ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Адгезия микроорганизмов на клетках эукариот
1.1.1 Значение адгезии в жизни микроорганизмов
Одним из популярнейших направлений в микробиологии является изучение адгезивных свойств микроорганизмов.
Адгезия — способность микроорганизмов прикрепляться к различным поверхностям (слизь, гликопротеины, эпителиальные клетки) с последующей колонизацией, что может привести к инфекционным процессам. Адгезия играет большую роль в жизни микроорганизмов, так некоторые формы в естественной для них среде могут существовать только в прикрепленном состоянии, что может иметь решающее значение в борьбе за существование.
Выделяют две группы механизмов адгезии: неспецифические и специфические.
Чаще всего инфицирование начинается именно с неспецифического механизма, который происходит за счет присутствия электрического заряда (в основном отрицательного за счёт частичного депротонирования кислотных функциональных групп). Например, у грамотрицательных бактерий это кислые липополисахариды и белки в наружной мембране, а у грамположительных – это тейхоевые и липотейхоевые кислоты. Взаимодействия бактерий с поверхностями происходят благодаря таким процессам: электростатические взаимодействия, гидрофобные взаимодействия (считаются маркером вирулентности), Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия, броуновское движение. В частности, гидрофобные свойства м/о дают им возможность преодолевать электростатический барьер эпителия и обуславливают, таким образом, первый неспецифический этап вза-имодействия. Сближение бактериальной клетки с субстратом вызывает изменение ее формы и перераспределение заряженных и незаряженных групп на контактирующей клеточной поверхности. В итоге зона контакта растет. Такая адгезия считается обратимой и небиологической, так как ей подвергаются и мертвые клетки.
Специфическая адгезия происходит после молекулярных взаимодействий между адгезином клетки и рецептором клетки хозяина. Данный процесс счита-ется полностью биологическим.
Адгезины – это макромолекулярные комплексы, содержащие специфические белки (интимины, YаdА, Inv, Аil, pH6 антиген) клеток м/о, входящие в состав их бактериальных фимбрий или поверхностных структур клеточной стенки.
С помощью них идет фиксация и прикрепление возбудителя к специфическим поверхностям. Так, например, одни микроорганизмы способны прикрепляться к клеткам эпителия дыхательных путей, а другие — кишечного тракта или мочеполовой системы и т. д.
Рис.1 Молекулы клеточной адгезии
MSCRAMMs (микробные поверхностные компоненты, распознающие адгезивные молекулы матрикса) - единый комплекс, бактериальная система распознавания матричных молекул адгезии, обнаруженная у стафилококков, которая создаёт первоначальное прикрепление бактерий к ткани хозяина, обеспечивая критический этап для установления инфекции.
Однако на так называемое «бактериальное вмешательство» организм реагирует активацией антиадгезионной терапии, которая заключается в использовании агентов, препятствующих процессу адгезии. Адгезия пробиотиков к кишечному эпителию и присутствие их в составе слизи обеспечивает взаимодействие микроорганизмов с иммунной системой кишечника. Они оказывают влияние на врожденный и адаптивный иммунный ответ на уровне эпителия, дендритных клеток, макрофагов, Т- и В-лимфоцитов, NK-клеток. Пробиотические м/о распознаются дендритными клетками, которые регулируют Т-клеточный ИО. Под влиянием этих сигналов при встрече с неизвестным микробом может происходить стимуляция выработки провоспалительных цитокинов, что мобилизует противоинфекционную защиту.
1.1.2 Факторы адгезии
Как уже говорилось раньше, у микроорганизмов есть специальные молекулы - адгезины, которые располагаются на поверхности и способны специфически узнавать молекулы на поверхности колонизируемых клеток и прикрепляться к их поверхности по типу углевод-белковое взаимодействие. В данном процессе белки (или гликопротеины) специфически связывают определенные углеводсодержащие остатки (маннозы, фукозы и др.), т.е. выступают в качестве лигандов.
Процесс такого лектиноподобного взаимодействия усиливается после отщепления нейраминидазой (ферментом, продуцирующимся вирусами, бактериями и паразитами) остатки сиаловых кислот от гликопротеидов, гликолипидов и олигосахаридов, т.е. от поверхностных структур эукариотических клеток хозяина. Этот механизм способствует:
— распространению возбудителя в межклеточной среде;
— облегчению доступа к рецепторам и колонизации клетки-мишени;
— усилению чувствительности этой клетки к действию токсинов инфекционного агента.
Разберем подробнее молекулы клеточной адгезии. К ним относятся 5 белковых семейств:
• Интегрины
• Селектины
• Кадгерины
• Адгезивные рецепторы суперсемейства иммуноглобулинов
• Хоминговые рецепторы лейкоцитов - молекулы, обеспечивающие попа-дание лимфоцитов в специфическую лимфоидную ткань.
Интегрины - это класс гетеродимерных трансмембранных белков, состоящих из нековалентных взаимодействий ?- и ?-субъединиц, которые образуют функциональный рецептор, чья функция - прикрепление клеток к внеклеточному матриксу (ЕCM), а также участие в специализированных клеточно-клеточных взаимодействиях. Внеклеточные домены служат для адгезии и распознавания лигандов, и при активации короткие цитоплазматические домены ?-субъединиц, физически связываются с цитоскелетом и накапливают белки для передачи сигналов.
Рис.2 Принцип действия сигналов внеклеточной среды на внутриклеточные процессы через интегриновые рецепторы
Интегрины открыли претенденты на Нобелевскую премию по изучению свойств клеточных поверхностей Ричард Хайнес из Массачусетского института технологий и Эркки Руослахти (Медицинский исследовательский институт Сэнфорд-Бернхэм, Калифорния). Учёные внесли свой вклад в семенные данные в первые дни исследований клеточной адгезии, что привело к характеристике семейства интегринов.
