РОССИЙСКИЙ ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 9(18), № 1, с. 5-13
ОБЗОР
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФАГОЦИТОЗА
(Часть 2)
© 2015 г. Н.В. Воробьева
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра иммунологии Биологического факультета, Москва, Россия
Поступила: 10.12.2013. Принята: 15.01.2015
В обзоре представлены современные данные о механизмах фагоцитоза, осуществляемого профессиональными фагоцитами, преимущественно, макрофагами. Вторая часть обзора посвящена молекулярным механизмам созревания фагосомы у макрофагов, а также особенностям фагоцитоза у нейтрофилов.
Ключевые слова: фагоцитоз, созревание фагосомы, макрофаг, нейтрофил, ЯаЬ-ГТФаза, врожденный иммунитет
4. Созревание фагосомы
Несмотря на существование множества рецепторов, участвующих в фагоцитозе, процесс интернализации мишени во всех случаях заканчивается образованием мембранной вакуоли, называемой фагосомой. Вновь сформированная фагосома, отделившаяся от цитоплазматической мембраны, абсолютно безвредна, поскольку ее мембрана напоминает плазмалемму, а ее внутренний состав отражает содержимое внеклеточного матрикса. Поэтому одного только поглощения мишени в новую фагосому не достаточно для того, чтобы произвести ее разрушение; после отделения фагосомы от плазмалеммы происходит ряд биохимических модификаций, превращающих ее в потенциально микробицидную органеллу. Этот процесс ремоделирования характерен для макрофагов и называется созреванием фагосомы; он включает ряд регулируемых мембранных слияний и вырезаний, радикально меняющих состав фагосомы, но вместе с тем, сохраняющих почти неизменной площадь ее поверхности [1]. Немного забегая вперед, следует отметить, что вновь образовавшиеся фагосомы устойчивы к слиянию с поздними эндосомами и лизосомами и
Адрес: 119992, Москва, Ленинские горы 1/12, МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра иммунологии Биологического факультета, Воробьевой Нине Викторовне. E-mail: nvvorobjeva@mail.ru
взаимодействуют только с ранними эндосо-мами, что приводит к формированию ранних фагосом. Далее, ранние фагосомы начинают сливаться с поздними эндосомами и лизо-сомами, превращаясь в поздние фагосомы и фаголизосомы, соответственно. В результате последовательных взаимодействий с дискретными эндосомальными компартментами, матрикс фагосомы закисляется (рН » 4.5) и обогащается гидролитическими ферментами, способными деградировать ее содержимое.
Несмотря на то, что в норме фагоцитоз ведет к уничтожению микробов, некоторые патогены приобрели способность подавлять созревание фагосомы. Вместе с тем существует целый ряд наследственных заболеваний человека, при которых нарушается процесс фагоцитоза и, соответственно, иммунный ответ на патогены (табл. 3).
4.1. Ранняя фагосома
Метаморфозы фагосомы начинаются сразу после ее отделения от плазмалеммы и вскоре после этого ее биохимический состав заметно меняется. Изменения происходят как в мембране, так и в матриксе фагосомы при участии транспортных везикул, и координируются ГТФазами Rab-семейства. Также как и Rho-ГТФазы, Rab-белки могут находиться в активном (ГТФ-связанном) и неактивном (ГДФ-связанном) состояниях, что контролируется факторами GDI, GEF и GAP. Как толь-
Таблица 3. Наследственные заболевания человека, связанные с нарушением фагоцитоза
Заболевание
Этиология
Дефекты врожденного иммунитета (клинические проявления)
Ссылки
Нарушение адгезии и хемотаксиса нейтрофилов
1. Нарушение адгезии лейкоцитов, I тип (LAD I)
2. LAD II или врожденное нарушение глико-зилирования (CDC)-IIc
3. LAD III
4. Нарушение адгезии и хемотаксиса, благодаря мутациям в гене, кодирующим ГТФазу Яае2
Мутации суъединицы CD18 |32-семейства интегринов
Мутации мембранного транспортера фукозы, приводящие к потере экспрессии фуко-зилированных гликанов на поверхности клетки, в том числе сиалил-LewisХ (CD15s)-лиганда селектинов
Нарушения активации интег-рина, ведущие к повреждению адгезии лейкоцитов и тромбоцитов
Мутации гена Rac2
Инфекции кожи; абсцессы
мягких тканей
Сходны с проявлениями при LAD I, но не столь острые
Сходны с проявлениями при LAD I; склонность к кровотечениям
Сходны с проявлениями при LAD I
Нарушение поглощения и дегрануляции нейтрофилов
5. Синдром Чедиак — Хигаси
6. Отсутствие специфических гранул нейтрофилов (SGD)
Мутации в гене CHS1, кодирующим белок, ответственный за движение лизосом и гранул
Мутации гена, кодирующего транскрипционный фактор С/БВРе
7. Хроническая гра-нулематозная болезнь (ХГБ)
8. Дефициты Миело-пероксидазы (МПО)
9. Нарушение синтеза глюкоза-6-фосфат дегидрогиназы (G6PD), ответственной за образование NADPH
Нарушение окислительного
Мутации затрагивают гены, кодирующие субъединицы NADPH-оксидазы: ген CYBB (субъединица др91рЬох); ген CYBA (субъединица р22рЬох); ген NCF1 (субъединица р47рЬох); ген NCF2 (субъединица р67рЬох) ; ген NCF4 (субъединица р40рЬох) Точковые мутации гена, кодирующего МПО
Мутации в гене, кодирующем G6PD
Нарушение морфогенеза гранул: не эффективный грануло-поэз; задержанная и неполная дегрануляция
Отсутствуют важные микроби-цидные белки гранул — лакто-феррин, дефензины и др. Сильные нарушения хемотаксиса. Чувствительность ко многим инфекциям, поражающим кожу и легкие, а также к S. aureus, грамотрицательным энтеробак-териям, Pseudomonas albicans метаболизма
Чувствительность к многочисленным бактериальным и грибковым инфекциям. Нарушение синтеза АФК
Нарушение синтеза хлорноватистой кислоты из пероксида водорода и хлора. Клинические симптомы отсутствуют. Легкие нарушения бактериального киллинга
Хроническая гемолитическая анемия и ХГБ-подобные симптомы
[2] [2]
[2]
[3]
[4]
[9]
[10]
Таблица 3 (окончание)
Заболевание
Этиология
Дефекты врожденного иммунитета (клинические проявления)
Ссылки
10. Синдром Вискот-та — Олдрича
11. Синдром Германского — Пудлака (HPS 1-7)
Мутации, затрагивающие экспрессию WASр; ген WAS (локус Xp11.22-p11.23)
Нарушение полимеризации актина
Сильное нарушение многих клеточных процессов, в том числе клеточной миграции и фагоцитоза
Нарушение внутриклеточного транспорта белков
Мутации в генах, кодирующих компоненты мультисубъеди-ничного белкового комплекса, играющего роль во внутриклеточном транспорте белков.
