Paracytophagy - Paracytophagy - Wikipedia

Paracytophagy (z Starořečtina odst 'blízký', kytos "buňka" a fagy 'jíst') je buněčný proces, při kterém buňka pohltí výčnělek, který sahá od sousední buňky. Tento výčnělek může obsahovat materiál, který se aktivně přenáší mezi buňkami. Proces paracytofágie[1] byl poprvé popsán jako zásadní krok během buněčného šíření intracelulárního bakteriálního patogenu Listeria monocytogenes, a je také běžně pozorována v Shigella flexneri. Paracytofágie umožňuje těmto intracelulárním patogenům šířit se přímo z buňky do buňky, čímž uniká imunní detekce a zničení. Studie tohoto procesu významně přispěly k našemu pochopení role EU aktin cytoskelet v eukaryotický buňky.

Aktinový cytoskelet

Schéma tvorby ocasu aktinové komety pomocí Listeria použitím ActA. Nukleační komplex Arp2 / 3 je přijat do ActA, napodobitele WASP. Polymerace aktinových vláken poté probíhá na zadním konci bakterie a propulzuje ji přes cytoplazmu hostitelské buňky v předním směru.

Actin je jedním z hlavních cytoskeletálních proteinů v eukaryotických buňkách. Polymerace aktinových vláken je zodpovědná za tvorbu pseudopody, filopodia a lamellipodia v době pohyblivost buněk. Buňky aktivně vytvářejí aktinová mikrofilamenta, která tlačí buněčnou membránu ve směru postupu.[2]

Nukleační faktory a komplex Arp2 / 3

Nukleační faktory zesilují polymeraci aktinu a přispívají k tvorbě jádra trimerní polymerace. Jedná se o strukturu potřebnou k zahájení procesu polymerace aktinových vláken stabilním a účinným způsobem. Nukleační faktory, jako je VOSA (Protein Wiskott-Aldrich syndromu) pomáhají tvořit sedm proteinů Nukleační komplex Arp2 / 3, který se podobá dvěma aktinovým monomerům, a proto umožňuje snadnější tvorbu polymeračního jádra. Arp2 / 3 je schopen zakrýt zadní ("minus") konec aktinového vlákna, což umožňuje rychlejší polymeraci na "plus" konci. Může se také vázat na stranu stávajících vláken, aby se podpořilo větvení vláken.[3]

Analogy WASP používané patogeny pro intracelulární motilitu

Určité intracelulární patogeny, jako jsou bakteriální druhy Listeria monocytogenes a Shigella flexneri může manipulovat s polymerací aktinů hostitelských buněk tak, aby procházely cytosolem a šířily se do sousedních buněk (viz níže). Studie těchto bakterií, zejména Listeria Protein vyvolávající sestavení aktinu (ActA), vedly k dalšímu pochopení akcí WASP. ActA je faktor podporující tvorbu jader, který napodobuje WASP. Je exprimován polarizovaný na zadní konec bakterie, což umožňuje nukleaci aktinu zprostředkovanou Arp2 / 3. To tlačí bakterii v předním směru a zanechává koncové "ocas komety" aktinu. V případě Shigella, který se také pohybuje pomocí ocasu komety aktinu, bakteriální faktor rekrutuje WASP hostitelské buňky za účelem podpory nukleace aktinu.[2][3]

Výměna buněčného materiálu mezi sousedními buňkami

Buňky si mohou vyměňovat materiál různými mechanismy, například pomocí vylučující proteiny uvolňující extracelulární vezikuly jako exosomy nebo mikrovezikuly nebo přímo pohlcující kousky sousedních buněk. V jednom příkladu filopodia Ukázalo se, že výčnělky podobné tunelu nebo tunelování nanotrubiček směřujících k sousedním buňkám v kultuře krysích buněk PC12 usnadňují transport organel přechodnou membránovou fúzí.[4] V dalším příkladu během navádění kostní dřeně pohlcují buňky okolní kosti kousky hematopoetických buněk kostní dřeně. Tyto osteoblasty navazují kontakt hematopoetické kmenové progenitorové buňky přes membránové nanotrubice a kousky dárcovských buněk se časem přenesou do různých endocytických kompartmentů cílových osteoblastů.[5]

