Парацитофагия - Paracytophagy - Wikipedia

Парацитофагия (из Древнегреческий параграф 'рядом', Китос 'ячейка' и фагия 'ест') является сотовый процесс, при котором клетка захватывает выступ, выходящий из соседней клетки. Этот выступ может содержать материал, который активно переносится между ячейками. Процесс парацитофагии[1] впервые был описан как решающий этап межклеточного распространения внутриклеточного бактериального патогена. Listeria monocytogenes, а также обычно наблюдается в Шигелла флекснери. Парацитофагия позволяет этим внутриклеточным патогенам напрямую распространяться от клетки к клетке, таким образом избегая невосприимчивый обнаружение и уничтожение. Исследования этого процесса внесли значительный вклад в наше понимание роли актин цитоскелет в эукариотический клетки.

Актиновый цитоскелет

Схема формирования хвоста актиновой кометы Листерия с помощью ActA. Комплекс нуклеации Arp2 / 3 завербован в ActA, подражатель WASP. Полимеризация актиновых филаментов затем происходит на заднем конце бактерии, продвигая ее через цитоплазму клетки-хозяина в переднем направлении.

Актин является одним из основных белков цитоскелета в эукариотических клетках. Полимеризация актиновых филаментов ответственна за образование ложноножки, филоподия и ламеллиподии в течение подвижность клеток. Клетки активно строят актиновые микрофиламенты, которые толкают клеточную мембрану в направлении продвижения.[2]

Факторы нуклеации и комплекс Arp2 / 3

Факторы нуклеации являются усилителями полимеризации актина и способствуют образованию ядра тримерной полимеризации. Это структура, необходимая для того, чтобы инициировать процесс полимеризации актиновых филаментов стабильным и эффективным способом. Факторы нуклеации, такие как ОСА (Белок синдрома Вискотта-Олдрича) помогает формировать семибелковый Комплекс нуклеации Arp2 / 3, который напоминает два мономера актина и, следовательно, способствует более легкому образованию ядра полимеризации. Arp2 / 3 способен перекрывать задний («минус») конец актиновой нити, обеспечивая более быструю полимеризацию на «положительном» конце. Он также может связываться со стороной существующих нитей, способствуя разветвлению нитей.[3]

Аналоги WASP, используемые патогенами для внутриклеточной подвижности

Определенные внутриклеточные патогены, такие как виды бактерий. Listeria monocytogenes и Шигелла флекснери может управлять полимеризацией актина в клетке-хозяине, перемещаясь через цитозоль и распространяясь на соседние клетки (см. ниже). Исследования этих бактерий, особенно Листерия Белок, индуцирующий сборку актина (ActA), привели к дальнейшему пониманию действий WASP. ActA является фактором, способствующим зарождению, который имитирует WASP. Он экспрессируется поляризованным на заднем конце бактерии, что делает возможным Arp2 / 3-опосредованное зарождение актина. Это толкает бактерию в переднем направлении, оставляя за собой «кометный хвост» актина. В случае Шигелла, который также движется с помощью актинового кометного хвоста, бактериальный фактор рекрутирует WASP клетки-хозяина, чтобы способствовать нуклеации актина.[2][3]

Обмен клеточного материала между соседними ячейками

Клетки могут обмениваться материалом с помощью различных механизмов, таких как секретирование белков, выпуская внеклеточные везикулы Такие как экзосомы или же микровезикулы, или более прямое поглощение частей соседних ячеек. В одном примере филоподия -подобные выступы или туннельные нанотрубки, направленные к соседним клеткам в культуре клеток PC12 крыс, как было показано, облегчают транспорт органелл посредством временного слияния мембран.[4] В другом примере, во время самонаведения костного мозга, клетки окружающей кости поглощают кусочки гемопоэтических клеток костного мозга. Эти остеобласты контактируют с гемопоэтические стволовые клетки-предшественники через мембранные нанотрубки, и части донорских клеток со временем переносятся в различные эндоцитарные компартменты остеобластов-мишеней.[5]

Отдельный процесс, известный как трогоцитоз обмен липидными рафтами или участками мембраны между иммунными клетками может способствовать ответу на чужеродные стимулы.[6] Более того, экзосомы было показано, что они доставляют не только антигены для перекрестное представление,[7] но также MHCII и костимулирующие молекулы для активации Т лимфоцитов.[8] В неиммунных клетках было продемонстрировано, что митохондрии могут обмениваться межклеточно для спасения метаболически нежизнеспособных клеток, лишенных митохондрий.[9] Перенос митохондрий также наблюдается в раковых клетках.[10]

Аргосомы и меланосомы

Аргосомы происходят из базолатеральных эпителиальных мембран и обеспечивают связь между соседними клетками. Впервые они были описаны в Drosophila melanogaster, где они действуют как средство распространения молекул через эпителий имагинальных дисков.[11] Меланосомы также переносятся филоподиями от меланоцитов к кератиноцитам. Этот перенос включает классический путь формирования филоподий с Cdc42 и WASP в качестве ключевых факторов.[12]

Аргосомы, меланосомы и другие примеры переноса эпителия сравнивали с процессом парацитофагии, и все это можно рассматривать как частные случаи переноса межклеточного материала между эпителиальными клетками.[4]

Роль в жизненном цикле внутриклеточных патогенов

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

Двумя основными примерами парацитофагии являются способы передачи от клетки к клетке. Listeria monocytogenes и Шигелла флекснери. В случае Листерия, процесс был впервые подробно описан с помощью электронная микроскопия[13] и видеомикроскопия.[1] Ниже приводится описание процесса передачи от ячейки к ячейке. Listeria monocytogenes, в основном на основе Роббинса и другие. (1999):[1]

Ранние события

В уже инфицированной «донорской» клетке Листерия бактерия экспрессирует ActA, что приводит к формированию актин хвост кометы и движение бактерии по цитоплазма. Когда бактерия встречает донора клеточная мембрана, он либо рикошетит от него, либо прилипнет к нему и начнет выталкиваться наружу, расширяя мембрану и образуя выступ 3-18 мкм. Считается, что тесное взаимодействие между бактерией и мембраной клетки-хозяина зависит от Эзрин, член Семейство мембраносвязанных белков ERM. Эзрин прикрепляет актиновую бактерию к плазматической мембране посредством сшивание хвост кометы актина к мембране и поддерживает это взаимодействие на протяжении всего процесса протрузии.[14]

Инвазия клеток-мишеней и образование вторичных вакуолей

Поскольку обычным местом заражения является кишечник. столбчатый эпителий, клетки плотно упакованы вместе, и клеточный выступ из одной клетки легко проталкивается в соседнюю «целевую» клетку без разрыва мембраны клетки-мишени или мембраны выступа донора. В этот момент бактерия на кончике выступа начнет совершать «прерывистое движение», вызванное продолжающейся полимеризацией актина в его задней части. Через 7–15 минут мембрана донорской клетки отслаивается, и прерывистое движение прекращается на 15–25 минут из-за истощения АТФ. После этого целевая мембрана отщипывается (за 30–150 секунд), а вторичная вакуоль содержащие бактериальные формы внутри цитоплазмы клетки-мишени.

Распад вторичной вакуоли и инфицирование клеток-мишеней

В течение 5 минут целевая клетка становится инфицированной, когда вторичная вакуоль начинает подкисляться и внутренняя (происходящая из донорских клеток) мембрана разрушается под действием бактериальных фосфолипаз (PI-PLC и PC-PLC). Вскоре после этого внешняя мембрана разрушается в результате действия бактериального белка. листериолизин О[15] который прокалывает вакуолярную мембрану. Облако остаточного актина, полученного из донорских клеток, сохраняется вокруг бактерии до 30 минут. Бактериальный металлопротеиназа Mpl расщепляет ActA рН-зависимым образом, пока бактерия все еще находится в подкисленной вторичной вакуоли, но новый ActA транскрипция не требуется, поскольку существующая мРНК ActA может быть использована для переведите новый белок ActA. Бактерия восстанавливает подвижность, и инфекция продолжается.

Мультфильм парацитофагии во время Листерия инфекция, прогрессирующая до образования и побега вторичных вакуолей.

Влияние на болезнь

Самые тяжелые симптомы Листериоз в результате поражения центральной нервной системы (ЦНС). Эти тяжелые и часто фатальные симптомы включают: менингит, ромбэнцефалит, и энцефалит. Эти формы болезней являются прямым результатом Листерия механизмы патогенности на клеточном уровне.[16] Листериальная инфекция с вовлечением ЦНС может происходить тремя известными путями: через кровь, через внутриклеточную доставку или через нейрональное внутриклеточное распространение. Предложения по распространению от парацитофага к клетке Листерия доступ к ЦНС с помощью двух последних механизмов.[17]

Парацитофагия при инфекции ЦНС Листерия

В периферических тканях, Листерия может проникать в клетки, такие как моноциты и дендритные клетки от инфицированных эндотелиальные клетки через парацитофаговый способ вторжения. Используя эти фагоцитарные клетки в качестве векторов, Листерия распространяется по нервам и достигает тканей, обычно недоступных для других бактериальных патогенов. Подобно механизму, показанному на ВИЧ, инфицированные лейкоциты в крови пересекают гематоэнцефалический барьер и переносятся Листерия в ЦНС. Попадая в ЦНС, распространение от клетки к клетке вызывает сопутствующие повреждения, приводящие к энцефалиту головного мозга и бактериальному менингиту. Листерия использует фагоцитарные лейкоциты как «Троянский конь ” [18] чтобы получить доступ к большему количеству целевых клеток.