Обнаружено 7 генов: HPS1, AP3B1, HPS3, HPS4, HPS5, HPS6, DTNBP1
Малая ГТФаза ЯаЬ-семейства, ЯаЬ38, также вовлечена в патогенез этого заболевания
Чувствительность к инфекциям благодаря измененному транспорту везикулярных белков. Характерно пониженное включение белков (например, эла-стазы) в гранулы и фагосомы
[12]
ко Rab-ГТФазы активируются, они немедленно взаимодействуют с многочисленными эффекторами, ответственными за различные функции, например, транспорт, слияние и вырезание везикул; они также стимулируют другие Rab-ГТФазы в так называемом процессе Rab-конверсии.
Итак, созревание ранних фагосом происходит в результате слияния незрелых везикул с ранними эндосомами (рис. 4). Было показано, что ГТФаза Rab5 является важным координатором транспорта эндосом и биогенеза ранних фагосом и активируется с помощью фактора обмена гуаниновых нуклеотидов, GAPVD1 (GAP и VPS9 домен-содержащий белок 1) [13]. Механизм включения Rab5 в фагосомы точно не расшифрован, но небольшое количество активных белков было обнаружено в плазма-лемме перед поглощением мишени [14].
Функция Rab5 заключается в стимуляции слияния незрелых фагосом с ранними эндосомами (известны, как сортирующие эндосомы), которую Rab5 осуществляет, привлекая и активируя многочисленные эффекторные белки. К таким эффекторам относятся Rabaptin и Rabankyrin [15], EEA1 (ранний эндосомальный антиген 1), комплекс двух киназ p150-mVps34 и Mon1a/b.
Было показано, что в Rab5-содержащие ранние фагосомы временно включается PD-ки-наза III класса, mVps34, которая катализирует образование сигнального липида фосфатиди-
линозитол — 3-фосфата (PI(3)P) из фосфати-дилинозитола (PI) [16]; mVps34 и ее продукт PI(3)P важны для созревания фагосомы. Каталитическая активность и включение mVps34 в мембрану ранней фагосомы усиливается другим ферментом, Vps^-подобной серин/ /треониновой киназой р150, которая образует комплекс с mVps34 и связывается непо-средствено с активной ИаЬ5-ГТФазой [16].
Другим эффектором Rab5 является хорошо охарактеризованный ранний эндосомальный антиген 1. EEA1 связывается с Rab5 через N-терминальный CH2 zinc-finger мотив и одновременно привлекает PI(3)P; благодаря этому взаимодействию EEA1 эффектиавно включается в ранние фагосомы, где он способствует слиянию с фагосомой ранних эндосом [17].
Ретроградные пути. В результате первичных слияний ранние фагосомы приобретают новые биохимические свойства, отличающие их от незрелых фагосом. Вместе с тем, несмотря на многочисленные акты слияния незрелых фагосом с эндосомами, площадь их поверхности остается неизменной. Это означает, что одновременно со слиянием мембран должно происходить их вырезание. Действительно, было показано, что некоторые компоненты ранних фагосом, например, рецепторы трансферрина, возвращаются обратно в плазматическую мембрану благодаря циклическим процессам. Эти процессы
Рис. 4. Стадии созревания фагосомы
После интернализации мишеней фагосома подвергается трансформации, ведущей к образованию микробицидной ор-ганеллы. Созревающая фагосома взаимодействует с различными компартментами (эндосомы), в результате чего образуются вакуоли со специфическими свойствами. Стадии созревания фагосомы включают раннюю, промежуточную, позднюю и фаголизосомальную. По мере созревания фагосома закисляет-ся, благодаря входу Н+ в матрикс через вакуолярную АТФазу (V-АТФаза). Далее фагосома обогащается гидролазами и другими бактерицидными белками, позволяющими ей деградировать мишени. (Цитируется с разрешения S. Grinstein; Flanna-gan et al., 2009).
Сокращения:
EEA1, ранний эндосомальный антиген 1; ESCRT, эндосомальный сортирующий транспортный комплекс;
M6PR, рецептор манноза-6-фосфата;
LAMP, лизосома-ассоциированный мембранный
белок;
MVB, мультивезикулярное тело;
ORPL1, белок 1, сходный с oxysterol-связывающим
фактором;
Pl(3)P, фосфатидилинозиол-3-фосфат;
RILP, лизосомаль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.