Zřetelný proces známý jako trogocytóza, výměna lipidových vorů nebo membránových náplastí mezi imunitními buňkami, může usnadnit reakci na cizí podněty.[6] Navíc, exosomy Bylo prokázáno, že dodávají nejen antigeny pro vzájemná prezentace,[7] ale také MHCII a kostimulační molekuly pro aktivaci T lymfocytů.[8] V neimunních buňkách bylo prokázáno, že mitochondrie mohou být vyměňovány mezibuněčně za účelem záchrany metabolicky neživotaschopných buněk bez mitochondrií.[9] Mitochondriální přenos byl také pozorován v rakovinných buňkách.[10]

Argozomy a melanosomy

Argozomy pocházejí z bazolaterálních epiteliálních membrán a umožňují komunikaci mezi sousedními buňkami. Poprvé byly popsány v Drosophila melanogaster, kde fungují jako prostředek pro šíření molekul epitelem imaginálních disků.[11] Melanosomy jsou také přenášeny filopodií z melanocytů na keratinocyty. Tento přenos zahrnuje klasickou cestu formování filopodialů, přičemž klíčovými faktory jsou Cdc42 a WASP.[12]

Argosomy, melanosomy a další příklady epiteliálního přenosu byly srovnávány s procesem paracytofágie, přičemž všechny lze považovat za zvláštní případy přenosu mezibuněčného materiálu mezi epiteliálními buňkami.[4]

Role v životním cyklu intracelulárních patogenů

Fáze intracelulárního životního cyklu Listeria monocytogenes. (Střed) Karikatura zobrazující vstup, únik z vakuoly, nukleaci aktinů, pohyblivost na základě aktinů a šíření mezi buňkami. (Vně) Reprezentativní elektronové mikrofotografie, ze kterých byla kresba odvozena.

Dva hlavní příklady paracytofágie jsou způsoby přenosu z buňky na buňku Listeria monocytogenes a Shigella flexneri. V případě Listeria, byl proces nejprve podrobně popsán pomocí elektronová mikroskopie[13] a video mikroskopie.[1] Následuje popis procesu přenosu buněk z buněk Listeria monocytogenes, primárně založený na Robbinsovi et al. (1999):[1]

Časné události

V již infikované „dárcovské“ buňce Listeria bakterie exprimuje ActA, což má za následek vznik aktin ocas komety a pohyb bakterie skrz cytoplazma. Když bakterie narazí na dárce buněčná membrána, buď se z něj odrazí, nebo k němu přilne a začne tlačit směrem ven, rozpíná membránu a vytváří výčnělek 3–18 μm. Předpokládá se, že závisí na úzké interakci mezi bakterií a membránou hostitelské buňky Ezrin, člen ERM rodina membránově asociovaných proteinů. Ezrin váže bakterii s aktinovým pohonem na plazmatickou membránu pomocí síťování ocas komety aktinu k membráně a udržuje tuto interakci po celou dobu procesu výčnělku.[14]

Invaze do cílové buňky a tvorba sekundární vakuoly

Obvyklým místem infekce je střeva sloupovitý epitel, buňky jsou zabaleny těsně vedle sebe a buněčný výčnělek z jedné buňky bude snadno tlačit do sousední „cílové“ buňky, aniž by došlo k roztržení membrány cílové buňky nebo donorové výčnělkové membrány. V tomto bodě začne bakterie na špičce výčnělku procházet „příhodným pohybem“ způsobeným pokračující polymerací aktinu v jeho zadní části. Po 7–15 minutách se membrána dárcovských buněk odštípne a po dobu 15–25 minut přestane v důsledku vyčerpání ATP pohyblivý pohyb. Následně se cílová membrána sevře (30–150 sekund) a sekundární vakuola obsahující bakteriální formy uvnitř cytoplazmy cílové buňky.

