Фагоцитоз - Phagocytosis

Обзор фагоцитоза
Фагоцитоз против экзоцитоза

Фагоцитоз (от древнегреческого φαγεῖν ( фагин )  «есть» и κύτος , ( kytos )  «клетка») - это процесс, при котором клетка использует свою плазматическую мембрану для поглощения большой частицы (≥ 0,5 мкм), вызывая внутренний отсек называется фагосомой . Это один из видов эндоцитоза . Клетка, выполняющая фагоцитоз, называется фагоцитом .

Поглощение возбудителя фагоцитом

В иммунной системе многоклеточного организма фагоцитоз является основным механизмом, используемым для удаления патогенов и клеточного мусора. Затем проглоченный материал переваривается в фагосоме. Бактерии, мертвые тканевые клетки и мелкие минеральные частицы - все это примеры объектов, которые могут быть фагоцитированы. Некоторые простейшие используют фагоцитоз как средство получения питательных веществ.

История

Впервые фагоцитоз был отмечен канадским врачом Уильямом Ослером (1876 г.), а затем изучен и назван Эли Мечниковым (1880, 1883 г.).

В иммунной системе

Сканирующая электронная микрофотография фагоцита (желтый, справа), фагоцитирующего бациллы сибирской язвы (оранжевый, слева)

Фагоцитоз - один из основных механизмов врожденной иммунной защиты. Это один из первых процессов, отвечающих на инфекцию , а также одна из инициирующих ветвей адаптивного иммунного ответа. Хотя большинство клеток способны к фагоцитозу, некоторые типы клеток выполняют его как часть своей основной функции. Их называют «профессиональными фагоцитами». Фагоцитоз является старым в эволюционном плане, он присутствует даже у беспозвоночных .

Профессиональные фагоцитарные клетки

Световая микроскопическая видеопоследовательность нейтрофила из крови человека, фагоцитирующего бактерию

Нейтрофилы , макрофаги , моноциты , дендритные клетки , остеокласты и эозинофилы можно отнести к профессиональным фагоцитам. Первые три имеют наибольшую роль в иммунном ответе на большинство инфекций.

Роль нейтрофилов - патрулирование кровотока и быстрая миграция в ткани в больших количествах только в случае инфекции. Там они оказывают прямое микробицидное действие за счет фагоцитоза. После приема внутрь нейтрофилы эффективны во внутриклеточном уничтожении патогенов. Нейтрофилы фагоцитируют главным образом через рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1 и 3. Микробицидный эффект нейтрофилов обусловлен большим набором молекул, присутствующих в предварительно сформированных гранулах. Ферменты и другие молекулы, полученные в этих гранулах, представляют собой протеазы, такие как коллагеназа , желатиназа или сериновые протеазы , миелопероксидаза , лактоферрин и белки антибиотиков. Дегрануляция из них в фагосомы, сопровождается высоким активными формы кислорода производства (окислительный взрыв) является весьма Бактерицидной.

Моноциты и созревающие из них макрофаги покидают кровообращение, чтобы мигрировать через ткани. Там они проживают в камерах и образуют барьер для отдыха. Макрофаги инициирует фагоцитоз маннозы рецепторов , мусорщик рецепторов , рецепторов Fcγ и комплемента рецепторов 1, 3 и 4. Макрофаги долговечны и могут продолжать фагоцитоз за счет формирования новых лизосом.

Дендритные клетки также находятся в тканях и поглощают патогены путем фагоцитоза. Их роль не в уничтожении или удалении микробов, а в их разрушении для презентации антигена клеткам адаптивной иммунной системы.

Инициирующие рецепторы

Рецепторы фагоцитоза можно разделить на две категории по распознаваемым молекулам. Первые, опсонические рецепторы, зависят от опсонинов . Среди них рецепторы, которые распознают часть Fc связанных антител IgG , депонированный комплемент или рецепторы, которые распознают другие опсонины клеточного или плазменного происхождения. Неопсонические рецепторы включают рецепторы лектинового типа, рецепторы дектина или рецепторы скавенджеров . Некоторые фагоцитарные пути требуют второго сигнала от рецепторов распознавания образов (PRR), активируемых присоединением к патоген-ассоциированным молекулярным паттернам (PAMPS), что приводит к активации NF-κB .

Рецепторы Fcγ

Рецепторы Fcγ распознают мишени, покрытые IgG. Основная узнаваемая часть - это Fc-фрагмент . Молекула рецептора содержит внутриклеточный домен ITAM или ассоциируется с адаптерной молекулой, содержащей ITAM. Домены ITAM передают сигнал с поверхности фагоцита в ядро. Например, активирующие рецепторы макрофагов человека являются FcγRI , FcγRIIA и FcγRIII . Фагоцитоз, опосредованный рецептором Fcγ, включает образование выступов клетки, называемых «фагоцитарной чашкой», и активирует окислительный взрыв нейтрофилов.

