Neutrofilní extracelulární pasti - Neutrophil extracellular traps - Wikipedia

Obrázek rastrovacího elektronového mikroskopu NET pohlcující buňky hub (Candida albicans ) v infikovaných plicích myší. (Kliknutím na obrázek zobrazíte další podrobnosti).[1]
Fluorescenční obraz kultivovaných neutrofilů izolovaných z venózní krve člověka s Alzheimerovou chorobou. Vzorek byl ošetřen barvivem Hoechst 33342, které se používá k barvení DNA. Obrázek ukazuje uvolňování DNA neutrofilem jako mlhavou oblastí ve středu zorného pole, což naznačuje spontánní aktivaci tvorby neutrofilních extracelulárních pastí (NET) u pacientů s AD, která u zdravých kamarádů není obvykle pozorována. Zvětšení x40.

Neutrofilní extracelulární pasti (NET) jsou sítě extracelulární vlákna, převážně složená z DNA z neutrofily, které se vážou patogeny.[2] Neutrofily jsou první obrannou linií imunitního systému proti infekci a běžně se předpokládá, že zabíjejí napadající patogeny prostřednictvím dvou strategií: pohlcení mikrobů a sekrece antimikrobiálních látek. V roce 2004 byla identifikována nová třetí funkce: tvorba NEN. NET umožňují neutrofilům zabíjet extracelulární patogeny při minimalizaci poškození hostitelských buněk.[3] Na in vitro aktivace farmakologickým činidlem forbol myristate acetát (PMA), Interleukin 8 (IL-8) nebo lipopolysacharid (LPS), neutrofily uvolňují granule bílkoviny a chromatin aktivním procesem vytvoří extracelulární fibrilovou matrici známou jako NET.[2]

Struktura a složení

Skenování s vysokým rozlišením elektronová mikroskopie ukázal, že NET se skládají z úseků DNA a globulární proteinové domény s průměrem 15-17 nm, respektive 25 nm. Ty se agregují do větších vláken o průměru 50 nm.[2] Avšak za podmínek toku mohou NET vytvářet mnohem větší struktury a dosahovat stovek nanometrů v délce a šířce.[4]

Analýza imunofluorescencí potvrdila, že NET obsahují proteiny z azurofilních granulí (neutrofilní elastáza, katepsin G a myeloperoxidáza ), konkrétní granule (laktoferin ), terciární granule (želatináza ) a cytoplazma; nicméně, CD63, aktin, tubulin a různé jiné cytoplazmatické proteiny nejsou v NET přítomny.[2][5]

Antimikrobiální aktivita

NET odzbrojují patogeny antimikrobiálními proteiny, jako jsou neutrofilní elastáza, katepsin G. a histony které mají vysokou afinitu k DNA.[6] NET poskytují vysokou lokální koncentraci antimikrobiálních složek a navazují, odzbrojují a zabíjejí mikroby extracelulárně nezávisle na absorpci fagocytů. Kromě svých antimikrobiálních vlastností mohou NET sloužit jako fyzická bariéra, která brání dalšímu šíření patogenů. Dodání granulárních proteinů do NETů může dále udržovat potenciálně škodlivé proteiny proteázy z rozptylování a vyvolání poškození tkáně sousedící s místem zánět.

V poslední době se také ukázalo, že nejen bakterie, ale také patogenní houby jako Candida albicans přimět neutrofily k vytvoření NEN, které zachycují a zabíjejí C. albicans hyphal stejně jako buňky ve formě kvasinek.[7] NET byly také zdokumentovány ve spojení s Plasmodium falciparum infekce u dětí.[8]

