Pułapki zewnątrzkomórkowe neutrofili - Neutrophil extracellular traps

Obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego NET otaczających komórki grzyba ( Candida albicans ) w zakażonym płucu myszy. (Kliknij obraz, aby uzyskać więcej szczegółów).
Obraz fluorescencyjny hodowanych neutrofili izolowanych z krwi żylnej człowieka z chorobą Alzheimera. Próbkę potraktowano barwnikiem Hoechst 33342, który jest używany do barwienia DNA. Zdjęcie przedstawia uwalnianie DNA przez neutrofil jako zamglony obszar w centrum pola widzenia, wskazujący na spontaniczną aktywację powstawania pozakomórkowych pułapek neutrofili (NET) u pacjentów z AD, co zwykle nie jest obserwowane u zdrowych partnerów. Powiększenie x40.

Zewnątrzkomórkowe pułapki neutrofili ( NET ) to sieci włókien zewnątrzkomórkowych , składających się głównie z DNA z neutrofili , które wiążą patogeny . Neutrofile są pierwszą linią obrony układu odpornościowego przed infekcją i tradycyjnie uważa się, że zabijają inwazyjne patogeny za pomocą dwóch strategii: pochłaniania drobnoustrojów i wydzielania środków przeciwdrobnoustrojowych. W 2004 r. zidentyfikowano nową trzecią funkcję: tworzenie sieci NET. NET pozwalają neutrofilom zabijać patogeny pozakomórkowe, jednocześnie minimalizując uszkodzenia komórek gospodarza. Po aktywacji in vitro środkiem farmakologicznym octanem mirystynianu forbolu (PMA), interleukiną 8 (IL-8) lub lipopolisacharydem (LPS), granulocyty obojętnochłonne uwalniają białka ziarniste i chromatynę, tworząc w procesie aktywnym macierz włókienkowatą pozakomórkową znaną jako NET.

Struktura i skład

Skaningowa mikroskopia elektronowa o wysokiej rozdzielczości wykazała, że ​​NET składają się z odcinków DNA i kulistych domen białkowych o średnicach odpowiednio 15-17 nm i 25 nm. Łączą się one w większe nici o średnicy 50 nm. Jednak w warunkach przepływu sieci NET mogą tworzyć znacznie większe struktury, sięgające setek nanometrów długości i szerokości.

Analiza immunofluorescencyjna potwierdziła, że ​​NET zawierają białka z ziarnistości azurofilnych (elastaza neutrofilowa, katepsyna G i mieloperoksydaza ), specyficzne ziarnistości ( laktoferyna ), trzeciorzędowe ziarnistości ( żelatynaza ) i cytoplazmę; jednak CD63 , aktyna , tubulina i różne inne białka cytoplazmatyczne nie są obecne w NET.

Aktywność przeciwbakteryjna

NET rozbraja patogeny białkami przeciwdrobnoustrojowymi, takimi jak elastaza neutrofili , katepsyna G i histony o wysokim powinowactwie do DNA. NET zapewniają wysokie lokalne stężenie składników przeciwdrobnoustrojowych i wiążą, rozbrajają i zabijają drobnoustroje pozakomórkowo, niezależnie od wychwytu fagocytarnego. Oprócz właściwości przeciwdrobnoustrojowych NET mogą służyć jako fizyczna bariera zapobiegająca dalszemu rozprzestrzenianiu się patogenów. Co więcej, dostarczenie ziarnistych białek do NET może powstrzymać potencjalnie szkodliwe białka, takie jak proteazy, przed dyfuzją i wywoływaniem uszkodzeń w tkance sąsiadującej z miejscem zapalenia . Wykazano również, że tworzenie NET zwiększa aktywność bakteriobójczą makrofagów w odpowiedzi na wiele patogenów bakteryjnych.

Niedawno wykazano również, że nie tylko bakterie, ale także grzyby chorobotwórcze, takie jak Candida albicans, indukują neutrofile do tworzenia NET, które wychwytują i zabijają strzępki grzybni C. albicans, jak również komórki drożdżowe. NET zostały również udokumentowane w związku z zakażeniami Plasmodium falciparum u dzieci.

Chociaż pierwotnie proponowano, że NET będą powstawać w tkankach w miejscu infekcji bakteryjnej/drożdżakowej, wykazano również, że NET tworzą się w naczyniach krwionośnych podczas sepsy (szczególnie w naczyniach włosowatych płuc i zatokach wątroby ). Tworzenie się NET wewnątrznaczyniowego jest ściśle kontrolowane i regulowane przez płytki krwi , które wykrywają ciężką infekcję za pośrednictwem płytek TLR4, a następnie wiążą się z neutrofilami i aktywują je, tworząc NET. Tworzenie się NET indukowane płytkami krwi następuje bardzo szybko (w minutach) i może, ale nie musi skutkować śmiercią neutrofili. NET powstające w naczyniach krwionośnych mogą wyłapywać krążące bakterie podczas przechodzenia przez naczynia. Wychwytywanie bakterii pod wpływem przepływu zostało zobrazowane bezpośrednio w komorach przepływowych in vitro, a mikroskopia przyżyciowa wykazała, że ​​wychwytywanie bakterii występuje w zatokach wątroby i naczyniach włosowatych płuc (miejsca, w których płytki krwi wiążą neutrofile).

NEToza

Aktywacja i uwalnianie NET, inaczej NEToza, to dynamiczny proces, który może przybierać dwie formy: samobójczą i żywotną NETozy. Ogólnie rzecz biorąc, wiele kluczowych elementów procesu jest podobnych dla obu typów NETozy, jednak istnieją kluczowe różnice w bodźcach, czasie i ostatecznym wyniku końcowym.

Ścieżka aktywacji

Pełny szlak aktywacji NETozy jest nadal badany, ale zidentyfikowano kilka kluczowych białek i powoli wyłania się pełny obraz szlaku. Uważa się, że proces rozpoczyna się od aktywacji oksydazy NADPH deiminazy białkowo-argininowej 4 (PAD4) za pośrednictwem pośredników reaktywnych form tlenu (ROS). PAD4 odpowiada za cytrulinację histonów w neutrofilu, co powoduje dekondensację chromatyny. Opisano również postać NETozy niezależną od oksydazy NADPH, opartą wyłącznie na ROS pochodzących z mitochondriów. Azurofilowe białka ziarniste, takie jak mieloperoksydaza (MPO) i elastaza neutrofilowa (NE), wchodzą następnie do jądra i dalej w proces dekondensacji, co powoduje pęknięcie otoczki jądrowej. Nieskondensowana chromatyna wchodzi do cytoplazmy, gdzie dodatkowe białka ziarniste i cytoplazmatyczne są dodawane do NET we wczesnym stadium. Ostateczny wynik procesu zależy wówczas od tego, który szlak NETozy jest aktywowany.

NEToza samobójcza

Samobójcza NEToza została po raz pierwszy opisana w badaniu z 2007 roku, w którym zauważono, że uwolnienie NET spowodowało śmierć neutrofili inną drogą niż apoptoza lub martwica . W NETozach samobójczych po tworzeniu wewnątrzkomórkowego NET następuje pęknięcie błony komórkowej , uwalniając ją do przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Ten szlak NETozy można zainicjować poprzez aktywację receptorów Toll-podobnych (TLR), receptorów Fc i receptorów dopełniacza z różnymi ligandami, takimi jak przeciwciała , PMA i tak dalej. Obecnie wiadomo, że po aktywacji tych receptorów przekazywanie sygnałów w dół powoduje uwolnienie wapnia z retikulum endoplazmatycznego . Ten wewnątrzkomórkowy napływ wapnia z kolei aktywuje oksydazę NADPH, powodując aktywację szlaku NETozy, jak opisano powyżej. Warto zauważyć, że samobójcza NEToza może zająć wiele godzin, nawet przy wysokim poziomie stymulacji PMA, podczas gdy istotna NEToza może zostać zakończona w ciągu kilku minut.