Рецепторы комплемента

Эти рецепторы распознают мишени, покрытые C3b , C4b и C3bi из комплемента плазмы. Внеклеточный домен рецепторов содержит лектин-подобный домен связывания комплемента. Распознавания рецепторами комплемента недостаточно, чтобы вызвать интернализацию без дополнительных сигналов. В макрофагах CR1 , CR3 и CR4 отвечают за распознавание мишеней. Покрытые комплементом мишени интернализуются, «погружаясь» в мембрану фагоцита без каких-либо выступов.

Рецепторы маннозы

Манноза и другие связанные с патогенами сахара, такие как фукоза , распознаются рецептором маннозы. Восемь лектиноподобных доменов образуют внеклеточную часть рецептора. Прием внутрь, опосредованный рецептором маннозы, отличается по молекулярным механизмам от фагоцитоза, опосредованного рецептором Fcγ или рецептором комплемента.

Фагосома

Поглощению материала способствует сократительная система актин-миозин. Фагосома - это органелла, образованная фагоцитозом материала. Затем он движется к центросоме фагоцита и сливается с лизосомами , образуя фаголизосому и приводя к деградации. Постепенно фаголизосома подкисляется, активируя ферменты деградации.

Разложение может быть кислородно-зависимым или кислородно-независимым.

  • Кислородозависимое разложение зависит от НАДФН и производства активных форм кислорода . Перекись водорода и миелопероксидаза активируют систему галогенирования, что приводит к образованию гипохлорита и уничтожению бактерий.
  • Кислородонезависимая деградация зависит от высвобождения гранул, содержащих ферменты, такие как лизоцимы , и катионные белки, такие как дефенсины . В этих гранулах присутствуют и другие антимикробные пептиды, включая лактоферрин , который связывает железо, создавая неблагоприятные условия для роста бактерий. Другие ферменты, такие как гиалуронидаза, липаза, коллагеназа, эластаза, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, также играют важную роль в предотвращении распространения инфекции и деградации основных микробных биомолекул, ведущих к гибели клеток.

Лейкоциты генерируют цианистый водород во время фагоцитоза и могут убивать бактерии , грибки и другие патогены, производя ряд других токсичных химических веществ.

Некоторые бактерии, например Treponema pallidum , Escheria coli и Staphylococcus aureus , способны избегать фагоцитоза за счет нескольких механизмов.

При апоптозе

После апоптоза умирающие клетки должны попадать в окружающие ткани макрофагами в процессе, называемом эффероцитозом . Одной из особенностей апоптотической клетки является представление на поверхности клетки множества внутриклеточных молекул, таких как кальретикулин , фосфатидилсерин (из внутреннего слоя плазматической мембраны), аннексин A1 , окисленные ЛПНП и измененные гликаны . Эти молекулы распознаются рецепторами на клеточной поверхности макрофага, такими как рецептор фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1 , GAS6 и MFGE8 , которые затем сами связываются с другими рецепторами макрофага, такими как CD36. и интегрин альфа-v бета-3 . Нарушения клиренса апоптотических клеток обычно связаны с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптотических клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое усиление фагоцитоза имеет медицинский потенциал при лечении определенных форм аутоиммунных заболеваний.

Трофозоиты Entamoeba histolytica с проглоченными эритроцитами

В протистах

У многих простейших фагоцитоз используется как средство питания, частично или полностью обеспечивая их питание. Это называется фаготрофным питанием, в отличие от осмотрофического питания, которое происходит за счет абсорбции.

  • У некоторых, таких как амеба , фагоцитоз происходит путем окружения целевого объекта псевдоподиями , как в фагоцитах животных. У человека амебозойная Entamoeba histolytica может фагоцитировать эритроциты .
  • Инфузории также участвуют в фагоцитозе. У инфузорий есть специальная бороздка или камера в клетке, где происходит фагоцитоз, называемая цитостомом или ртом.

Как и в случае фагоцитарных иммунных клеток, полученная фагосома может быть объединена с лизосомами ( пищевыми вакуолями ), содержащими пищеварительные ферменты , с образованием фаголизосомы . Затем частицы пищи перевариваются, а высвободившиеся питательные вещества диффундируют или транспортируются в цитозоль для использования в других метаболических процессах.

Миксотрофия может включать фаготрофное и фототрофное питание.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки