорилирование киназы

ву разработки ингибиторов секреции экзосом,

ERK1/2 и белка теплового шока HSP27, что

которые уже используются, хотя и с разной сте

приводит к стимуляции рафт зависимого эндо

пенью эффективности, в экспериментальной

цитоза. Нокаут кавеолина 1 приводил к повы

практике. Множество данных указывает на

шению уровня фосфорилирования этих белков

сходство процессов с участием липидных раф

и усилению акцептирования экзосом [101]. С

тов на ПМ (структурно функциональная орга

этими результатами хорошо согласуются дан

низация мембраны, кластеризация белков,

ные приведенной выше работы о негативном

включая рецепторы, сигнальные молекулы, бел

влиянии кавеолина на рафт зависимый эндоци

ки цитоскелета и др., эндоцитоз) с процессом

тоз [52].

формирования ИЛВ на мембранах МВЭ (связы

Недавно было показано присутствие кавео

вание белков экзосомального карго, организа

лина в составе ЭКВ, секретируемых высокоаг

ция структуры и инвагинация мембраны при

рессивными клетками РМЖ MDA MB 231,

формировании ИЛВ). Можно предположить,

причем ЭКВ, секретируемые клетками дикого

что такие РОБ, как флотиллин, выполняют

типа с экспрессией кавеолина 1, восстанавли

сходные функции при флотиллин зависимом

вали способность к миграции и инвазии клеток

эндоцитозе на ПМ и в процессе образования

c нокдауном этого белка [102]. Таким образом,

ИЛВ, участвуя в отборе биомолекул для включе

была показана роль экзосомального кавеолина в

ния в состав содержимого будущих экзосом. В

усилении злокачественного потенциала клеток.

то же время молекулярные механизмы рафт за

В составе кавеолин 1 позитивных экзосом ме

висимого пути биогенеза экзосом остаются ма

тодом масс спектрометрии были обнаружены

лопонятными. Есть и более общие вопросы, ко

белки Cyr61, тенасцин и S100A9, связанные с

торые также ждут ответов. Например, насколько

клеточной адгезией. Экзосомы, продуцируемые

в действительности независимы или связаны

клетками с нокдауном кавеолина, теряли эти

между собой различные пути формирования

белки в своем составе и одновременно утрачи

ИЛВ (ESCRT зависимый механизм, путь с учас

вали способность индуцировать метастатичес

тием синдекан синтениновых комплексов и

кий фенотип у клеток реципиентов. Авторы

рафт зависимый путь)? Могут ли разные формы

предполагают, что кавеолин в составе экзосом

биогенеза экзосом происходить в одних и тех же

передается клеткам микроокружения, промоти

клетках одновременно, или механизмы биоге

руя их метастатическую активность, и клеткам

неза экзосом являются отличительной характе

отдаленных тканей, способствуя формирова

ристикой различных клеток? Возможно ли «пе

нию преметастатических ниш [102].

реключение» или сдвиг в сторону того или ино

Поскольку образование кавеол невозможно

го пути образования ИЛВ в клетке в зависимос

без присутствия белков кавинов, то логично

ти от внешних условий? Наконец, если экзосо

ожидать их участие в секреции экзосом.

мы, образованные посредством различных ме

Действительно, в работе прошлого года было

ханизмов, сосуществуют в одной клетке, то про

показано, что гиперэкспрессия кавина 1 приво

исходит ли их формирование в составе разных

дила к увеличению секреции экзосом и усиле

МВЭ? Иными словами, существуют ли в одной

нию клеточного роста. Что еще интереснее, ис

«общей» поздней эндосоме ИЛВ, образованные

следователи обнаружили способность клеток с

с помощью различных механизмов, или в клет

гиперэкспрессией кавина 1 вызывать малигни

ке присутствуют разные популяции МВЭ, ИЛВ

зацию соседних клеток посредством экзосом.

которых образованы с помощью разных меха

При этом анализ клинических образцов выявил

низмов?

положительную корреляцию между стадией за

Можно предположить, что внутриклеточная

болевания и уровнем экспрессии кавина 1 как в

«судьба» МВЭ (возвращение в аппарат Гольджи,

самой опухоли, так и в экзосомах плазмы паци

слияние с лизосомальным компартментом или

ентов с глиомой [103].

слияние с ПМ и высвобождение экзосом) может

определяться различиями в механизмах биоге

В настоящее время участие липидных мик

неза ИЛВ и их молекулярным составом. Со

родоменов (липидных рафтов) в биогенезе экзо

гласно одной из гипотез, МВЭ с везикулами, об

сом не вызывает сомнений. Накопленные мно

разованными с помощью ESCRT зависимого

гочисленные данные свидетельствуют о крайне

механизма, содержат в своем составе преимуще

значимой роли компонентов липидных рафтов

ственно убиквитинированные белки и сливают

в реорганизации мембран мультивезикулярных

ся с лизосомами с последующей деградацией со

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

221

держимого, в то время как МВЭ, ИЛВ которых

принципов селекции биомолекул и механизмов

образованы по ESCRT независимому механиз

биогенеза и секреции экзосом.

му, сливаются с ПМ, приводя к секреции экзо

сом.

Ответы на эти и другие вопросы, несомнен

Финансирование. Работа выполнена при фи

но, изменят и существенно пополнят наши

нансовой поддержке Российского фонда фунда

представления о происхождении экзосом, об их

ментальных исследований (проект 18 04 00038А).

функциональной роли и о механизмах межкле

Конфликт интересов. Авторы заявляют об от

точной коммуникации в целом. Несомненно

сутствии конфликта интересов.

также, что активные попытки разработки новых

Соблюдение этических норм. Настоящая

подходов к терапии с использованием экзосом,

статья не содержит описания выполненных ав

предпринимаемые в последнее время, не могут

торами исследований с участием людей или ис

быть в полной мере реализованы без понимания пользованием животных в качестве объектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Johnstone, R.M., Adam, M., Hammond, J.R., Orr, L.,

Simons, M. (2008) Ceramide triggers budding of exosome

and Turbide, C. (1987) Vesicle formation during reticulo

vesicles into multivesicular endosomes, Science, 319,

cyte maturation. Association of plasma membrane activi

1244-1247, doi: 10.1126/science.1153124.

ties with released vesicles (exosomes), J. Biol. Chem., 262,

13.

Stuffers, S., Sem Wegner, C., Stenmark, H., and Brech, A.

9412-9420, doi: 10.1016/j.biocel.2011.10.005.

(2009) Multivesicular endosome biogenesis in the absence

Trams, E.G., Lauter, C.J., Norman Salem, J., and Heine, U.

of ESCRTs, Traffic, 10, 925-937, doi: 10.1111/j.1600

(1981) Exfoliation of membrane ecto enzymes in the form

0854.2009.00920.x.

of micro vesicles, Biochim. Biophys. Acta, 645, 63-70,

14.

Van Niel, G., Charrin, S., Simoes, S., Romao, M.,

doi: 10.1016/0005 2736(81)90512 5.

Rochin, L., Saftig, P., Marks, M.S., Rubinstein, E., and

Harding, C., Heuser, J., and Stahl, P. (1983) Receptor

Raposo, G. (2011) The tetraspanin CD63 regulates

mediated endocytosis of transferrin and recycling of the

ESCRT independent and dependent endosomal sorting

transferrin receptor in rat reticulocytes, J. Cell Biol., 97,

during melanogenesis, Dev. Cell,

21,

708-721,

329-339, doi: 10.1083/jcb.97.2.329.

doi: 10.1016/j.devcel.2011.08.019.

Yu, S., Cao, H., Shen, B., and Feng, J. (2015) Tumor

15.

Phuyal, S., Hessvik, N. P., Skotland, T., Sandvig, K., and

derived exosomes in cancer progression and treatment fail

Llorente, A. (2014) Regulation of exosome release by gly

ure, Oncotarget, 6, 37151-37168, doi: 10.18632/oncotar

cosphingolipids and flotillins, FEBS J., 281, 2214-2227,

get.6022.

doi: 10.1111/febs.12775.

Soung, Y.H., Nguyen, T., Cao, H., Lee, J., and Chung, J.

16.

Singer, S.J., and Nicolson, G.L. (1972) The fluid mosaic

(2015) Emerging roles of exosomes in cancer invasion and

model of the structure of cell membranes, Science, 175,

metastasis, BMB Rep., 49, 18-25 doi: 10.5483/BMBRep.

720-731, doi: 10.1126/science.175.4023.720.

2016.49.1.239.

17.

Sezgin, E., Levental, I., Mayor, S., and Eggeling, C. (2017)

Чевкина Е., Щербаков А., Журавская А., Семина С.,

The mystery of membrane organization: composition, reg

Комельков А., Красильников М. (2016) Экзосомы и

ulation and roles of lipid rafts, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 18,

передача (эпи)генетической информации опухолевы

361-374, doi: 10.1038/nrm.2017.16.

ми клетками, Успехи мол. онкологии, 2, 8-20.

18.

Lingwood, D., and Simons, K. (2010) Lipid rafts as a

Willms, E., Johansson, H.J., Mäger, I., Lee, Y.,

membrane organizing principle, Science, 327, 46-50,

Blomberg, K.E.M., Sadik, M., Alaarg, A., Smith, C.I.E.,

doi: 10.1126/science.1174621.

Lehtiö, J., El Andaloussi, S., Wood, M.J.A., and Vader, P.

19.

Prior, I.A., Muncke, C., Parton, R.G., and Hancock, J.F.

(2016) Cells release subpopulations of exosomes with dis

(2003) Direct visualization of ras proteins in spatially dis

tinct molecular and biological properties, Sci. Rep., 6,

tinct cell surface microdomains, J. Cell Biol., 160,

22519, doi: 10.1038/ srep22519.

165-170, doi: 10.1083/jcb.200209091.

Baietti, M.F., Zhang, Z., Mortier, E., Melchior, A.,

20.

