Парацитофагия

Парацитофагия (от древнегреческого para  «рядом», kytos  «клетка» и phagy  «поедание») — клеточный процесс, при котором клетка поглощает выступ, который выступает из соседней клетки. Этот выступ может содержать материал, который активно передается между клетками. Процесс парацитофагии [1] был впервые описан как решающий шаг во время межклеточного распространения внутриклеточного бактериального патогена Listeria monocytogenes , а также часто наблюдается у Shigella flexneri . Парацитофагия позволяет этим внутриклеточным патогенам распространяться непосредственно из клетки в клетку, таким образом избегая иммунного обнаружения и уничтожения. Исследования этого процесса внесли значительный вклад в наше понимание роли актинового цитоскелета в эукариотических клетках .

Актиновый цитоскелет

Схема формирования хвоста актиновой кометы Listeria с использованием ActA . Комплекс зародышеобразования Arp2/3 привлекается к ActA, имитатору WASP. Затем на заднем конце бактерии происходит полимеризация актиновых филаментов, продвигая ее через цитоплазму клетки-хозяина в переднем направлении.

Актин является одним из основных белков цитоскелета в эукариотических клетках. Полимеризация актиновых филаментов отвечает за образование псевдоподий , филоподий и ламеллиподий во время клеточной подвижности . Клетки активно строят актиновые микрофиламенты, которые толкают клеточную мембрану в направлении продвижения. [2]

Факторы зародышеобразования и комплекс Arp2/3

Факторы зародышеобразования являются усилителями полимеризации актина и способствуют формированию тримерного ядра полимеризации. Это структура, необходимая для инициирования процесса полимеризации актиновых нитей стабильным и эффективным способом. Факторы зародышеобразования, такие как WASP (белок синдрома Вискотта-Олдрича), помогают формировать комплекс зародышеобразования Arp2/3 из семи белков , который напоминает два мономера актина и, следовательно, облегчает формирование ядра полимеризации. Arp2/3 способен закрывать задний («минус») конец актиновой нити, обеспечивая более быструю полимеризацию на «плюс» конце. Он также может связываться со стороной существующих нитей, способствуя разветвлению нитей. [3]

Аналоги WASP, используемые патогенами для внутриклеточной подвижности

Некоторые внутриклеточные патогены, такие как виды бактерий Listeria monocytogenes и Shigella flexneri, могут манипулировать полимеризацией актина клетки-хозяина, чтобы перемещаться через цитозоль и распространяться на соседние клетки (см. ниже). Исследования этих бактерий, особенно белка, индуцирующего сборку актина Listeria (ActA), привели к дальнейшему пониманию действий WASP. ActA является фактором, способствующим зародышеобразованию, который имитирует WASP. Он экспрессируется поляризованным к заднему концу бактерии, позволяя опосредованному Arp2/3 зародышеобразованию актина. Это толкает бактерию в переднем направлении, оставляя за собой «хвост кометы» актина. В случае Shigella , который также перемещается с помощью хвоста кометы актина, бактериальный фактор привлекает WASP клетки-хозяина, чтобы способствовать зародышеобразованию актина. [2] [3]

Обмен клеточным материалом между соседними клетками

Клетки могут обмениваться материалом посредством различных механизмов, таких как секреция белков , высвобождение внеклеточных везикул, таких как экзосомы или микровезикулы , или более непосредственное поглощение частей соседних клеток. В одном примере было показано, что филоподий -подобные выступы или туннелирующие нанотрубки, направленные к соседним клеткам в культуре клеток PC12 крысы, облегчают транспорт органелл посредством временного слияния мембран. [4] В другом примере во время хоминга костного мозга клетки окружающей кости поглощают части гемопоэтических клеток костного мозга. Эти остеобласты контактируют с гемопоэтическими стволовыми клетками-предшественниками через мембранные нанотрубки, и части донорских клеток со временем переносятся в различные эндоцитарные отсеки целевых остеобластов. [5]

