Кіріспе
Жасуша биологиясында фагосома – фагоцитпен фагоцитоз арқылы жұтылған бөлшектің айналасында қалыптасатын көпіршік. Кәсіби фагоциттерге макрофагтар, нейтрофилдер және дендриттік жасушалар (ДЖ) жатады. Фагосома микроорганизм, ескірген жасуша немесе апоптоздық жасушаның айналасындағы жасуша мембранасының бірігуі нәтижесінде пайда болады. Фагосомаларда мембранаға байланысқан ақуыздар болады, олар лизосомалармен бірігіп, пісіп-жетілген фаголизосомаларды құрайды. Лизосомалар гидролиздік ферменттер мен реактивті оттегі түрлерін (РОС) қамтиды, олар патогендерді өлтіреді және қорытады. Фагосомалар кәсіби емес фагоциттерде де пайда болуы мүмкін, бірақ олар шектеулі түрдегі ғана бөлшектерді жұта алады және РОС өндірмейді. Қорытылған бөлшектерден алынған пайдалы заттар (мысалы, аминқышқылдары) цитозолға тасымалданады, ал қалдықтар экзоцитоз арқылы шығарылады. Фагосоманың қалыптасуы тіндердің гомеостазы үшін және патогендерге қарсы туа біткен және адаптивті иммундық қорғаныс үшін маңызды. Дегенмен, кейбір бактериялар фагоцитозды инвазия стратегиясы ретінде пайдалана алады. Олар фаголизосоманың ішінде көбейеді (мысалы, Coxiella spp.) немесе фагосома лизосомамен бірікпестен цитоплазмаға өтеді (мысалы, Rickettsia spp.). Көптеген микобактериялар, соның ішінде Mycobacterium tuberculosis және Mycobacterium avium paratuberculosis, жасуша макрофагын манипуляциялап, лизосомалардың фагосомалармен бірігуіне және пісіп-жетілген фаголизосомалардың қалыптасуына кедергі келтіре алады. Фагосоманың толық жетілмеуі оның ішіндегі патогендерге қолайлы ортаны сақтап тұрады.
Құрылу
Фагосомалар бүтін бактерияларды немесе диаметрі әдетте >0,5 мкм болатын апоптоздық және қарт жасушаларды ыдырата алатындай жеткілікті үлкен. Бұл фагосоманың эндосомадан бірнеше рет үлкен екенін білдіреді, ал эндосома нанометрлермен өлшенеді. Фагосомалар патогендер немесе опсониндер трансмембраналық рецепторларға байланысқанда пайда болады, олар фагоцит жасушасының бетінде кездейсоқ орналасқан. Байланысқан кезде "сырттан ішке" сигнал беру актин полимерленуіне және псевдоподиялардың қалыптасуына әкеледі, олар микроорганизмді қоршап алып, одан кейін біріктіреді. Сигнал беру және бөлшектердің ішке сіңуін бақылау үшін протеинкиназа C, фосфоинозит-3 киназа және фосфолипаза C (PLC) қажет. Fc рецепторы (FcR), комплемент рецепторлары (CR), манноза рецепторы және дектин 1 – фагоциттік рецепторлар, яғни олар фибробластар сияқты фагоциттік емес жасушаларда экспрессияланғанда фагоцитозды тудыра алады. Toll-тәрізді рецепторлар сияқты басқа ақуыздар патогендердің үлгілерін тануға қатысады және көбінесе фагосомаларға тартылады, бірақ фагоциттік емес жасушаларда фагоцитозды тікелей іске қоспайды, сондықтан олар фагоциттік рецепторлар деп есептелмейді.
Опсондау
Опсониндер – патогендерге жабысып, фагоцитозды күшейтетін антиденелер мен комплементтер сияқты молекулалық таңбалар. Иммуноглобулин G (IgG) – сарысудағы басты антидене түрі. Ол адаптивті иммундық жүйенің құрамында, бірақ макрофагтарды патогендерді фагоцитозға тарту арқылы туа біткен иммундық реакциямен байланыстырады. Антидене өзгермелі Fab домені арқылы микроорганизмдерге, ал Fc домені Fc рецепторларына (FcR) байланысып, фагоцитозды іске қосады. Комплемент арқылы ішке қабылдау мембраналық өскіндердің азаюына себептейді, бірақ екі механизмнің де нәтижесіндегі сигналдық жолдар Rho GTPазаларын белсендіруге жиналады. Олар фагосоманың эндосомалармен және лизосомалармен қосылуына қажетті актин полимерленуін реттейді.
Фагоциттік емес жасушалар
Басқа да кәсіби емес фагоциттердің фагоциттік белсенділігінің белгілі бір деңгейі бар, мысалы, эритроциттерді жұтып алатын қалқанша безі мен несеп қуығының эпителийлік жасушалары, сондай-ақ ретиналық таяқшаларды ішке сіңіретін ретиналық эпителийлік жасушалары.
Құрылымы
Фагосоманың мембранасы плазмалық мембрананың бірігуі арқылы қалыптасқандықтан, фосфолипидтік екі қабаттың негізгі құрамы бірдей болады. Эндосомалар мен лизосомалар фагосомамен бірігіп, мембрана құрамына үлес қосады, әсіресе жұтылған бөлшек өте ірі болғанда, мысалы, паразиттер сияқты. Олар фагосомаға түрлі мембраналық ақуыздарды жеткізіп қана қоймай, органелланың құрылымын да өзгертеді. Фагосомалар жасанды, төмен тығыздықты латекс бөлшектерін жұтып алып, кейін сахароза концентрациясы градиенті бойынша тазартылуы мүмкін, бұл оның құрылымын және құрамын зерттеуге мүмкіндік береді. Вакуольдық протонды насостар (v АТФаза) органелла ішін қышқылдандыру үшін фагосомаға жеткізіледі, патогендерге қолайсыз жағдай жасайды және ақуыздың ыдырауын жеңілдетеді. Бактериялық ақуыздар төмен pH ортасында денатурацияланып, қышқыл ортаға төзімді протеазаларға қолжетімді болады. Ферменттер фаголизосомадан қайта пайдаланылады, осылайша олардың ысырап болуына жол берілмейді. Фагосома жетілген сайын фосфолипид мембранасының құрамы да өзгереді. Бірігу процесі фагосоманың ішкі мазмұнына байланысты бірнеше минуттан бірнеше сағатқа дейін созылуы мүмкін; FcR немесе манноза рецепторы арқылы шақырылған бірігу 30 минуттан кем уақыт алады, бірақ латекс бөлшектері бар фагосомалар лизосомалармен бірігу үшін бірнеше сағатқа дейін қабылдауы мүмкін. Ірі молекулаларға қарағанда кіші люменальды молекулалар бірігу арқылы жылдамырақ тасымалданады, бұл "сүйісіп, қашу" кезінде фагосома мен басқа көпіршіктер арасында шектеулі алмасуға ғана мүмкіндік беретін кішкентай сулы каналдың пайда болуын көрсетеді. Rab5 PI 3 киназасын және Vps34 сияқты басқа да байланыстырушы ақуыздарды фагосома мембранасына тартады, соның арқасында эндосомалар фагосомаға ақуыздарды жеткізе алады. Rab5 CORVET және HOPS кешендері арқылы ашытқыда Rab7-ге өтуге жартылай қатысады. Rab11 мембрананың қайта өңделуіне қатысады.
Патогеннің ыдырауы
Макрофагтар мен нейтрофилдер – патогендердің ыдырауын қамтамасыз ететін кәсіби фагоциттер, бірақ олардың бактерицидтік әдістері әртүрлі. Нейтрофильдерде фагосомамен бірігетін гранулалар болады. Бұл гранулалардың құрамында NADPH оксидазасы және миелопероксидазасы бар, олар патогендерді жою үшін оксидативтік жарылыс кезінде уытты оттегі мен хлор туындыларын өндіреді. Сондай-ақ, фаголизосомаға протеазалар мен микробқа қарсы пептидтер бөлінеді. Макрофагтарда гранулалар жоқ, сондықтан олар микробтарды қорыту үшін фаголизосоманың қышқылдануына, гликозидазаларға және протеазаларға көбірек тәуелді. Бактериялардан алынған пептидтер Ірі Гистоқосуыстық Кешенге (МГК) жеткізіледі. Пептид антигендері лимфоциттерге ұсынылады, онда олар Т-жасуша рецепторларымен байланысып, Т-жасушаларын белсендіреді, соның арқасында туа біткен және адаптивтік иммунитет арасындағы байланыс орнатылады. Бұл сүтқоректілерге, құстарға және жақ сүйегі бар балықтарға тән, себебі жәндіктерде адаптивтік иммунитет жоқ.