Sekundární rozpad vakuoly a infekce cílových buněk

Během 5 minut se cílová buňka infikuje, když začne okyselovat sekundární vakuola a vnitřní membrána (odvozená od dárcovských buněk) se rozpadne působením bakteriálních fosfolipáz (PI-PLC a PC-PLC). Krátce nato se vnější membrána rozpadne v důsledku působení bakteriálního proteinu listeriolysin O[15] který propíchne vakuolární membránu. Mrak zbytkového aktinu odvozeného od dárcovských buněk přetrvává kolem bakterie po dobu až 30 minut. Bakteriální metaloproteáza Mpl štěpí ActA způsobem závislým na pH, zatímco bakterie je stále v okyselené sekundární vakuole, ale nový ActA transkripce není vyžadováno, protože lze použít již existující ActA mRNA přeložit nový ActA protein. Bakterie znovu získá pohyblivost a infekce pokračuje.

Kreslený paracytophagy během Listeria infekce, postupující k tvorbě sekundární vakuoly a úniku.

Dopad na nemoc

Nejzávažnější příznaky Listerióza jsou výsledkem postižení centrálního nervového systému (CNS). Mezi tyto závažné a často smrtelné příznaky patří meningitida, rhombencefalitida, a encefalitida. Tyto formy onemocnění jsou přímým důsledkem Listeria mechanismy patogenity na buněčné úrovni.[16] Listeriální infekce zahrnující CNS může nastat třemi známými cestami: krví, intracelulárním dodáním nebo neuronálním intracelulárním rozšířením. Paracytofágové nabídky šíření mezi buňkami Listeria přístup do CNS dvěma posledně uvedenými mechanismy.[17]

Paracytofágie při infekci CNS Listeria

V periferních tkáních Listeria může napadnout buňky jako monocyty a dendritické buňky od infikovaných endoteliální buňky prostřednictvím paracytofágního způsobu invaze. Použitím těchto fagocytických buněk jako vektorů Listeria cestuje nervy a zasahuje do tkání, které jsou obvykle nepřístupné jiným bakteriálním patogenům. Podobně jako mechanismus viděný v HIV infikované leukocyty v krvi procházejí hematoencefalickou bariérou a transportem Listeria do CNS. Jakmile se dostane do CNS, šíření mezi buňkami způsobuje související poškození vedoucí k mozkové encefalitidě a bakteriální meningitidě. Listeria používá fagocytující leukocyty jako „Trojský kůň ” [18] získat přístup k většímu rozsahu cílových buněk.

V jedné studii byly myši ošetřeny gentamycin přes infuzní pumpa zobrazeno postižení CNS a mozku během infekce Listeria, což naznačuje, že populace bakterií odpovědných za těžkou patogenezi sídlila v buňkách a byla chráněna před cirkulující antibiotikum.[19][20] Makrofágy infikované Listeria přenášet infekci na neurony snadněji prostřednictvím paracytofágie než prostřednictvím extracelulární invaze volnými bakteriemi.[21] Mechanismus, který specificky cílí na tyto infikované buňky do CNS, není v současné době znám. Tato funkce trojského koně je také pozorována a považuje se za důležitou v počátečních stádiích infekce, kdy střevalymfatická uzlina infekce je zprostředkována infikovanými dendritickými buňkami.[22]

Druhý mechanismus dosažení mozkové tkáně je dosažen intraaxonálním transportem. V tomto mechanismu Listeria cestuje podél nervů do mozku, což vede k encefalitidě nebo příčné myelitidě.[23] U potkanů hřbetní kořenová ganglia může být infikován přímo Listeriaa bakterie se mohou pohybovat retrográdním i anterográdním směrem nervovými buňkami.[24] Specifické mechanismy podílející se na mozkových onemocněních ještě nejsou známy, ale předpokládá se, že paracytofágie má určitou roli. Nebylo prokázáno, že by bakterie infikovaly neuronální buňky přímo účinným způsobem a dříve popsané předávání makrofágů je považováno za nezbytné pro tento způsob šíření.[21][25]