Отдельный процесс, известный как трогоцитоз , обмен липидными плотами или мембранными участками между иммунными клетками, может способствовать ответу на чужеродные стимулы. [6] Более того, было показано, что экзосомы доставляют не только антигены для перекрестной презентации , [7] но также MHCII и костимулирующие молекулы для активации лимфоцитов Т. [8] В неиммунных клетках было показано, что митохондрии могут обмениваться между клетками для спасения метаболически нежизнеспособных клеток, лишенных митохондрий. [9] Митохондриальный перенос также наблюдался в раковых клетках. [10]

Аргосомы и меланосомы

Аргосомы происходят из базолатеральных эпителиальных мембран и обеспечивают связь между соседними клетками. Впервые они были описаны у Drosophila melanogaster , где они действуют как транспортное средство для распространения молекул через эпителий имагинальных дисков. [11] Меланосомы также переносятся филоподиями из меланоцитов в кератиноциты. Этот перенос включает классический путь формирования филоподий, при этом ключевыми факторами являются Cdc42 и WASP. [12]

Аргосомы, меланосомы и другие примеры эпителиального переноса сравнивались с процессом парацитофагии, и все они могут рассматриваться как особые случаи межклеточного переноса материала между эпителиальными клетками. [4]

Роль в жизненном цикле внутриклеточных патогенов

Стадии внутриклеточного жизненного цикла Listeria monocytogenes . (В центре) Рисунок, изображающий проникновение, выход из вакуоли, зарождение актина, подвижность на основе актина и распространение от клетки к клетке. (Снаружи) Репрезентативные электронные микрофотографии, на основе которых был создан рисунок.

Два основных примера парацитофагии — это способы передачи от клетки к клетке Listeria monocytogenes и Shigella flexneri . В случае Listeria этот процесс был впервые подробно описан с использованием электронной микроскопии [13] и видеомикроскопии. [1] Ниже приводится описание процесса передачи от клетки к клетке Listeria monocytogenes , в первую очередь основанное на Robbins et al . (1999): [1]

Ранние события

В уже инфицированной «донорской» клетке бактерия Listeria экспрессирует ActA , что приводит к образованию хвоста актиновой кометы и перемещению бактерии по цитоплазме . Когда бактерия сталкивается с мембраной донорской клетки , она либо отскакивает от нее, либо прилипает к ней и начинает выталкиваться наружу, растягивая мембрану и образуя выступ размером 3–18 мкм. Считается, что тесное взаимодействие между бактерией и мембраной клетки-хозяина зависит от Эзрина , члена семейства мембранно-ассоциированных белков ERM . Эзрин прикрепляет бактерию, движимую актином, к плазматической мембране путем сшивания хвоста актиновой кометы с мембраной и поддерживает это взаимодействие на протяжении всего процесса выпячивания. [14]

Вторжение в клетку-мишень и образование вторичной вакуоли

Поскольку нормальным местом заражения является столбчатый эпителий кишечника , клетки плотно упакованы, и выступ одной клетки легко протолкнется в соседнюю «целевую» клетку, не разрывая мембрану целевой клетки или мембрану выступов донора. В этот момент бактерия на кончике выступа начнет совершать «судорожные движения», вызванные продолжающейся полимеризацией актина в ее задней части. Через 7–15 минут мембрана донорской клетки отщипывается, и судорожные движения прекращаются на 15–25 минут из-за истощения АТФ. Затем целевая мембрана отщипывается (это занимает 30–150 секунд), и внутри цитоплазмы целевой клетки образуется вторичная вакуоль, содержащая бактерию.

Вторичный распад вакуоли и инфицирование клеток-мишеней

В течение 5 минут целевая клетка становится инфицированной, когда вторичная вакуоль начинает закисляться, а внутренняя (полученная из донорской клетки) мембрана разрушается под действием бактериальных фосфолипаз (PI-PLC и PC-PLC). Вскоре после этого внешняя мембрана разрушается в результате действия бактериального белка листериолизина O [15] , который прокалывает вакуолярную мембрану. Облако остаточного актина, полученного из донорской клетки, сохраняется вокруг бактерии в течение 30 минут. Бактериальная металлопротеаза Mpl расщепляет ActA в зависимости от pH, пока бактерия все еще находится в закисленной вторичной вакуоли, но новая транскрипция ActA не требуется, поскольку уже существующая мРНК ActA может быть использована для трансляции нового белка ActA. Бактерия восстанавливает подвижность, и инфекция продолжается.