В одном исследовании мышей, получавших гентамицин через инфузионный насос проявилось поражение ЦНС и мозга во время инфицирования Листерия, что указывает на то, что популяция бактерий, ответственных за тяжелый патогенез, обитала внутри клеток и была защищена от циркулирующих антибиотик.[19][20] Макрофаги инфицированы Листерия передать инфекцию нейронам легче через парацитофагию, чем через внеклеточную инвазию свободных бактерий.[21] Механизм, который направляет эти инфицированные клетки в ЦНС, в настоящее время неизвестен. Эта функция троянского коня также наблюдается и считается важной на ранних стадиях заражения, когда кишечниклимфатический узел инфекция опосредуется инфицированными дендритными клетками.[22]

Второй механизм достижения мозговой ткани достигается за счет внутриаксонального транспорта. В этом механизме Листерия перемещается по нервам в мозг, вызывая энцефалит или поперечный миелит.[23] У крыс ганглии задних корешков могут быть заражены напрямую Листерия, и бактерии могут двигаться как ретроградно, так и антероградно через нервные клетки.[24] Конкретные механизмы, участвующие в заболевании мозга, еще не известны, но считается, что парацитофагия играет определенную роль. Не было показано, что бактерии эффективно заражают нейронные клетки напрямую, и считается, что ранее описанная передача макрофагов необходима для этого способа распространения.[21][25]

Смотрите также

Считается, что процесс парацитофагии отличается от подобных, но не связанных между собой процессов, таких как фагоцитоз и трогоцитоз. Некоторые связанные концепции включают:

Рекомендации

  1. ^ а б c Роббинс-младший, Барт А.И., Маркиз Х., де Хостос Е.Л., Нельсон В.Дж., Териот Дж.А. (1999). «Listeria monocytogenes использует нормальные процессы в клетке-хозяине для распространения от клетки к клетке». J Cell Biol. 146 (6): 1333–50. Дои:10.1083 / jcb.146.6.1333. ЧВК  1785326. PMID  10491395.
  2. ^ а б Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж. И др. Нью-Йорк: наука о гирляндах; 2002 г.
  3. ^ а б Клеточная микробиология, 2-е изд., Под редакцией Паскаль Коссарт, Патрис Боке, Стаффан Нормарк и Рино Раппуоли. Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press; 2005 г.
  4. ^ а б Rustom, A .; Saffrich, R .; Маркович, I .; Walther, P .; Гердес, Х. (2004). «Нанотубулярные магистрали для транспорта межклеточных органелл». Наука. 303 (5660): 1007–1010. Bibcode:2004Научный ... 303.1007R. Дои:10.1126 / science.1093133. PMID  14963329.
  5. ^ Gillette, J.M .; Ларошель, А .; Dunbar, C.E .; Липпинкотт-Шварц, Дж. (2009). «Межклеточный перенос в сигнальные эндосомы регулирует нишу костного мозга ex vivo». Природа клеточной биологии. 11 (3): 303–311. Дои:10.1038 / ncb1838. ЧВК  2748410. PMID  19198600.
  6. ^ Ахмед, К. А .; Munegowda, M. A .; Xie, Y .; Сян, Дж. (2008). «Межклеточный трогоцитоз играет важную роль в модуляции иммунных ответов». Клеточная и молекулярная иммунология. 5 (4): 261–269. Дои:10.1038 / cmi.2008.32. ЧВК  4651296. PMID  18761813.
  7. ^ Testa, J. S .; Апчер, Г. С .; Comber, J.D .; Эйзенлор, Л. С. (2010). «Управляемый экзосомами перенос антигена для презентации MHC класса II, облегченный рецептор-связывающей активностью гемагглютинина гриппа». Журнал иммунологии. 185 (11): 6608–6616. Дои:10.4049 / jimmunol.1001768. ЧВК  3673890. PMID  21048109.
  8. ^ Тери, К.; Дубан, Л .; Segura, E .; Véron, P .; Lantz, O .; Амигорена, С. (2002). «Непрямая активация наивных CD4 + Т-клеток экзосомами, полученными из дендритных клеток». Иммунология природы. 3 (12): 1156–1162. Дои:10.1038 / ni854. PMID  12426563.
  9. ^ Spees, J. L .; Olson, S .; Whitney, M .; Прокоп Д. (2006). «Перенос митохондрий между клетками может спасти аэробное дыхание». Труды Национальной академии наук. 103 (5): 1283–1288. Bibcode:2006ПНАС..103.1283С. Дои:10.1073 / pnas.0510511103. ЧВК  1345715. PMID  16432190.
  10. ^ Rebbeck, C.A .; Leroi, A.M .; Берт, А. (2011). «Захват митохондрий передающимся раком». Наука. 331 (6015): 303. Bibcode:2011Научный ... 331..303R. Дои:10.1126 / science.1197696. PMID  21252340.
  11. ^ Греко, В .; Hannus, M .; Итон, С. (2001). «Аргосомы: потенциальное средство распространения морфогенов через эпителий». Клетка. 106 (5): 633–645. Дои:10.1016 / S0092-8674 (01) 00484-6. PMID  11551510.
  12. ^ Scott, G .; Leopardi, S .; Распечатка, С .; Мэдден, Б. (2002). «Филоподии - это каналы для переноса меланосом в кератиноциты». Журнал клеточной науки. 115 (Pt 7): 1441–1451. PMID  11896192.
  13. ^ Тилней Л.Г., Портной Д.А. (1989). «Актиновые филаменты и рост, движение и распространение внутриклеточного бактериального паразита Listeria monocytogenes». J Cell Biol. 109 (4, п. 1): 1597–608. Дои:10.1083 / jcb.109.4.1597. ЧВК  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. Дои:10.1038 / sj.emboj.7600595. ЧВК  556399. PMID  15729356.
  15. ^ Альберти-Сеги С., Годен К.Р., Хиггинс Д.Е. (2007). «Дифференциальная функция листериолизина O Listeria monocytogenes и фосфолипаз C в вакуолярном растворении после распространения от клетки к клетке». Клеточный микробиол. 9 (1): 179–95. Дои:10.1111 / j.1462-5822.2006.00780.x. PMID  17222191.
  16. ^ Коссарт П (2007). "Листериология (1926-2007): рост модельного возбудителя". Микробы заражают. 9 (10): 1143–6. Дои:10.1016 / j.micinf.2007.05.001. PMID  17618157.
  17. ^ Древец Д.А., Линен П.Дж., Гринфилд РА (2004). «Вторжение в центральную нервную систему внутриклеточных бактерий». Clin Microbiol Rev. 17 (2): 323–47. Дои:10.1128 / cmr.17.2.323-347.2004. ЧВК  387409. PMID  15084504.
  18. ^ Древец Д.А. (1999). «Распространение Listeria monocytogenes инфицированными фагоцитами». Заразить иммунную. 67 (7): 3512–7. ЧВК  116538. PMID  10377133.
  19. ^ Freitag NE, Якобс KE (1999). «Исследование внутриклеточной экспрессии гена Listeria monocytogenes с использованием зеленого флуоресцентного белка Aequorea victoria». Заразить иммунную. 67 (4): 1844–52. ЧВК  96536. PMID  10085026.
  20. ^ Древец Д.А., Елинек Т.А., Фрейтаг Н.Е. (2001). «Фагоциты, инфицированные Listeria monocytogenes, могут вызывать инфекцию центральной нервной системы у мышей». Заразить иммунную. 69 (3): 1344–50. Дои:10.1128 / IAI.69.3.1344-1350.2001. ЧВК  98026. PMID  11179297.
  21. ^ а б Драмси С., Леви С., Триллер А., Коссарт П. (1998). «Проникновение Listeria monocytogenes в нейроны происходит от клетки к клетке: исследование in vitro». Заразить иммунную. 66 (9): 4461–8. ЧВК  108539. PMID  9712801.
  22. ^ Прон Б., Бумала С., Жобер Ф., Берче П., Милон Дж., Гейссманн Ф. и др. (2001). «Дендритные клетки являются ранними клеточными мишенями Listeria monocytogenes после доставки в кишечник и участвуют в распространении бактерий в организме хозяина». Клеточный микробиол. 3 (5): 331–40. Дои:10.1046 / j.1462-5822.2001.00120.x. PMID  11298655.
  23. ^ Оверманн А., Цурбригген А., Вандевельде М. (2010). "Ромбэнцефалит, вызванный Listeria monocytogenes у людей и жвачных животных: рост зооноза?". Междисциплинарная перспектива Infect Dis. 2010: 1–22. Дои:10.1155/2010/632513. ЧВК  2829626. PMID  20204066.
  24. ^ Dons L, Weclewicz K, Jin Y, Bindseil E, Olsen JE, Kristensson K (1999). «Нейроны ганглиев задних корешков крысы как модель инфекций Listeria monocytogenes в культуре». Мед Микробиол Иммунол. 188 (1): 15–21. Дои:10.1007 / s004300050100. PMID  10691089.
  25. ^ Dons L, Jin Y, Kristensson K, Rottenberg ME (2007). «Аксональный транспорт Listeria monocytogenes и уничтожение бактерий, вызванное нервными клетками». J Neurosci Res. 85 (12): 2529–37. Дои:10.1002 / jnr.21256. PMID  17387705.