Viz také

Proces paracytofágie je považován za odlišný od podobných, ale nesouvisejících procesů, jako je fagocytóza a trogocytóza. Některé související pojmy zahrnují:

Reference

  1. ^ A b C Robbins JR, Barth AI, Marquis H, de Hostos EL, Nelson WJ, Theriot JA (1999). „Listeria monocytogenes využívá normální procesy hostitelské buňky k šíření z buňky do buňky“. J Cell Biol. 146 (6): 1333–50. doi:10.1083 / jcb.146.6.1333. PMC  1785326. PMID  10491395.
  2. ^ A b Molekulární biologie buňky. 4. vydání. Alberts B, Johnson A, Lewis J a kol. New York: Garland Science; 2002.
  3. ^ A b Cellular Microbiology, 2. vyd., Editovali Pascale Cossart, Patrice Boquet a Staffan Normark a Rino Rappuoli. Washington, DC: ASM Press; 2005.
  4. ^ A b Rustom, A .; Saffrich, R .; Markovic, I .; Walther, P .; Gerdes, H. (2004). „Nanotubulární dálnice pro mezibuněčný transport organel“. Věda. 303 (5660): 1007–1010. Bibcode:2004Sci ... 303.1007R. doi:10.1126 / science.1093133. PMID  14963329.
  5. ^ Gillette, J. M .; Larochelle, A .; Dunbar, C.E .; Lippincott-Schwartz, J. (2009). „Mezibuněčný přenos do signálních endosomů reguluje výklenek kostní dřeně ex vivo“. Přírodní buněčná biologie. 11 (3): 303–311. doi:10.1038 / ncb1838. PMC  2748410. PMID  19198600.
  6. ^ Ahmed, K. A .; Munegowda, M. A .; Xie, Y .; Xiang, J. (2008). „Mezibuněčná trogocytóza hraje důležitou roli v modulaci imunitních odpovědí“. Buněčná a molekulární imunologie. 5 (4): 261–269. doi:10.1038 / cmi.2008.32. PMC  4651296. PMID  18761813.
  7. ^ Testa, J. S .; Apcher, G. S .; Comber, J. D .; Eisenlohr, L. C. (2010). „Přenos antigenu řízený exozomy pro prezentaci MHC třídy II usnadněný vazebnou aktivitou chřipkového hemaglutininu na receptory“. The Journal of Immunology. 185 (11): 6608–6616. doi:10,4049 / jimmunol. 1001768. PMC  3673890. PMID  21048109.
  8. ^ Théry, C.; Duban, L .; Segura, E .; Véron, P .; Lantz, O .; Amigorena, S. (2002). "Nepřímá aktivace naivních CD4 + T buněk exosomy odvozenými od dendritických buněk". Přírodní imunologie. 3 (12): 1156–1162. doi:10.1038 / ni854. PMID  12426563.
  9. ^ Spees, J. L .; Olson, S .; Whitney, M .; Prockop, D. (2006). „Mitochondriální přenos mezi buňkami může zachránit aerobní dýchání“. Sborník Národní akademie věd. 103 (5): 1283–1288. Bibcode:2006PNAS..103.1283S. doi:10.1073 / pnas.0510511103. PMC  1345715. PMID  16432190.
  10. ^ Rebbeck, C. A .; Leroi, A. M .; Burt, A. (2011). "Mitochondriální zachycení přenosnou rakovinou". Věda. 331 (6015): 303. Bibcode:2011Sci ... 331..303R. doi:10.1126 / science.1197696. PMID  21252340.
  11. ^ Greco, V .; Hannus, M .; Eaton, S. (2001). „Argosomy: Potenciální prostředek pro šíření morfogenů epitelem“. Buňka. 106 (5): 633–645. doi:10.1016 / S0092-8674 (01) 00484-6. PMID  11551510.