Карикатура на парацитофагию во время заражения листерией , приводящую к образованию вторичной вакуоли и побегу.

Влияние на болезнь

Наиболее тяжелые симптомы листериоза возникают из-за поражения центральной нервной системы (ЦНС). К таким тяжелым и часто смертельным симптомам относятся менингит , ромбэнцефалит и энцефалит . Эти формы заболевания являются прямым результатом механизмов патогенности листерий на клеточном уровне. [16] Листериозная инфекция, поражающая ЦНС, может происходить тремя известными путями: через кровь, через внутриклеточную доставку или через нейрональное внутриклеточное распространение. Парацитофагическое распространение от клетки к клетке обеспечивает листериям доступ к ЦНС посредством последних двух механизмов. [17]

Парацитофагия при инфекции ЦНСЛистерия

В периферических тканях Listeria может проникать в клетки, такие как моноциты и дендритные клетки, из инфицированных эндотелиальных клеток посредством парацитофагического способа проникновения. Используя эти фагоцитарные клетки в качестве векторов, Listeria перемещается по нервам и достигает тканей, обычно недоступных для других бактериальных патогенов. Подобно механизму, наблюдаемому при ВИЧ , инфицированные лейкоциты в крови пересекают гематоэнцефалический барьер и переносят Listeria в ЦНС. Попав в ЦНС, распространение от клетки к клетке вызывает сопутствующие повреждения, приводящие к мозговому энцефалиту и бактериальному менингиту. Listeria использует фагоцитарные лейкоциты в качестве « троянского коня » [18], чтобы получить доступ к большему диапазону целевых клеток.

В одном исследовании мыши, которым вводили гентамицин через инфузионный насос, продемонстрировали поражение ЦНС и мозга во время заражения Listeria , что указывает на то, что популяция бактерий, ответственных за тяжелый патогенез, находилась внутри клеток и была защищена от циркулирующего антибиотика . [19] [20] Макрофаги, инфицированные Listeria, легче передают инфекцию нейронам посредством парацитофагии, чем посредством внеклеточного вторжения свободных бактерий. [21] Механизм, который конкретно нацеливает эти инфицированные клетки на ЦНС, в настоящее время неизвестен. Эта функция троянского коня также наблюдается и считается важной на ранних стадиях инфекции, когда инфекция от кишечника до лимфатических узлов опосредуется инфицированными дендритными клетками. [22]

Второй механизм достижения мозговой ткани достигается посредством внутриаксонального транспорта. В этом механизме Listeria перемещается по нервам в мозг, что приводит к энцефалиту или поперечному миелиту. [23] У крыс ганглии задних корешков могут быть инфицированы Listeria напрямую , и бактерии могут перемещаться как в ретроградном, так и в антероградном направлении через нервные клетки. [24] Конкретные механизмы, участвующие в заболевании мозга, пока не известны, но считается, что парацитофагия играет определенную роль. Не было показано, что бактерии эффективно инфицируют нейрональные клетки напрямую, и ранее описанная передача макрофагов считается необходимой для этого способа распространения. [21] [25]

Смотрите также

Процесс парацитофагии считается отличным от похожих, но не связанных между собой процессов, таких как фагоцитоз и трогоцитоз . Некоторые связанные концепции включают:

Ссылки

  1. ^ abc Robbins JR, Barth AI, Marquis H, de Hostos EL, Nelson WJ, Theriot JA (1999). «Listeria monocytogenes использует нормальные процессы клетки-хозяина для распространения от клетки к клетке». J Cell Biol . 146 (6): 1333–50. doi :10.1083/jcb.146.6.1333. PMC  1785326. PMID  10491395 .
  2. ^ ab Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. и др. Нью-Йорк: Garland Science; 2002.
  3. ^ ab Cellular Microbiology, 2-е изд., под редакцией Паскаля Коссара, Патриса Боке, Стаффана Нормарка и Рино Раппуоли. Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press; 2005.
  4. ^ ab Rustom, A.; Saffrich, R.; Markovic, I.; Walther, P.; Gerdes, H. (2004). «Нанотрубчатые магистрали для межклеточного транспорта органелл». Science . 303 (5660): 1007–1010. Bibcode :2004Sci...303.1007R. doi :10.1126/science.1093133. PMID  14963329. S2CID  37863055.
  5. ^ Gillette, JM; Larochelle, A.; Dunbar, CE; Lippincott-Schwartz, J. (2009). «Межклеточный перенос в сигнальные эндосомы регулирует нишу костного мозга ex vivo». Nature Cell Biology . 11 (3): 303–311. doi :10.1038/ncb1838. PMC 2748410 . PMID  19198600. 
  6. ^ Ахмед, КА; Мунегоуда, МА; Се, И.; Сян, Дж. (2008). «Межклеточный трогоцитоз играет важную роль в модуляции иммунных ответов». Клеточная и молекулярная иммунология . 5 (4): 261–269. doi :10.1038/cmi.2008.32. PMC 4651296. PMID  18761813 . 
  7. ^ Теста, Дж. С.; Апчер, Г. С.; Комбер, Дж. Д.; Эйзенлор, Л. С. (2010). «Передача антигена, управляемая экзосомами, для презентации MHC класса II, облегчаемая активностью связывания рецептора гемагглютинина гриппа». Журнал иммунологии . 185 (11): 6608–6616. doi : 10.4049/jimmunol.1001768. PMC 3673890. PMID  21048109 . 
  8. ^ Тери, К .; Дубан, Л.; Сегура, Э.; Верон, П.; Ланц, О.; Амигорена, С. (2002). «Непрямая активация наивных CD4 + Т-клеток экзосомами, полученными из дендритных клеток». Природная иммунология . 3 (12): 1156–1162. дои : 10.1038/ni854. PMID  12426563. S2CID  19482317.
  9. ^ Spees, JL; Olson, S.; Whitney, M.; Prockop, D. (2006). «Перенос митохондрий между клетками может спасти аэробное дыхание». Труды Национальной академии наук . 103 (5): 1283–1288. Bibcode : 2006PNAS..103.1283S. doi : 10.1073/pnas.0510511103 . PMC 1345715. PMID  16432190 . 
  10. ^ Реббек, Калифорния; Леруа, А. М.; Берт, А. (2011). «Захват митохондрий трансмиссивным раком». Science . 331 (6015): 303. Bibcode :2011Sci...331..303R. doi :10.1126/science.1197696. PMID  21252340. S2CID  26773936.
  11. ^ Греко, В.; Ханнус, М.; Итон, С. (2001). «Аргосомы: потенциальное средство распространения морфогенов через эпителий». Cell . 106 (5): 633–645. doi : 10.1016/S0092-8674(01)00484-6 . PMID  11551510.
  12. ^ Скотт, Г.; Леопарди, С.; Принтап, С.; Мэдден, Б. (2002). «Филоподии являются проводниками для переноса меланосом в кератиноциты». Журнал клеточной науки . 115 (Pt 7): 1441–1451. doi :10.1242/jcs.115.7.1441. PMID  11896192.
  13. ^ Tilney LG, Portnoy DA (1989). «Актиновые филаменты и рост, движение и распространение внутриклеточного бактериального паразита Listeria monocytogenes». J Cell Biol . 109 (4 Pt 1): 1597–608. doi :10.1083/jcb.109.4.1597. PMC 2115783. PMID  2507553 . 