I když se původně navrhovalo, aby se NET tvořily v tkáních v místě bakteriální / kvasinkové infekce, ukázalo se také, že NET cévy v době sepse (konkrétně v plicích kapiláry a jaterní sinusoidy ). Intra-vaskulární tvorba NET je přísně kontrolována a je regulována krevní destičky, kteří cítí těžkou infekci prostřednictvím krevních destiček TLR4 a poté se vázat na a aktivovat neutrofily za vzniku NEN. K tvorbě NET vyvolané trombocyty dochází velmi rychle (v minutách) a může nebo nemusí vést ke smrti neutrofilů.[9] NET vytvořené v cévách mohou při průchodu cévami zachytit cirkulující bakterie. Zachycení bakterií pod proudem bylo zobrazeno přímo v průtokových komorách in vitro a intravitální mikroskopie prokázala, že dochází k zachycení bakterií v jaterních sinusoidech a plicních kapilárách (místa, kde se krevní destičky vážou na neutrofily).[4]

NETóza

NET aktivace a uvolnění, neboli NETosis, je dynamický proces, který může mít dvě formy, sebevražednou a vitální NETosis. Celkově je mnoho klíčových složek procesu u obou typů NETosis podobných, existují však klíčové rozdíly v podnětech, načasování a konečném konečném výsledku.[10]

Aktivační cesta

Celá dráha aktivace NETosis je stále předmětem výzkumu, ale bylo identifikováno několik klíčových proteinů a pomalu se objevuje úplný obraz dráhy. Předpokládá se, že proces začíná NADPH oxidáza aktivace protein-argininiminiminázy 4 (PAD4) prostřednictvím prostředníků reaktivního kyslíku (ROS). PAD4 je zodpovědný za citrulinaci histonů v neutrofilech, což vede k dekondenzaci chromatinu. Azurofilní granulované proteiny, jako je myeloperoxidáza (MPO) a neutrofilní elastáza (NE), poté vstupují do jádra a podporují proces dekondenzace, což má za následek prasknutí jaderného obalu. Nekondenzovaný chromatin vstupuje do cytoplazmy, kde se k NET v rané fázi přidávají další granule a cytoplazmatické proteiny. Konečný výsledek procesu pak závisí na tom, která dráha NETosis je aktivována.[10]

Sebevražedná NETóza

Suicidální NETóza byla poprvé popsána ve studii z roku 2007, která poznamenala, že uvolňování NET mělo za následek smrt neutrofilů jinou cestou než apoptóza nebo nekróza.[11] U sebevražedné NETózy následuje tvorba intracelulární NET roztržením plazmatická membrána, uvolňující jej do extracelulárního prostoru. Tuto cestu NETosis lze zahájit aktivací Mýtné receptory (TLR), Fc receptory, a doplněk receptory s různými ligandy, jako jsou protilátky, PMA atd.[10][12] Současné chápání spočívá v tom, že po aktivaci těchto receptorů vede následná signalizace k uvolňování vápníku z endoplazmatické retikulum. Tento intracelulární příliv vápníku zase aktivuje NADPH oxidázu, což vede k aktivaci dráhy NETosis, jak je popsáno výše.[12] Je třeba poznamenat, že sebevražedná NETóza může trvat hodiny, a to i při vysokých úrovních stimulace PMA, zatímco vitální NETóza může být dokončena během několika minut.[10]

Životně důležitá NETóza

Vitální NETózu lze stimulovat bakteriálním lipopolysacharidem (LPS), jinými „bakteriálními produkty, destičkami aktivovanými TLR4 nebo komplementovými proteiny v tandemu s ligandy TLR2“.[10] Životně důležitá NETóza je možná skrz bubliny jádra, což vede k vezikule naplněné DNA, která je exocytována a zanechává neporušenou plazmatickou membránu.[10] Jeho rychlá tvorba a uvolňování nevede ke smrti neutrofilů, buňka je však bez DNA, což vyvolává otázky, zda lze buňku bez DNA považovat za živou. Bylo poznamenáno, že neutrofily mohou pokračovat ve fagocytóze a zabíjení mikrobů po vitální NETóze, což zdůrazňuje antimikrobiální všestrannost neutrofilů.[12]

