Phagocytose is de opname van extracellulair deeltjesmateriaal zoals binnendringende pathogenen of dode/stervende cellen door fagocyterende cellen en is een van de belangrijke aangeboren verdedigingsmechanismen. Het wordt voornamelijk uitgevoerd door gespecialiseerde cellen, zoals macrofagen, neutrofielen en dendritische cellen.
Phagocytose is één type endocytose, andere zijn, receptorgemedieerde endocytose en pinocytose.
Stap 1: Activering van fagocytosecellen en chemotaxis
In de eerste stap van fagocytose worden fagocyten aangetrokken door en bewegen ze zich in de richting van allerlei stoffen die in de immuunrespons ontstaan; dit proces wordt chemotaxis genoemd.
Resterende fagocyten worden geactiveerd door ontstekingsmediatoren (bacteriële producten, cytokinen, prostaglandinen, en complement-eiwitten). Activering verhoogt hun metabolische en microbicidale activiteit. Geactiveerde cellen brengen ook meer glycoproteïnereceptoren tot expressie die hen helpen de plaats van infecties te bereiken en zich stevig aan micro-organismen te binden. Neutrofielen verschijnen als eerste en worden later vervangen door macrofagen.
Stap 2: Herkenning van binnendringende microben
De volgende stap in de fagocytose is de aanhechting van het antigeen aan het celmembraan van de fagocytische cellen. Adhesie induceert membraanuitsteeksels, pseudopodia genaamd, om zich rond het aangehechte materiaal uit te strekken en het op te nemen.
(Image source:Gary E. Kaiser)
Phagocytische cellen bevatten verschillende receptoren die hen helpen bij het hechten met bacteriën/virussen. Enkele van deze receptoren zijn:
- Patroonherkenningsreceptoren (PRR): Patroonherkenningsreceptoren herkennen pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP’s). Hiertoe behoren bacteriële moleculen zoals peptidoglycaan, teichoëzuren, lipopolysaccharide, mannanen, flagelline, piline, en bacterieel DNA. Zo binden en internaliseren scavengerreceptoren en toll-like receptoren grampositieve en gramnegatieve bacteriën na binding met PAMP’s.
Opsonine is een molecuul dat zich zowel aan antigeen als aan macrofagen bindt en de fagocytose bevordert.
(Beeldbron: philpoteducation)
- Fc-receptoren: Fc-receptoren (FcR) die aanwezig zijn op de oppervlakken van macrofagen en neutrofielen binden met het Fc-gedeelte van antilichamen zoals IgG en IgM die zijn gecomplexeerd met antigenen (bacteriële cel of virus). Dit proces, dat opsonisatie wordt genoemd, bevordert de fagocytose.
- Complementreceptoren (CR1): Complementreceptoren die op de fagocytische cellen aanwezig zijn, binden zich met complementeiwitten die zijn gecomplexeerd met antigeen-antilichaamcomplexen. Macrofagen hebben bijvoorbeeld receptoren voor C3b en binden zo cellen of complexen waaraan C3b zich heeft gehecht, wat leidt tot fagocytose. Mannose-bindende lectines (MBL) helpen ook om de fagocytose te verbeteren.
Stap 3: Opname en vorming van fagosomen
(Beeldbron:Gary E. Kaiser)
Na aanhechting worden door polymerisatie en vervolgens depolymerisatie van actinefilamenten pseudopoden uitgestuurd om de microbe op te slokken. Door fusie van de pseudopodia wordt het materiaal ingesloten in een endocytisch blaasje, een fagosoom, dat vervolgens de endocytische verwerkingsroute ingaat.
Stap 4: Vorming van fagolysoom
In deze route beweegt een fagosoom zich naar het celinterieur, waar het samensmelt met een lysosoom om een fagolysosoom te vormen.
Stap 5: Microbiële doding en vorming van restlichaampjes
Lysosomen bevatten lysozym en diverse antimicrobiële en cytotoxische stoffen die gefagocytiseerde micro-organismen en cellen kunnen vernietigen. Micro-organismen worden gedood door zuurstof-afhankelijke of door zuurstof-onafhankelijke mechanismen.
- Zuurstof-afhankelijke doding: Geactiveerde fagocyten produceren een aantal reactieve zuurstofintermediairen (ROI’s) en reactieve stikstofintermediairen die een krachtige antimicrobiële activiteit hebben. In fagocyterende cellen treedt een stofwisselingsproces op dat bekend staat als respiratoire burst, waarbij membraangebonden oxidase wordt geactiveerd en superoxide-anion, hydroxylradicalen en waterstofperoxide worden gevormd. Andere krachtige antimicrobiële stoffen zoals hypochloriet, stikstofmonoxide, enz. worden ook gevormd in het fagolysosoom. Al deze stoffen vertonen een duidelijke antimicrobiële activiteit tegen bacteriën, schimmels, parasitaire wormen en protozoa.
- Zuurstofonafhankelijke doding: Geactiveerde fagocytische cellen synthetiseren ook lysozym en verschillende hydrolytische enzymen (bijvoorbeeld cathepsine G, elastase, collagenase, cathelicidines en bactericide permeabiliteit inducerend eiwit) waarvan de afbrekende activiteiten geen zuurstof vereisen. Bovendien produceren geactiveerde macrofagen een groep antimicrobiële en cytotoxische peptiden, algemeen bekend als defensinen. Defensines kunnen een verscheidenheid aan bacteriën doden, waaronder Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, en Haemophilus influenzae. Geactiveerde macrofagen scheiden ook tumornecrosefactor α (TNF-α) af, een cytokine dat een verscheidenheid aan effecten heeft en cytotoxisch is voor sommige tumorcellen.
Stap 6: Eliminatie of exocytose
De verteerde inhoud van het fagolysosoom wordt vervolgens geëlimineerd in een proces dat exocytose wordt genoemd.