Pike, L.J. (2003) Lipid rafts, J. Lipid Res., 44, 655-667,

Degeest, G., Geeraerts, A., Ivarsson, Y., Depoortere, F.,

doi: 10.1194/jlr.R200021 JLR200.

Coomans, C., Vermeiren, E., Zimmermann, P., and

21.

Simons, K., and Vaz, W.L.C. (2004) Model systems, lipid rafts,

David, G. (2012) mSyndecan syntenin ALIX regulates the

and cell membranes, Ann. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 33,

biogenesis of exosomes, Nature Cell Biol., 14, 677-685,

269-295, doi: 10.1146/annurev.biophys.32.110601.141803.

doi: 10.1038/ncb2502.

22.

Neumann, A., Itano, M., and Jacobson, K.

(2013)

Villarroya Beltri, C., Baixauli, F., Gutiérrez Vázquez, C.,

Understanding lipid rafts and other related membrane

Sánchez Madrid, F., and Mittelbrunn, M. (2014) Sorting

domains, F1000 Biol. Rep., 2, doi: 10.3410/b2 31.

it out: regulation of exosome loading, Semin. Cancer Biol.,

23.

Simons, K., and Sampaio, J.L. (2011) Membrane organi

28, 3-13, doi: 10.1016/j.semcancer.2014.04.009.

zation and lipid rafts, Cold Spr. Harb. Perspect. Biol., 3,

10.

Kowal, J., Tkach, M., and Théry, C. (2014) Biogenesis and

1-17, doi: 10.1101/cshperspect.a004697.

secretion of exosomes, Curr. Opin. Cell Biol., 29, 116-125,

24.

Pike, L.J. (2009) The challenge of lipid rafts, J. Lipid Res.,

doi: 10.1016/j.ceb.2014.05.004.

50, 323-328. doi: 10.1194/jlr.R800040 JLR200.

11.

Tan, S.S., Yin, Y., Lee, T., Lai, R.C., Yeo, R.W.Y., Zhang, B.,

25.

Eggeling, C., Ringemann, C., Medda, R., Schwarzmann, G.,

Choo, A., and Lim, S.K. (2013) Therapeutic MSC exosomes

Sandhoff, K., Polyakova, S., Belov, V.N., Hein, B., Von

are derived from lipid raft microdomains in the plasma

Middendorff, C., Schönle, A., and Hell, S.W.

(2009)

membrane, J. Extr. Vesicles, 2, doi: 10.3402/jev.v2i0.22614.

Direct observation of the nanoscale dynamics of mem

12.

Trajkovic, K., Hsu, C., Chiantia, S., Rajendran, L.,

brane lipids in a living cell, Nature,

457, 1159-1162,

Wenzel, D., Wieland, F., Schwille, P., Brügger, B., and

doi: 10.1038/nature07596.

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

222

СКРЯБИН и др.

26.

Parton, R.G. (2018) Caveolae: structure, function, and

multivesicular endosomes, Nat. Commun.,

2712,

relationship to disease, Ann. Review Cell. Develop. Biol., 34,

doi: 10.1038/ncomms3712.

111-136, doi: 10.1146/annurev cellbio 100617 062737.

41.

Sprong, H., Van Der Sluijs, P., and Van Meer, G. (2001)

27.

Marsh, M., and Meer, G.V. (2008) Cell biology: no

How proteins move lipids and lipids move proteins, Nat.

ESCRTs for exosomes, Science,

319,

1191-1192,

Rev. Mol. Cell Biol., 2, 504-513, doi: 10.1038/35080071.

doi: 10.1126/science.1155750.

42.

Alonso, R., Mazzeo, C., Rodriguez, M.C., Marsh, M.,

28.

Strauss, K., Goebel, C., Runz, H., Möbius, W., Weiss, S.,

Fraile Ramos, A., Calvo, V., Avila Flores, A., Merida, I.,

Feussner, I., Simons, M., and Schneider, A.

(2010)

and Izquierdo, M. (2011) Diacylglycerol kinase α regulates

Exosome secretion ameliorates lysosomal storage of cho

the formation and polarisation of mature multivesicular

lesterol in niemann pick type C disease, J. Biol. Chem.,

bodies involved in the secretion of Fas ligand containing

285, 26279-26288, doi: 10.1074/jbc.M110.134775.

exosomes in T lymphocytes, Cell Death Differ., 18,

29.

Yuyama, K., Sun, H., Mitsutake, S., and Igarashi, Y.

1161-1173, doi: 10.1038/cdd.2010.184.

(2012) Sphingolipid modulated exosome secretion pro

43.

Laulagnier, K., Grand, D., Dujardin, A., Hamdi, S.,

motes clearance of amyloid by microglia, J. Biol. Chem.,

Vincent Schneider, H., Lankar, D., Salles, J.P., Bonnerot, C.,

287, 10977-10989, doi: 10.1074/jbc.M111.324616.

Perret, B., and Record, M. (2004) PLD2 is enriched on

30.

Wang, X., Yin, X., and Yang, Y. (2019) Rasal2 suppresses

exosomes and its activity is correlated to the release of exo

breast cancer cell proliferation modulated by secretory

somes, FEBS Lett., 572, 11-14, doi: 10.1016/j.feb

autophagy, Mol. Cell. Biochem., doi: 10.1007/s11010 019

slet.2004.06.082.

03615 7.

44.

Simons, K., and Toomre, D. (2000) Lipid rafts and signal

31.

Li, X.Q., Liu, J.T., Fan, L.L., Liu, Y., Cheng, L., Wang, F.,

transduction, Nature Rev. Mol. Cell Biol., 1, 31-39,

Yu, H.Q., Gao, J., Wei, W., Wang, H., and Sun, G.P.

doi: 10.1038/35036052.

(2016) Exosomes derived from gefitinib treated EGFR

45.

Levental, I., Grzybek, M., and Simons, K.

(2010)

mutant lung cancer cells alter cisplatin sensitivity via up

Greasing their way: lipid modifications determine protein

regulating autophagy, Oncotarget, doi: 10.18632/oncotarget.

association with membrane rafts, Biochemistry,

49,

8358.

6305-6316, doi: 10.1021/bi100882y.

32.

Menck, K., Sönmezer, C., Worst, T.S., Schulz, M., Dihazi,

46.

Tulodziecka, K., Diaz Rohrer, B.B., Farley, M.M.,

G.H., Streit, F., Erdmann, G., Kling, S., Boutros, M.,

Chan, R.B., Di Paolo, G., Levental, K.R., Waxham, M.,

Binder, C., and Gross, J.C. (2017) Neutral sphingomyeli

and Levental, I. (2016) Remodeling of the postsynaptic

nases control extracellular vesicles budding from the plas

plasma membrane during neural development, Mol. Biol.

ma membrane, J. Extracel. Vesicles,

1378056,

Cell, 27, 3480-3489, doi: 10.1091/mbc.E16 06 0420.

doi: 10.1080/20013078.2017.1378056.

47.

Staubach, S., and Hanisch, F.G. (2011) Lipid rafts: signal

33.

Sonnino, S., and Prinetti, A. (2009) Sphingolipids and

ing and sorting platforms of cells and their roles in cancer,

membrane environments for caveolin, FEBS Lett., 583,

Expert Rev. Prot., 8, 263-277, doi: 10.1586/epr.11.2.

597-606, doi: 10.1016/j.febslet.2009.01.007.

48.

Yanez Mo, M., Barreiro, O., Gordon Alonso, M., Sala

34.

Zabeo, D., Cvjetkovic, A., Lässer, C., Schorb, M., Lötvall, J.,

Valdes, M., and Sanchez Madrid, F. (2009) Tetraspanin

and Höög, J.L. (2017) Exosomes purified from a single cell

enriched microdomains: a functional unit in cell plasma

type have diverse morphology, J. Extr. Vesicles,

membranes, Trends Cell Biol., 19, 434-446, doi: 10.1016/

doi: 10.1080/20013078.2017.1329476.

j.tcb.2009.06.004.

35.

Ji, H., Chen, M., Greening, D.W., He, W., Rai, A.,

49.

Perez Hernandez, D., Gutiérrez Vázquez, C., Jorge, I.,

Zhang, W., and Simpson, R.J. (2014) Deep sequencing of

López Mart n, S., Ursa, A., Sánchez Madrid, F., Vázquez, J.,

RNA from three different extracellular vesicle (EV) sub

and Yañez Mó, M. (2013) The intracellular interactome of

types released from the human LIM1863 colon cancer cell

tetraspanin enriched microdomains reveals their function as

line uncovers distinct mirna enrichment signatures, PLoS

sorting machineries toward exosomes, J. Biol. Chem., 288,

One, 9, doi: 10.1371/journal.pone.0110314.

11649-11661, doi: 10.1074/jbc.M112.445304.

36.

Hoshino, A., Costa Silva, B., Shen, T. L., Rodrigues, G.,

50.

Buschow, S.I., Nolte ’t Hoen, E.N.M., van Niel, G., Pols,

Hashimoto, A., Tesic Mark, M., Molina, H., Kohsaka, S.,

M.S., ten Broeke, T., Lauwen, M., Ossendorp, F., Melief,

Di Giannatale, A., Ceder, S., Singh, S., Williams, C.,

C.J.M., Raposo, G., Wubbolts, R., Wauben, M.H.M., and

Soplop, N., Uryu, K., Pharmer, L., King, T., Bojmar, L.,

Stoorvogel, W. (2009) MHC II In dendritic cells is target

Lyden, D. (2015) Tumour exosome integrins determine

ed to lysosomes or t cell induced exosomes via distinct

organotropic metastasis, Nature,

527,

329-335,

multivesicular body pathways, Traffic, 10, 1528-1542,

doi: 10.1038/nature15756.

doi: 10.1111/j.1600 0854.2009.00963.x.

37.

Sreekumar, P.G., Kannan, R., Kitamura, M., Spee, C.,

51.

Mazurov, D., Barbashova, L., and Filatov, A.

(2013)

Barron, E., Ryan, S.J., and Hinton, D.R. (2010) αB crys

Tetraspanin protein CD9 interacts with metalloprotease

tallin is apically secreted within exosomes by polarized

CD10 and enhances its release via exosomes, FEBS J., 280,

human retinal pigment epithelium and provides neuropro

1200-1213, doi: 10.1111/febs.12110.

tection to adjacent cells, PLoS One, 5, doi: 10.1371/jour

52.

Lajoie, P., and Nabi, I.R. (2010) Lipid rafts, caveolae, and

nal.pone.0012578.

their endocytosis, Intern.Rev. Cell Mol. Biol., 282,

38.

Tauro, B.J., Greening, D.W., Mathias, R.A., Mathivanan, S.,

135-163, doi: 10.1016/S1937 6448(10)82003 9.

Ji, H., and Simpson, R.J. (2013) Two distinct populations

53.

Meister, M., and Tikkanen, R. (2014) Endocytic trafficking

of exosomes are released from LIM1863 colon carcinoma

of membrane bound cargo: a flotillin point of view,

cell derived organoids, Mol. Cell Proteomics, 12, 587-598,

Membranes, 4, 356-371, doi: 10.3390/membranes4030356.

doi: 10.1074/mcp.M112.021303.

54.

El Sayed, A., and Harashima, H. (2013) Endocytosis of

39.

Mittelbrunn, M., Gutiérrez Vázquez, C., Villarroya

gene delivery vectors: From clathrin dependent to lipid

Beltri, C., González, S., Sánchez Cabo, F., González,

raft mediated endocytosis, Mol. Therapy, 21, 1118-1130,

M.Á., Bernad, A., and Sánchez Madrid, F.

(2011)

doi: 10.1038/mt.2013.54.

Unidirectional transfer of microRNA loaded exosomes

55.

Huber, T.B., Schermer, B., Müller, R.U., Höhne, M.,

from T cells to antigen presenting cells, Nat. Commun., 2,

Bartram, M., Calixto, A., Hagmann, H., Reinhardt, C.,

282, doi: 10.1038/ncomms1285.

Koos, F., Kunzelmann, K., Shirokova, E., Krautwurst, D.,

40.

Kajimoto, T., Okada, T., Miya, S., Zhang, L., and

Harteneck, C., Simons, M., Pavenstädt, H., Kerjaschki, D.,

Nakamura, S.I. (2013) Ongoing activation of sphingosine

Thiele, C., Walz, G., Chalfie, M., and Benzing, T. (2006)

1 phosphate receptors mediates maturation of exosomal

Podocin and MEC 2 bind cholesterol to regulate the activ

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ В БИОГЕНЕЗЕ ЭКЗОСОМ

223

ity of associated ion channels, Proc. Nat. Acad. Sci. USA,

72.

Lee, J.H., Hsieh, C.F., Liu, H.W., Chen, C.Y., Wu, S.C.,

103, 17079-17086, doi: 10.1073/pnas.0607465103.

Chen, T.W., Hsu, C.S., Liao, Y.H., Yang, C.Y., Shyu, J.F.,

56.

Nijtmans, L.G.J. (2000) Prohibitins act as a membrane bound

Fischer, W.B., and Lin, C.H. (2017) Lipid raft associated

chaperone for the stabilization of mitochondrial proteins,

stomatin enhances cell fusion, FASEB J., 31, 47-59,

EMBO J., 19, 2444-2451, doi: 10.1093/emboj/19.11.2444.

doi: 10.1096/fj.201600643R.

57.

Steglich, G., Neupert, W., and Langer, T.

(1999)

73.

Salzer, U., Hinterdorfer, P., Hunger, U., Borken, C., and

Prohibitins regulate membrane protein degradation by the

Prohaska, R. (2002) Ca⁺⁺ dependent vesicle release from

m AAA protease in mitochondria, Mol. Cell Biol., 19,

erythrocytes involves stomatin specific lipid rafts, synexin

3435-3442, doi: 10.1128/mcb.19.5.3435.

(annexin VII), and sorcin, Blood,

99,

2569-2577,

58.

Browman, D.T., Resek, M.E., Zajchowski, L.D., and

doi: 10.1182/blood.V99.7.2569.

Robbins, S.M. (2006) Erlin 1 and erlin 2 are novel mem

74.

De Gassart, A., Geminard, C., Fevrier, B., Raposo, G.,

bers of the prohibitin family of proteins that define lipid

and Vidal, M. (2003) Lipid raft associated protein sorting

raft like domains of the ER, J. Cell Sci., 119, 3149-3160,

in exosomes, Blood, 102, 4336-4344, doi: 10.1182/blood

doi: 10.1242/jcs.03060.

2003 03 0871.

59.

Jang, S.C., Crescitelli, R., Cvjetkovic, A., Belgrano, V.,

75.

Feuk Lagerstedt, E., Samuelsson, M., Movitz, C.,

Bagge, R.O., Hoog, J.L., Sundfeldt, K., Ochiya, T.,

Rosqvist, Å., Karlsson, A., Bergström, J., Larsson, T.,

Kalluri, R., and Lotvall, J. (2017) A subgroup of mito

Mosgoeller, W., Steiner, M., and Prohaska, R. (2002) The

chondrial extracellular vesicles discovered in human

presence of stomatin in detergent insoluble domains of

melanoma tissues are detectable in patient blood, BioRxiv,

neutrophil granule membranes, J. Leukocyte Biol., 72,

doi: 10.1101/174193.

970-977, doi: 10.1189/jlb.72.5.970.

60.

Solis, G.P., Hoegg, M., Munderloh, C., Schrock, Y.,

76.

Salzer, U., Zhu, R., Luten, M., Isobe, H., Pastushenko, V.,

Malaga Trillo, E., Rivera Milla, E., and Stuermer, C.A.O.

Perkmann, T., Hinterdorfer, P., and Bosman, G.J.C.G.M.

(2007) Reggie/flotillin proteins are organized into stable

(2008) Vesicles generated during storage of red cells are rich

tetramers in membrane microdomains, Biochem. J., 403,

in the lipid raft marker stomatin, Transfusion, 48, 451-462,

313-322, doi: 10.1042/BJ20061686.

doi: 10.1111/j.1537 2995.2007.01549.x.

61.

Browman, D.T., Hoegg, M.B., and Robbins, S.M. (2007)

77.

Скрябин Г.О., Комельков А.В., Евтушенко Е.Г., Баг

The SPFH domain containing proteins: more than lipid

ров Д.В., Галецкий С.A., Аксельрод М.Е., Чевкина Е.М.

raft markers, Trends Cell Biol.,

17,

394-402,

(2018) Анализ экзосомальных белковых маркеров в раз

doi: 10.1016/j.tcb.2007.06.005.

личных фракциях экстраклеточных везикул, секретиру

62.

Otto, G.P., and Nichols, B.J. (2011) The roles of flotillin

емых клетками немелкоклеточного рака легкого. Успехи

microdomains-endocytosis and beyond, J. Cell Sci., 124,

молекулярной онкологии, 5, Приложение, c. 57-58.

3933-3940, doi: 10.1242/jcs.092015.

78.

Smart, E.J., Graf, G.A., McNiven, M.A., Sessa, W.C.,

63.

Зборовская И.Б., Галецкий С.А., Комельков А.В.

Engelman, J.A., Scherer, P.E., Okamoto, T., and Lisanti, M.P.

(2016) Белки мембранных микродоменов и их участие

(1999) Caveolins, liquid ordered domains, and signal

в онкогенезе, Успехи мол. онкологии,

16-29,

transduction, Mol. Cell Biol., 19, 7289-7304, doi: 10.1128/

doi: 10.17650/2313 805X 2016 3 3 16 29.

mcb.19.11.7289.

64.

Glebov, O.O., Bright, N.A., and Nichols, B.J. (2006)

79.

Brown, D.A., and Rose, J.K. (1992) Sorting of GPI

Flotillin 1 defines a clathrin independent endocytic path

anchored proteins to glycolipid enriched membrane sub

way in mammalian cells, Nat. Cell Biol., 8, 46-54,

domains during transport to the apical cell surface, Cell,

doi: 10.1038/ncb1342.

68, 533-544, doi: 10.1016/0092 8674(92)90189 J.

65.

Frick, M., Bright, N.A., Riento, K., Bray, A., Merrified,

80.

Fu, P., Chen, F., Pan, Q., Zhao, X., Zhao, C., Cho, W.C. S.,

C., and Nichols, B.J. (2007) Coassembly of flotillins

and Chen, H. (2017) The different functions and clinical

induces formation of membrane microdomains, mem

significances of caveolin 1 in human adenocarcinoma and

brane curvature, and vesicle budding, Curr. Biol., 17,

squamous cell carcinoma, Onco Targets Ther.,

10,

1151-1156, doi: 10.1016/j.cub.2007.05.078.

819-835, doi: 10.2147/OTT.S123912.

66.

Théry, C., Amigorena, S., Raposo, G., and Clayton, A. (2006)

81.

Senetta, R., Stella, G., Pozzi, E., Sturli, N., Massi, D., and

Isolation and characterization of exosomes from cell culture

Cassoni, P. (2013) Caveolin 1 as a promoter of tumour

supernatants and biological fluids, Curr. Protoc. Cell Biol., 30,

spreading: when, how, where and why, J. Cell. Mol. Med.,

3.22.1-3.22.29, doi: 10.1002/0471143030.cb0322s30.

17, 325-336, doi: 10.1111/jcmm.12030.

67.

Skryabin, G., Komelkov, A., Galetsky, S., Akselrod, M.,

82.

Murata, M., Peränen, J., Schreiner, R., Wieland, F.,

and Tchevkina, E. (2018) Analysis of SPFH proteins in

Kurzchalia, T.V., and Simons, K. (1995) VIP21/caveolin is

exosomes produced by non small cell lung cancer cells, 22

a cholesterol binding protein, Proc. Nat. Acad. Sci. USA,

international charles heidelberger symposium on cancer

92, 10339-10343.

research, Tomsk, Russia, pp. 99-101.

83.

Drab, M., Verkade, P., Elger, M., Kasper, M., Lohn, M.,

68.

Langhorst, M.F., Reuter, A., Luxenhofer, G., Boneberg, E. M.,

Lauterbach, B., Menne, J., Lindschau, C., Mende, F.,

Legler, D.F., Plattner, H., and Stuermer, C.A.O. (2006)

Luft, F.C., Schedl, A., Hailer, H., and Kurzchalia, T.V.

Preformed reggie/flotillin caps: stable priming platforms

(2001) Loss of caveolae, vascular dysfunction, and pul

for macrodomain assembly in T cells, FASEB J., 20,

monary defects in caveolin 1 gene disrupted mice,

711-713, doi: 10.1096/fj.05 4760fje.

Science, 293, 2449-2452, doi: 10.1126/science.1062688.

69.

Babuke, T., Ruonala, M., Meister, M., Amaddii, M.,

84.

Pelkmans, L., and Zerial, M. (2005) Kinase regulated

Genzler, C., Esposito, A., and Tikkanen, R. (2009) Hetero

quantal assemblies and kiss and run recycling of caveolae,

oligomerization of reggie 1/flotillin 2 and reggie 2/flotill

Nature, 436, 128-133, doi: 10.1038/nature03866.

in 1 is required for their endocytosis, Cell. Signalling, 21,

85.

Parton, R.G., and Simons, K. (2007) The multiple faces of

1287-1297, doi: 10.1016/j.cellsig.2009.03.012.

caveolae, Nat. Rev. Mol. Cell Biol.,

185-194,

70.

Rungaldier, S., Umlauf, E., Mairhofer, M., Salzer, U.,

doi: 10.1038/nrm2122.

Thiele, C., and Prohaska, R. (2017) Structure function

86.

Rothberg, K.G., Heuser, J.E., Donzell, W.C., Ying, Y.S.,

analysis of human stomatin: a mutation study, PLoS One,

Glenney, J.R., and Anderson, R.G.W. (1992) Caveolin, a

12, 1-24, doi: 10.1371/journal.pone.0178646.

protein component of caveolae membrane coats, Cell, 68,

71.

Salzer, U., and Prohaska, R. (2001) Stomatin, flotillin 1,

673-682, doi: 10.1016/0092 8674(92)90143 Z.

and flotillin 2 are major integral proteins of erythrocyte

87.

Hill, M.M., Bastiani, M., Luetterforst, R., Kirkham, M.,

lipid rafts, Blood, 97, 1141-1143.

Kirkham, A., Nixon, S.J., Walser, P., Abankwa, D.,

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020

224

СКРЯБИН и др.

Oorschot, V.M.J., Martin, S., Hancock, J.F., and

Federici, C., and Iessi, E. (2009) High levels of exosomes

Parton, R.G. (2008) PTRF cavin, a conserved cytoplasmic

expressing CD63 and caveolin 1 in plasma of melanoma

protein required for caveola formation and function, Cell,

patients, PLoS One,

4, doi:

10.1371/journal.pone.

132, 113-124, doi: 10.1016/j.cell.2007.11.042.

0005219.

88.

Liu, L., and Pilch, P.F. (2008) A critical role of cavin (poly

97. Lazar, I., Clement, E., Ducoux Petit, M., Denat, L.,

merase I and transcript release factor) in caveolae forma

Soldan, V., Dauvillier, S., Balor, S., Burlet Schiltz, O.,

tion and organizatio, J. Biol. Chem., 283, 4314-4322,

Larue, L., Muller, C., and Nieto, L. (2015) Proteome

doi: 10.1074/jbc.M707890200.

characterization of melanoma exosomes reveals a specific

89.

Lajoie, P., Goetz, J.G., Dennis, J.W., and Nabi, I.R.

signature for metastatic cell lines, Pigment Cell Melanoma

(2009) Lattices, rafts, and scaffolds: domain regulation of

Res., 28, 464-475, doi: 10.1111/pcmr.12380.

receptor signaling at the plasma membrane, J. Cell Biol.,

98. Llorente, A., de Marco, M.C., and Alonso, M. (2004)

185, 381-385, doi: 10.1083/jcb.200811059.

Caveolin 1 and MAL are located on prostasomes secreted

90.

Sandvig, K., Kavaliauskiene, S., and Skotland, T. (2018)

by the prostate cancer PC 3 cell line, J.Cell Sci., 117,

Clathrin independent endocytosis: an increasing degree of

5343-5351, doi: 10.1242/jcs.01420.

complexity, Histochem. Cell Biol.,

150,

107-118,

99. He, M., Qin, H., Poon, T.C.W., Sze, S.C., Ding, X.,

doi: 10.1007/s00418 018 1678 5.

Co, N.N., Ngai, S.M., Chan, T.F., and Wong, N. (2015)

91.

Kojic, L.D., Joshi, B., Lajoie, P., Le, P.U., Cox, M.E.,

Hepatocellular carcinoma derived exosomes promote

Turbin, D.A., Wiseman, S.M., and Nabi, I.R. (2007) Raft

motility of immortalized hepatocyte through transfer of

dependent endocytosis of autocrine motility factor is phos

oncogenic proteins and RNAs, Carcinogenesis,

36,

phatidylinositol 3 kinase dependent in breast carcinoma

1008-1018, doi: 10.1093/carcin/bgv081.

cells, J. Biol. Chem., 282, 29305-29313, doi: 10.1074/jbc.

100. Mirzapoiazova, T., Lennon, F.E., Mambetsariev, B., Allen,

M704069200.

M., Riehm, J., Poroyko, V.A., and Singleton, P.A. (2015)

92.

Vassilieva, E.V., Gerner Smidt, K., Ivanov, A.I., and

Extracellular vesicles from caveolin enriched micro

Nusrat, A. (2008) Lipid rafts mediate internalization of β1

domains regulate hyaluronan mediated sustained vascular

integrin in migrating intestinal epithelial cells, Am. J.

integrity, Intern. J. Cell Biol., 481493, doi: 10.1155/

Physiol. Gastrointest. Liver Physiol., 295, doi: 10.1152/

2015/481493.

ajpgi.00082.2008.

101. Svensson, K.J., Christianson, H.C., Wittrup, A.,

93.

Nwosu, Z.C., Ebert, M.P., Dooley, S., and Meyer, C.

Bourseau Guilmain, E., Lindqvist, E., Svensson, L.M.,

(2016) Caveolin 1 in the regulation of cell metabolism: a

Mörgelin, M., and Belting, M. (2013) Exosome uptake

cancer perspective, Mol. Cancer, 15, doi: 10.1186/s12943

depends on ERK1/2 heat shock protein 27 signaling and

016 0558 7.

lipid raft mediated endocytosis negatively regulated by

94.

Wu, P., Qi, B., Zhu, H., Zheng, Y., Li, F., and Chen, J.

caveolin 1, J. Biol. Chem.,

288,

17713-17724,

(2007) Suppression of staurosporine mediated apoptosis in

doi: 10.1074/jbc.M112.445403.

Hs578T breast cells through inhibition of neutral sphin

102. Campos, A., Salomon, C., Bustos, R., D az, J., Mart nez, S.,

gomyelinase by caveolin 1, Cancer Lett., 256, 64-72,

Silva, V., Reyes, C., D az Valdivia, N., Varas Godoy, M.,

doi: 10.1016/j.canlet.2007.05.007.

Lobos González, L., and Quest, A.F. (2018) Caveolin 1

95.

Veldman, R.J., Maestre, N., Aduib, O.M., Medin, J.A.,

containing extracellular vesicles transport adhesion pro

Salvayre, R., and Levade, T. (2001) A neutral sphingo

teins and promote malignancy in breast cancer cell lines,

myelinase resides in sphingolipid enriched microdomains

Nanomedicine, 13, doi: 10.2217/nnm 2018 0094.

and is inhibited by the caveolin scaffolding domain: poten

103. Huang, K., Fang, C., Yi, K., Liu, X., Qi, H., Tan, Y.,

tial implications in tumour necrosis factor signalling,

Zhou, J., Li, Y., Liu, M., Zhang, Y., Yang, J., Zhang, J., Li,

Biochem. J., 355, 859-868, doi: 10.1042/ bj3550859.

M., and Kang, C. (2018) The role of PTRF/Cavin 1 as a

96.

Logozzi, M., De Milito, A., Lugini, L., Borghi, M.,

biomarker in both glioma and serum exosomes,

Calabrò, L., Spada, M., Perdicchio, M., Marino, M.L.,

Theranostics, 8, 1540-1557, doi: 10.7150/thno.22952.

LIPID RAFTS IN EXOSOME BIOGENESIS

Review

G. O. Skryabin, A. V. Komelkov*, E. E. Savelyeva, and E. M. Tchevkina

Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of the Russian Federation,

115478 Moscow, Russia; E*mail: komelkov@gmail.com

Received October 1, 2019

Revised November 28, 2019

Accepted November 28, 2019

Exosomes, secreted extracellular vesicles forming in the intracellular vesicular transport system, play a crucial role in

distant intercellular communication. Exosomes transfer active forms of biomolecules of various classes, and the mol

ecular composition of exosomal cargo is the result of directed selection and depends on the type of producer cells. The

mechanisms underlying the formation of exosomes and selection of exosomal cargo are still not fully understood.

Several pathways for exosome biogenesis are assumed, although questions about their independence as well as their

simultaneous coexistence in the cell remain open. Recently discovered mechanism of exosome formation, associated

with lipid rafts, or membrane lipid microdomains, is the least studied. This review presents the modern views and basic

hypotheses regarding the mechanisms of biogenesis and secretion of exosomes and summarizes current data on the

participation of lipid rafts and their constituent molecules in this process. Special attention is paid to raft forming pro

teins of the SPFH family, components of flat rafts, as well as caveolin, the main component of caveolae.

Keywords: exosomes, lipid rafts, SPFH proteins, caveolin

БИОХИМИЯ том 85 вып. 2 2020