Nařízení

Tvoření NET je regulováno lipoxygenáza cesta - během určitých forem aktivace (včetně kontaktu s bakteriemi) neutrofilní 5-lipoxygenáza tvoří 5-HETE-fosfolipidy, které inhibují tvorbu NET.[13] Důkazy z laboratorních experimentů naznačují, že NET jsou vyčištěny makrofágy, které fagocytují a degradují je.[14]

Poškození hostitele související s NET

NET mohou mít také nepříznivý účinek na hostitele, protože extracelulární expozice histonových komplexů by mohla hrát roli při vývoji autoimunitní onemocnění jako systémový lupus erythematodes.[15] NET by také mohly hrát roli při zánětlivých onemocněních, jak lze NET identifikovat v preeklampsie, zánětlivá porucha související s těhotenstvím, při které je známo, že jsou aktivovány neutrofily.[16] NET byly hlášeny také v tlustém střevě sliznice pacientů s zánětlivé onemocnění střev ulcerózní kolitida.[17] NET byly také spojeny s produkcí IgG antinukleárních dvouvláknových protilátek DNA u dětí infikovaných P. falciparum malárie.[8] NET byly také nalezeny u pacientů s rakovinou.[18] Předklinický výzkum naznačuje, že NEN jsou společně zodpovědní za patologie související s rakovinou, jako je trombóza, selhání orgánů a metastáza formace.[19]

Bylo prokázáno, že NET přispívají k patogenezi HIV /SIV. NET jsou schopny zachytit viriony HIV a zničit je.[20] V průběhu HIV / SIV dochází ke zvýšení produkce NET, která je snížena o UMĚNÍ. NET jsou navíc schopny zachytit a zabít různé skupiny imunitních buněk, jako jsou CD4 + a CD8 + T buňky, B buňky, a monocyty. Tento efekt se projevuje nejen u neutrofily v krvi, ale také v různých tkáních, jako jsou střeva, plíce, játra a krevní cévy. NET pravděpodobně přispívají k hyperkoagulovatelnému stavu u HIV tím, že do něj vstupují krevní destičky a vyjadřování tkáňový faktor.[21]

NET také hrají roli v trombóza a byly spojeny s mrtvicí.[22][23][24]

Tato pozorování naznačují, že NET mohou hrát důležitou roli v patogenezi infekčních, zánětlivých a trombotických poruch.[25][26][27]

Vzhledem k nabité a „lepkavé“ povaze NETů se mohou stát problémem u pacientů s cystickou fibrózou, protože zvyšují viskozitu sputa. Léčba se zaměřila na štěpení DNA ve sputu, které je z velké části složeno z hostitelské NET DNA.

Reference

  1. ^ Urban, Constantin F .; Ermert, David; Schmid, Monika; Abu-Abed, Ulrike; Goosmann, Christian; Nacken, Wolfgang; Brinkmann, Volker; Jungblut, Peter R .; Zychlinsky, Arturo; Levitz, Stuart M. (30. října 2009). „Extracelulární pasti neutrofilů obsahují kalprotektin, cytosolický proteinový komplex podílející se na obraně hostitele proti Candida albicans“. PLOS patogeny. 5 (10): e1000639. doi:10.1371 / journal.ppat.1000639. PMC  2763347. PMID  19876394.
  2. ^ A b C d Brinkmann, Volker; Ulrike Reichard; Christian Goosmann; Beatrix Fauler; Yvonne Uhlemann; David S. Weiss; Yvette Weinrauch; Arturo Zychlinsky (03.03.2004). "Neutrofilní extracelulární pasti zabíjejí bakterie". Věda. 303 (5663): 1532–1535. Bibcode:2004Sci ... 303.1532B. doi:10.1126 / science.1092385. PMID  15001782.
  3. ^ Nirmala GJ a Lopus M (2020) Mechanismy buněčné smrti u eukaryot. Cell Biol Toxicol, 36, 145–164. doi: /10.1007/s10565-019-09496-2. PMID: 31820165
  4. ^ A b Clark SR, Ma AC, Tavener SA, McDonald B, Goodarzi Z, Kelly MM, Patel KD, Chakrabarti S, McAvoy E, Sinclair GD, Keys EM, Allen-Vercoe E, Devinney R, Doig CJ, Green FH, Kubes P ( 2007). „Platelet Toll-like Receptor-4 Activates Neutrophil Extracellular Traps to Ensnare Bacteria in Endotoxemic and Septtic Blood“. Přírodní medicína. 13 (4): 463–9. doi:10,1038 / nm1565. PMID  17384648.
  5. ^ Urban CF, Ermert D, Schmid M, Abu-Abed U, Goosmann C, Nacken W, Brinkmann V, Jungblut PR, Zychlinsky A (2009). „Neutrofilní extracelulární pasti obsahují kalprotektin, komplex cytosolického proteinu podílející se na obraně hostitele proti Candida albicans.“. PLOS patogeny. 5 (10): e1000639. doi:10.1371 / journal.ppat.1000639. PMC  2763347. PMID  19876394.
  6. ^ Thomas MP, Whangbo J, McCrossan G a kol. (Červen 2014). „Vazba leukocytové proteázy na nukleové kyseliny podporuje nukleární lokalizaci a štěpení proteinů vázajících nukleové kyseliny“. Journal of Immunology. 192 (11): 5390–7. doi:10,4049 / jimmunol. 1303296. PMC  4041364. PMID  24771851.
  7. ^ Urban, CF; Reichard U; Brinkmann V; Zychlinsky A (duben 2006). „Neutrofilní extracelulární pasti zachycují a zabíjejí kvasinkové a hyfální formy Candida albicans“. Cell Microbiol. 8 (4): 668–76. doi:10.1111 / j.1462-5822.2005.00659.x. PMID  16548892.
  8. ^ A b Baker VS, Imade GE, Molta NB, Tawde P, Pam SD, Obadofin MO, Sagay SA, Egah DZ, Iya D, Afolabi BB, Baker M, Ford K, Ford R, Roux KH, Keller TC (únor 2008). „Cytokinem spojené extracelulární pasti neutrofilů a antinukleární protilátky u dětí infikovaných Plasmodium falciparum do šesti let“. Malárie Journal. 7 (41): 41. doi:10.1186/1475-2875-7-41. PMC  2275287. PMID  18312656.
  9. ^ Caudrillier, Axelle; Kessenbrock, Kai; Gilliss, Brian; Nguyen, John; Marques, Marisa; Monestier, Marc; Hračka, perla; Werb, Zena; Looney, Mark (2. července 2012). „Destičky indukují neutrofilní extracelulární pasti při akutním poranění plic souvisejícím s transfuzí“. The Journal of Clinical Investigation. 122 (7): 2661–71. doi:10.1172 / JCI61303. PMC  3386815. PMID  22684106.
  10. ^ A b C d E F Jorch, Selina K .; Kubes, Paul (březen 2017). „Objevující se role extracelulárních pastí neutrofilů u neinfekčních onemocnění“. Přírodní medicína. 23 (3): 279–287. doi:10,1038 / nm. 4294. ISSN  1078-8956. PMID  28267716.
  11. ^ Fuchs, Tobias A .; Abed, Ulrike; Goosmann, Christian; Hurwitz, Robert; Schulze, Ilka; Wahn, Volker; Weinrauch, Yvette; Brinkmann, Volker; Zychlinsky, Arturo (15.01.2007). „Nový program buněčné smrti vede k extracelulárním pastím neutrofilů“. The Journal of Cell Biology. 176 (2): 231–241. doi:10.1083 / jcb.200606027. ISSN  0021-9525. PMC  2063942. PMID  17210947.
  12. ^ A b C Yang, Hang; Biermann, Mona Helena; Brauner, Jan Markus; Liu, Yi; Zhao, Yi; Herrmann, Martin (2016-08-12). „Nové poznatky o extracelulárních pasti neutrofilů: mechanismy tvorby a role při zánětu“. Hranice v imunologii. 7: 302. doi:10.3389 / fimmu.2016.00302. ISSN  1664-3224. PMC  4981595. PMID  27570525.
  13. ^ Clark, SR; Guy CJ; Scurr MJ; Taylor PR; Kift-Morgan AP; Hammond VJ; Thomas CP; Coles B; Roberts GW; Eberl M; Jones SA; Topley N; Kotecha S; O'Donnell VB (2011). „Esterifikované eikosanoidy jsou akutně generovány 5-lipoxygenázou v primárních lidských neutrofilech a při lidské a myší infekci“. Krev. 117 (6): 2033–43. doi:10.1182 / krev-2010-04-278887. PMC  3374621. PMID  21177434.
  14. ^ Farrera, c; Fadeel B (2013). „Odstranění makrofágů mimotelových pasti neutrofilů je tichý proces“. Journal of Immunology. 191 (5): 2647–56. doi:10,4049 / jimmunol. 1300436. PMID  23904163.
  15. ^ Hakkim A, Fürnrohr BG, Amann K, Laube B, Abed UA, Brinkmann V, Herrmann M, Voll RE, Zychlinsky A (2010). „Porucha degradace extracelulární pasti neutrofilů je spojena s lupusovou nefritidou“. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (21): 9813–8. Bibcode:2010PNAS..107,9813H. doi:10.1073 / pnas.0909927107. PMC  2906830. PMID  20439745.
  16. ^ Gupta, AK; Hasler P; Holzgreve W; Gebhardt S; Hahn S. (listopad 2005). "Indukce neutrofilních extracelulárních mřížek DNA placentárními mikročásticemi a IL-8 a jejich přítomnost v preeklampsii". Hum Immunol. 66 (11): 1146–54. doi:10.1016 / j.humimm.2005.11.003. PMID  16571415.
  17. ^ Bennike, Út Bjerg; Carlsen, Thomas Gelsing; Ellingsen, Torkell; Bonderup, Ole Kristian; Glerup, Henning; Bøgsted, Martin; Christiansen, Gunna; Birkelund, Svend; Stensballe, Allan (2015). „Extracelulární pasti neutrofilů při ulcerózní kolitidě“. Zánětlivá onemocnění střev. 21 (9): 2052–2067. doi:10.1097 / mib.0000000000000460. PMC  4603666. PMID  25993694.
  18. ^ Rayes, Roni F .; Mouhanna, Jack G .; Nicolau, Ioana; Bourdeau, Francie; Giannias, Betty; Rousseau, Simon; Křepelka, Daniela; Walsh, Logan; Sangwan, Veena; Bertos, Nicholas; Cools-Lartigue, Jonathan (2019-08-22). „Primární nádory indukují extracelulární pasti neutrofilů s cílenými účinky podporujícími metastázy“. JCI Insight. 4 (16): e128008. doi:10.1172 / jci.insight.128008. ISSN  2379-3708. PMC  6777835. PMID  31343990.
  19. ^ Cedervall, J .; Zhang, Y .; Olsson, A.-K. (2016-08-01). „Nádorem indukovaná NETóza jako rizikový faktor pro metastázy a selhání orgánů“. Výzkum rakoviny. 76 (15): 4311–4315. doi:10.1158 / 0008-5472.CAN-15-3051. ISSN  0008-5472. PMID  27402078.