Witalna NEToza

Żywotna NEToza może być stymulowana przez lipopolisacharyd bakteryjny (LPS), inne „produkty bakteryjne, płytki krwi aktywowane TLR4 lub białka dopełniacza w połączeniu z ligandami TLR2”. Żywotna NEToza jest możliwa dzięki pęcherzykowatości jądra, w wyniku czego pęcherzyk wypełniony DNA jest egzocytozowany i pozostawia nienaruszoną błonę komórkową. Jego szybkie tworzenie i uwalnianie nie powoduje śmierci neutrofili, jednak komórka nie zawiera DNA, co rodzi pytania, czy komórkę bez DNA można uznać za żywą. Zauważono, że neutrofile mogą nadal fagocytować i zabijać drobnoustroje po żywotnej NEToza, podkreślając wszechstronność przeciwdrobnoustrojową neutrofili.

Rozporządzenie

Powstawanie NET jest regulowane przez szlak lipooksygenazy – podczas niektórych form aktywacji (w tym kontaktu z bakteriami) 5-lipoksygenaza neutrofilów tworzy 5-HETE-fosfolipidy, które hamują powstawanie NET. Dowody z eksperymentów laboratoryjnych sugerują, że NET są usuwane przez makrofagi, które fagocytują i degradują je.

Uszkodzenie hosta powiązanego z siecią NET

NET mogą również mieć szkodliwy wpływ na gospodarza, ponieważ pozakomórkowa ekspozycja kompleksów histonowych może odgrywać rolę podczas rozwoju chorób autoimmunologicznych, takich jak toczeń rumieniowaty układowy . NET mogą również odgrywać rolę w chorobach zapalnych, ponieważ NET można zidentyfikować w stanie przedrzucawkowym , zaburzeniu zapalnym związanym z ciążą, w którym wiadomo, że neutrofile są aktywowane. Donoszono również o NET w błonie śluzowej okrężnicy u pacjentów z nieswoistym zapaleniem jelit, wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego . NET powiązano również z wytwarzaniem przeciwciał IgG przeciwko dwuniciowemu DNA przeciwjądrowemu u dzieci zakażonych malarią P. falciparum . NET wykryto również u pacjentów z rakiem. Badania przedkliniczne sugerują, że NET są wspólnie odpowiedzialne za patologie związane z rakiem, takie jak zakrzepica, niewydolność narządów i tworzenie przerzutów .

Wykazano, że NET przyczyniają się do patogenezy HIV / SIV . NET są zdolne do wychwytywania wirionów HIV i ich niszczenia. W przebiegu HIV/SIV następuje wzrost produkcji NET, który jest redukowany przez ART . Dodatkowo, siatki są w stanie uchwycić i zabijania różnych grup komórek odpornościowych, takich jak T CD4 + i CD8 +, limfocyty T , limfocyty B i monocyty . Efekt ten jest widoczny nie tylko w przypadku neutrofili we krwi, ale także w różnych tkankach, takich jak jelita, płuca, wątroba i naczynia krwionośne. NET prawdopodobnie przyczyniają się do stanu nadkrzepliwości u HIV poprzez wychwytywanie płytek krwi i ekspresję czynnika tkankowego .

NET odgrywają również rolę w zakrzepicy i są związane z udarem mózgu.

Obserwacje te sugerują, że NET mogą odgrywać ważną rolę w patogenezie zaburzeń infekcyjnych, zapalnych i zakrzepowych.

Ze względu na naładowaną i „lepką” naturę NET, mogą one stanowić problem u osób cierpiących na mukowiscydozę poprzez zwiększenie lepkości plwociny. Leczenie skupiało się na rozbiciu DNA w plwocinie, która w dużej mierze składa się z DNA NET gospodarza.

Niewielkie badanie opublikowane w czasopiśmie JAMA Cardiology sugerowało, że NET odgrywają główną rolę u pacjentów z COVID-19, u których wystąpił zawał mięśnia sercowego z uniesieniem odcinka ST .

Bibliografia

Zewnętrzne linki