  14. ^ Pust S, Morrison H, Wehland J, Sechi AS, Herrlich P (2005). «Listeria monocytogenes использует функции белка ERM для эффективного распространения от клетки к клетке». EMBO J . 24 (6): 1287–300. doi :10.1038/sj.emboj.7600595. PMC 556399 . PMID  15729356. 
  15. ^ Alberti-Segui C, Goeden KR, Higgins DE (2007). «Дифференциальная функция листериолизина O и фосфолипаз C Listeria monocytogenes в вакуолярном растворении после распространения от клетки к клетке». Cell Microbiol . 9 (1): 179–95. CiteSeerX 10.1.1.510.3743 . doi : 10.1111/j.1462-5822.2006.00780.x . PMID  17222191. 
  16. ^ Cossart P (2007). «Листериология (1926-2007): возникновение модельного патогена». Microbes Infect . 9 (10): 1143–6. doi :10.1016/j.micinf.2007.05.001. PMID  17618157.
  17. ^ Drevets DA, Leenen PJ, Greenfield RA (2004). «Вторжение в центральную нервную систему внутриклеточных бактерий». Clin Microbiol Rev. 17 ( 2): 323–47. doi :10.1128/cmr.17.2.323-347.2004. PMC 387409. PMID  15084504 . 
  18. ^ Древец ДА (1999). «Распространение Listeria monocytogenes инфицированными фагоцитами». Infect Immun . 67 (7): 3512–7. doi : 10.1128/IAI.67.7.3512-3517.1999. PMC 116538. PMID  10377133. 
  19. ^ Freitag NE, Jacobs KE (1999). «Исследование внутриклеточной экспрессии генов Listeria monocytogenes с использованием зеленого флуоресцентного белка Aequorea victoria». Infect Immun . 67 (4): 1844–52. doi :10.1128/IAI.67.4.1844-1852.1999. PMC 96536. PMID  10085026 . 
  20. ^ Drevets DA, Jelinek TA, Freitag NE (2001). «Фагоциты, инфицированные Listeria monocytogenes, могут инициировать инфекцию центральной нервной системы у мышей». Infect Immun . 69 (3): 1344–50. doi :10.1128/IAI.69.3.1344-1350.2001. PMC 98026. PMID  11179297. 
  21. ^ ab Dramsi S, Lévi S, Triller A, Cossart P (1998). «Проникновение Listeria monocytogenes в нейроны происходит путем распространения от клетки к клетке: исследование in vitro». Infect Immun . 66 (9): 4461–8. doi :10.1128/IAI.66.9.4461-4468.1998. PMC 108539. PMID  9712801 . 
  22. ^ Pron B, Boumaila C, Jaubert F, Berche P, Milon G, Geissmann F и др. (2001). «Дендритные клетки являются ранними клеточными мишенями Listeria monocytogenes после кишечной доставки и участвуют в бактериальном распространении в хозяине». Cell Microbiol . 3 (5): 331–40. doi : 10.1046/j.1462-5822.2001.00120.x . PMID  11298655.
  23. ^ Оверманн А., Зурбригген А., Вандевельде М. (2010). «Ромбенцефалит, вызванный Listeria monocytogenes у людей и жвачных животных: зооноз на подъеме?». Interdiscip Perspect Infect Dis . 2010 : 1–22. doi : 10.1155/2010/632513 . PMC 2829626. PMID  20204066 . 
  24. ^ Dons L, Weclewicz K, Jin Y, Bindseil E, Olsen JE, Kristensson K (1999). "Нейроны задних корешков ганглиев крыс как модель инфекций Listeria monocytogenes в культуре". Med Microbiol Immunol . 188 (1): 15–21. doi :10.1007/s004300050100. PMID  10691089. S2CID  25847960.
  25. ^ Донс Л., Джин И., Кристенссон К., Роттенберг М.Э. (2007). «Аксональный транспорт Listeria monocytogenes и бактериальное уничтожение, вызванное нервными клетками». J Neurosci Res . 85 (12): 2529–37. doi :10.1002/jnr.21256. PMID  17387705. S2CID  38278265.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Парацитофагия&oldid=1194892214"