Селектины - гликопротеины, экспрессирующиеся на лейкоцитах, тромбоцитах и эндотелиальных клетках, выполняющие роль клеточных рецепторов. Общим структурным компонентом является N-концевой лектиноподобный домен, ответственный за связывание с лигандом (сиалилфукозилированные олигосахариды в составе многих гликопротеинов и гликолипидов мембран клеток, в том числе муциноподобные молекулы). Эти молекулы играют важную роль в ИО, так как, функционально, константы скорости быстрой ассоциации и диссоциации, характерные для селектин-опосредованной адгезии свойства позволяют селектинам функционировать в качестве важных инициаторов адгезии лейкоцитов к эндотелию в условиях сдвигового течения, тем самым обеспечивая доставку нейтрофила к очагу воспаления. В настоящее время также становится очевидной роль селектинов как рецепторов, передающих сигнал. Описано 3 типа селектинов: Е-селектин (эндотелиальный), L-селектин (лейкоцитарный), Р-селектин (тромбоцитарный).
• Е-селектин (CD62Е) представляет собой гликопротеин, который экспрессируется только на эндотелиальных клетках после активации интерлейкина 1 (IL-1), фактора некроза опухоли ? (TNF?) или бактериальных липополисахаридов. Регуляция экспрессии Е-селектина может быть очень важной для контроля накопления лейкоцитов в воспалительных реакциях. Было показано, что моноклональные антитела (mАb), специфические для Е-селектина, ингибируют миграцию лейкоцитов. Предполагается, что связывание лейкоцитов с Е-селектином на активированном эндотелии приводит к возбуждению интегрина CD11b (Mаc-1) на лейкоцитах и вызывает повышенную адгезию с помощью взаимодействия ICАM-1 (молекулы межклеточной адгезии 1 типа)/Mаc-1.
Рис.3 Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия после стимуляции TNF – in vitrо
• Растворимый L-селектин (sCD62L/sLЕCАM-L) представляет собой глико-протеин, экспрессирующийся на лимфоцитах и имеет прямое отношение к их миграции. Данный белок также представлен на нейтрофилах, моноцитах и других миелоидных клетках. L-селектин опосредует эффект «катящихся» нейтрофилов вдоль сосудистой стенки микроциркулярного русла - феномен, который можно рассматривать как первый «шаг» адгезии лейкоцитов к эндотелию, что, в свою очередь, приводит к их накоплению в зоне воспаления. Металлопротеиназы клеточной поверхности расщепляют L-селектин, что может снижать регуляцию L-селектинопосредованной адгезии.
• Растворимый P-селектин (CD62, PАDGЕM, GMP-140) представляет собой гликопротеин из гранул плотных тромбоцитов, хранящихся в тельцах Вейбеля-Палада эндотелиальных клеток. После стимуляции эндотелия тромбином, гистамином или реактивными окислителями, Р-селектин переносится на поверхность клетки. Образование P-селектина на поверхности очень быстрое, и так же быстро снижается до базального уровня в течение короткого времени после возбуждения. Связывание P-селектинов с нейтрофилами может происходить без их активации или без участия системы ?2-интегринов. Р-селектин связывается с углеводными остатками гликопротеинов лейкоцитов, экспрессируемых на поверхности клетки. Физиологическая роль P-селектина возможно заключается в опосредовании адгезии лейкоцитов к активированному эндотелию при остром воспалении. Он может взаимодействовать с Е-селектином на ранних стадиях воспаления, осуществляя специфическую адгезию нейтрофилов и моноцитов в зоне «очага возгорания». Чрезмерное накопление нейтрофилов на поверхности эндотелия с высоким уровнем P-селектина связано со многими продолжающимися воспалительными процессами, включая респираторный стрессовый синдром у взрослых, острое по-вреждение легких, тромботические заболевания и ревматоидный артрит. Было показано, что злокачественные клетки действуют как рецепторы для P-селектина, который играет важную роль для этой молекулы в образовании опухолей и метастазировании.
• Кадгерины представляют собой кальций-зависимый класс трансмембранных белков типа 1 (СaМ). Клеточная-клеточная адгезия опосредуется внеклеточными доменами кадгерины, в то время как внутриклеточный цитоплазматический хвост в сочетании со многими адаптерами и сигнальными белками называется адгезом кадгерина. Суперсемейство кадгеринов включает в себя кадгерины, протокадгерины, десмоглины и десмоколлины и многие другие. На сегодняшний день было идентифицировано и секвенировано более 100 типов кадгерина у человека.
Было обнаружено, что клетки, содержащие специфический кадгерин имеют тенденцию группироваться вместе для исключения других типов, как в клеточной культуре и в процессе разработки. Так, например, клетки, содержащие N-кадгерин, как правило, имеют способность кластеризоваться с другими N-кадгерин-экспрессирующими клетками. Одним из важнейших молекул клеточной адгезии – Е-кадгерин, который включает трансмембранный домен, цитоплазматический домен, состоящий из двух субдоменов: мембранного проксимального цитоплазматического домена и ?-катенин-связанного домена, и эктодомен. Последний состоит из пяти повторяющихся доменов, четыре из которых имеют одинаковую структуру и называются «внеклеточные кадгериновые повторы (ЕC1-ЕC4)», в то время как пятый (ЕC5) имеет особую структуру, характеризующуюся наличием четырех цистеинов, и называется «мембранный проксимальный внеклеточный домен». Нарушение дисульфидных связей в этом домене влияет на формирование прочных межклеточных контактов. Вместе с другими классическими кадгеринами (главным образом, N-кадгерином), Е-кадгерин играет важную роль в формировании тканей во время гастру-ляции, нейруляции, гистогенеза и органогенеза.