Қоректік зат
Көне бір жасушалы организмдер, мысалы амеба, иммундық стратегия емес, қоректік заттарды алу үшін фагоцитозды пайдаланады. Олар кішірек микробтарды жұтып қойып, оларды фагосома ішінде минутына шамамен бір бактериядан сіңіреді, бұл кәсіби фагоциттерге қарағанда әлдеқайда жылдам. Топырақ амебасы Dictyostelium discoideum үшін негізгі тамақ көзі – адамдарда легионер ауруын қоздыратын Legionella pneumophila бактериясы. Амебадағы фагосоманың жетілуі макрофагтардағы жетілуге өте ұқсас, сондықтан олар осы процесті зерттеу үшін модельдік организм ретінде қолданылады.
Тіндердің тазалығы
Фагосомалар ұлпа гомеостазын сақтау үшін ескірген және апоптоздық жасушаларды ыдыратады. Эритроциттерде денедегі ең жоғары жаңару деңгейі болады және олар бауыр мен көкбауырдағы макрофагтармен фагоцитозға түседі. Эмбриондағы өлген жасушаларды жою процесі толық сипатталмаған, бірақ оны макрофагтар немесе гематопоэтикалық тамырлық жасушалардан туындаған басқа жасушалар жүзеге асырмайды. Тек ересек жасында ғана апоптоздық жасушалар кәсіби фагоциттермен фагоцитозға түседі. Қабынуды белгілі бір патогендер немесе зақымданумен байланысты молекулалық үлгілер (PAMP немесе DAMP) ғана тудырады, ескірген жасушаларды жою қабынуға алып келмейді. Автофагия кәсіби фагоциттермен ғана шектелмейді, оны алғаш рет егеуқұйрық гепатоциттерінде клеткалық биолог Кристиан де Дюв анықтаған. Автофагосомалардың қос мембранасы бар, ішкі мембранасы – қамтылған органелладан, ал сыртқы мембранасы эндоплазмалық тордан немесе ER-Голги аралық бөлімінен (ERGIC) пайда болады деп есептеледі. Автофагосома сондай-ақ лизосомалармен бірігіп, оның құрамын ыдыратады. M. tuberculosis фагосомалардың қышқылдануын тежегенде, Интерферон гамма аутофагияны ынталандырып, жетілу процесін қалпына келтіруге көмектеседі.
Бактериялық аулақ жүру және манипуляциялау
Көптеген бактериялар фагосомалардың бактерицидтік қасиеттерінен қашу үшін немесе тіпті фагоцитозды шабуыл стратегиясы ретінде пайдалану үшін эволюцияланды. Mycobacterium tuberculosis тыныс алу жолдарының төменгі бөлігіндегі ROS өндірмейтін M2 макрофагтарды нысаналайды. M. tuberculosis сонымен қатар PtpA және SapM сияқты фосфатазаларды бөліп, сигнал беру жолдарын манипуляциялай алады, бұл ақуызды тартуды бұзып, фагосоманың қышқылдануын тоқтатады. Legionella pneumophila фагосомалық мембрананы секреторлық жолдың басқа бөліктеріндегі везикулаларды имитациялап өзгерте алады, сондықтан лизосомалар фагосоманы тани алмайды және онымен бірікпейді. Бактерия жаңашырдың тасымалдауына араласатын токсиндерді бөліп шығарады, нәтижесінде Legionella-ны қамтитын вакуоль әдетте эндоплазмалық ретикулумда немесе ERGIC-те кездесетін мембраналық ақуыздарды жинайды. Бұл өзгертілген фагосомаға секреторлық везикулаларды қайта бағыттап, бактерияға қоректік заттарды жеткізеді. Listeria monocytogenes листериолизин O пор құратын ақуызды бөліп шығарады, осылайша бактерия фагосомадан цитозолге қаша алады. Листериолизин фагосоманың қышқыл ортасымен белсендіріледі. Қосымша, Listeria фагосомадан қашуға көмектесетін екі фосфолипаза C ферментін бөліп шығарады.