Exosomy jako potenciální zdroj neinvazivních biomarkerů pro diagnostiku kolorektálního karcinomu

Bc. Sára Vilmanová

Master's thesis

Exosomes as a potential source of non-invasive biomarkers for colorectal cancer diagnostics

Abstract:

V této diplomové práci jsme se zabývali novým přístupem při hledání biomarkerů pro diagnostiku kolorektálního karcinomu, který je založen na transkriptomu exosomů produkovaných nádorovými buňkami. Exosomy jsou extracelulární vesikuly nacházející se v různých tělních tekutinách. Mají důležitou roli v mezibuněčné komunikaci, protože přenáší proteiny, mRNA, nekódující RNA a další bioaktivní molekuly mezi buňkami. Exosomy vylučované nádorovými buňkami mohou ovlivnit cílové buňky, a tím navodit progresi nádoru a vývoj metastáz. Specifický obsah exosomů produkovaných nádorovými buňkami z nich činí slibný zdroj neinvazivních biomarkerů pro časnou detekci kolorektálního karcinomu. Klíčovým krokem pro využití exosomů jako biomarkerů je získání jejich čisté frakce. I přes obrovský pokrok ve výzkumu zabývajícím se exosomy dosud nebyla standardizována metoda izolace exosomů. Cílem diplomové práce bylo vytvoření standardizovaného protokolu pro izolaci exosomů z krevního séra a následnou izolaci exosomální RNA. Pomocí transmisní elektronové mikroskopie a dynamického rozptylu světla jsme porovnali několik metod pro izolaci exosomů. Přítomnost exosomů byla potvrzena pomocí analýzy specifických miRNA a detekce proteinu. Dále jsme použili různé strategie k optimalizaci extrakce obsahu exosomů. Poté jsme pomocí technologie microarray stanovili profily exosomální RNA získané ze séra dvou pacientů s kolorektálním karcinomem a zdravého jedince.

Abstract:

In this thesis, we investigated a novel approach in colorectal cancer biomarkers discovery, which relies on the transcriptome of the tumour-derived exosomes. Exosomes are extracellular vesicles that are found in various types of body fluids. By delivering proteins, mRNAs, non-coding RNAs, and other bioactive molecules, exosomes play a critical role in cell-to-cell communication. Exosomes secreted by tumour cells can affect the recipient cells and therefore facilitate tumour progression and metastasis development. The characteristic content of tumour-derived exosomes makes them a promising source of non-invasive biomarkers for early detection of colorectal cancer. The crucial step in utilising exosomes as biomarkers is obtaining a pure exosomal fraction. Despite the vast progress in exosome research, standardisation of exosome isolation has still not been established. This thesis aimed to develop a standardised protocol for exosome isolation from human blood serum, followed by exosomal RNA extraction. Using transmission electron microscopy and dynamic light scattering, we compared several methods for exosome isolation. We confirmed the identity of exosomes by analysis of specific miRNAs and protein detection. Furthermore, we applied different strategies to optimise the exosomal cargo extraction. Finally, we profiled exosomal RNA isolated from serum samples of two patients with colorectal cancer and a healthy individual by microarrays.

Keywords

extracelulární vesikuly, exosomy, metody izolace exosomů, neinvazivní biomarkery, nekódující RNA, profilování RNA, kolorektální karcinom, extracellular vesicles, exosomes, exosome isolation methods, non-invasive biomarkers, non-coding RNA, RNA profiling, colorectal cancer

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 7. 7. 2020
• Supervisor: prof. RNDr. Ondřej Slabý, Ph.D.
• Reader: RNDr. Vendula Pospíchalová, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Bioanalytical Laboratory Diagnostics in Medicine - Medical Genetics and Molecular Diagnostics / Bioanalytical Laboratory Diagnostics in Medicine - Medical Genetics and Molecular Diagnostics