  20. ^ Saitoh, Tatsuya; Komano, červen; Saitoh, Yasunori; Misawa, Takuma; Takahama, Michihiro; Kozaki, Tatsuya; Uehata, Takuya; Iwasaki, Hidenori; Omori, Hiroko (červenec 2012). „Extracelulární pasti neutrofilů zprostředkovávají obrannou reakci hostitele na virus lidské imunodeficience-1“. Mobilní hostitel a mikrob. 12 (1): 109–116. doi:10.1016 / j.chom.2012.05.015. ISSN  1931-3128. PMID  22817992.
  21. ^ Sivanandham, Randžít; Brocca-Cofano, Egidio; Krampe, Noah; Falwell, Elizabeth; Kilapandal Venkatraman, Sindhuja Murali; Ribeiro, Ruy M .; Apetrei, Cristian; Pandrea, Ivona (09.09.2018). „Produkce extracelulární pasti neutrofilů přispívá k patogenezi u nelidských primátů infikovaných SIV“. Journal of Clinical Investigation. 128 (11): 5178–5183. doi:10.1172 / jci99420. ISSN  1558-8238. PMC  6205390. PMID  30204591.
  22. ^ Laridan, Elodie; Denorme, Frederik; Desender, Linda; François, Olivier; Andersson, Tommy; Deckmyn, Hans; Vanhoorelbeke, Karen; De Meyer, Simon F. (2. srpna 2017). „Neutrofilní extracelulární pasti v trombech ischemické cévní mozkové příhody“. Annals of Neurology. 82 (2): 223–232. doi:10,1002 / analog. 24993. PMID  28696508.
  23. ^ Ducroux, Celina; Di Meglio, Lucas; Loyau, Stephane; Delbosc, Sandrine; Boisseau, William; Deschildre, Catherine; Ben Maacha, Malek; Blanc, Raphael; Redjem, Hocine; Ciccio, Gabriele; Smajda, Stanislas; Fahed, Robert; Michel, Jean-Baptiste; Piotin, Michel; Salomon, Laurence; Mazighi, Mikael; Ho-Tin-Noe, Benoit; Desilles, Jean-Philippe (2. března 2018). „Extracelulární pasti trombových neutrofilů Obsah narušuje trombolýzu indukovanou tPA při akutní ischemické mrtvici“. Mrtvice. 49 (3): 754–757. doi:10.1161 / STROKEAHA.117.019896. PMID  29438080.
  24. ^ Vallés, Juana; Lago, Aída; Santos, María Teresa; Latorre, Ana María; Tembl, José I .; Salom, Juan B .; Nieves, Candela; Moscardó, Antonio (5. října 2017). „Neutrofilní extracelulární pasti se zvyšují u pacientů s akutní ischemickou cévní mozkovou příhodou: prognostický význam“. Trombóza a hemostáza. 117 (10): 1919–1929. doi:10.1160 / TH17-02-0130. PMID  28837206.
  25. ^ Fuchs TA, Brill A, Duerschmied D, Schatzberg D, Monestier M, Myers DD, Wrobleski SK, Wakefield TW, Hartwig JH, Wagner DD (7. září 2010). „Extracelulární pasti DNA podporují trombózu“. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (36): 15880–5. Bibcode:2010PNAS..10715880F. doi:10.1073 / pnas.1005743107. PMC  2936604. PMID  20798043.
  26. ^ Brill A, Fuchs TA, Savchenko AS, Thomas GM, Martinod K, De Meyer SF, Bhandari AA, Wagner DD (1. listopadu 2011). „Extracelulární pasti neutrofilů podporují hlubokou žilní trombózu u myší“. Journal of trombózy a hemostázy. 10 (1): 136–144. doi:10.1111 / j.1538-7836.2011.04544.x. PMC  3319651. PMID  22044575.
  27. ^ Borissoff, JI; ten Cate, H (září 2011). „Od uvolňování neutrofilních extracelulárních pastí až po trombózu: překročení obranného mechanismu hostitele?“. Journal of trombózy a hemostázy. 9 (9): 1791–4. doi:10.1111 / j.1538-7836.2011.04425.x. PMID  21718435.

externí odkazy