  12. ^ Scott, G .; Leopardi, S .; Printup, S .; Madden, B. (2002). „Filopodia jsou kanály pro přenos melanosomu do keratinocytů“. Journal of Cell Science. 115 (Pt 7): 1441–1451. PMID  11896192.
  13. ^ Tilney LG, Portnoy DA (1989). „Aktinová vlákna a růst, pohyb a šíření intracelulárního bakteriálního parazita, 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 využívá funkce proteinu ERM k účinnému šíření z buňky do buňky“. 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). „Diferenciální funkce Listeria monocytogenes listeriolysin O a fosfolipázy C ve vakuolárním rozpuštění po rozšíření z buňky do buňky“. Cell Microbiol. 9 (1): 179–95. doi:10.1111 / j.1462-5822.2006.00780.x. PMID  17222191.
  16. ^ Cossart P (2007). „Listeriologie (1926-2007): vzestup modelového patogenu“. Mikroby jsou infikovány. 9 (10): 1143–6. doi:10.1016 / j.micinf.2007.05.001. PMID  17618157.
  17. ^ Drevets DA, Leenen PJ, Greenfield RA (2004). "Invaze do centrálního nervového systému intracelulárními bakteriemi". Clin Microbiol Rev. 17 (2): 323–47. doi:10,1128 / cmr. 17.2.323-347.2004. PMC  387409. PMID  15084504.
  18. ^ Drevets DA (1999). „Šíření Listeria monocytogenes infikovanými fagocyty“. Infect Immun. 67 (7): 3512–7. PMC  116538. PMID  10377133.
  19. ^ Freitag NE, Jacobs KE (1999). „Vyšetření intracelulární genové exprese Listeria monocytogenes pomocí zeleného fluorescenčního proteinu Aequorea victoria“. Infect Immun. 67 (4): 1844–52. PMC  96536. PMID  10085026.
  20. ^ Drevets DA, Jelinek TA, Freitag NE (2001). „Fagocyty infikované Listeria monocytogenes mohou u myší vyvolat infekci centrálního nervového systému“. Infect Immun. 69 (3): 1344–50. doi:10.1128 / IAI.69.3.1344-1350.2001. PMC  98026. PMID  11179297.
  21. ^ A b Dramsi S, Lévi S, Triller A, Cossart P (1998). „Ke vstupu Listeria monocytogenes do neuronů dochází šířením mezi buňkami: studie in vitro“. Infect Immun. 66 (9): 4461–8. PMC  108539. PMID  9712801.
  22. ^ Pron B, Boumaila C, Jaubert F, Berche P, Milon G, Geissmann F a kol. (2001). „Dendritické buňky jsou časnými buněčnými cíli Listeria monocytogenes po dodání do střeva a podílejí se na šíření bakterií v hostiteli.“ Cell Microbiol. 3 (5): 331–40. doi:10.1046 / j.1462-5822.2001.00120.x. PMID  11298655.
  23. ^ Oevermann A, Zurbriggen A, Vandevelde M (2010). „Rhombencefalitida způsobená Listeria monocytogenes u lidí a přežvýkavců: Zoonóza na vzestupu?“. 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). „Neurony ganglií dorzálních kořenů krys jako model pro infekce Listeria monocytogenes v kultuře“. Med Microbiol Immunol. 188 (1): 15–21. doi:10,1007 / s004300050100. PMID  10691089.
  25. ^ Dons L, Jin Y, Kristensson K, Rottenberg ME (2007). „Axonální transport Listeria monocytogenes a zabíjení bakterií vyvolané nervovými buňkami“. J Neurosci Res. 85 (12): 2529–37. doi:10.1002 / jnr.21256. PMID  17387705.