Fagocytoza: Mechanism and Steps

Fagocytoza to połykanie pozakomórkowego materiału cząsteczkowego, takiego jak inwazyjne patogeny lub martwe/ obumierające komórki przez komórki fagocytujące i jest jednym z ważnych wrodzonych mechanizmów obronnych. Jest ona przeprowadzana głównie przez wyspecjalizowane komórki, takie jak makrofagi, neutrofile i komórki dendrytyczne.

Fagocytoza jest jednym z rodzajów endocytozy, inne to endocytoza pośredniczona przez receptor i pinocytoza.

Krok 1: Aktywacja komórek fagocytujących i chemotaksja

W pierwszym etapie fagocytozy, fagocyty są przyciągane przez i poruszają się w kierunku różnych substancji generowanych w odpowiedzi immunologicznej; proces ten nazywany jest chemotaksją.

Resting fagocyty są aktywowane przez mediatory zapalenia (produkty bakteryjne, cytokiny, prostaglandyny i białka dopełniacza). Aktywacja zwiększa ich aktywność metaboliczną i mikrobójczą. Aktywowane komórki wykazują również większą ekspresję receptorów glikoproteinowych, które ułatwiają im dotarcie do miejsca zakażenia, a także silniejsze wiązanie się z drobnoustrojami. Jako pierwsze pojawiają się neutrofile, które później zastępowane są przez makrofagi.

Krok 2: Rozpoznanie inwazyjnych mikrobów

Kolejnym krokiem w fagocytozie jest przyleganie antygenu do błony komórkowej komórek fagocytujących. Przyleganie wywołuje wypustki błony, zwane pseudopodia, które rozciągają się wokół przyłączonego materiału i połykają go.

Komórki fagocytujące zawierają różne receptory, które pomagają im w przyłączaniu się do bakterii/wirusów. Niektóre z tych receptorów to:

• Receptory rozpoznawania wzorców (PRR): Receptory rozpoznawania wzorców rozpoznają wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP). Należą do nich cząsteczki bakterii, takie jak peptydoglikan, kwasy teichoinowe, lipopolisacharyd, mannany, flagellina, pilina i bakteryjne DNA. Na przykład, receptory scavenger i receptory toll-like wiążą i internalizują bakterie gram-dodatnie i gram-ujemne po związaniu się z PAMP.

Opsonina jest cząsteczką, która wiąże się zarówno z antygenem jak i makrofagiem i zwiększa fagocytozę.

• Receptory Fc (ang: Receptory Fc (FcR) obecne na powierzchni makrofagów i neutrofilów wiążą się z częścią Fc przeciwciał takich jak IgG i IgM złożonych z antygenami (komórką bakteryjną lub wirusem). Proces ten, zwany opsonizacją, nasila fagocytozę.

• Receptory dopełniacza (CR1): Receptory dopełniacza obecne na komórkach fagocytujących wiążą się z białkami dopełniacza skompleksowanymi z kompleksami antygen-przeciwciało. Na przykład makrofagi posiadają receptory dla C3b i w ten sposób wiążą komórki lub kompleksy, do których przylgnęło C3b, co prowadzi do fagocytozy. Lektyny wiążące mannozę (MBL) również przyczyniają się do zwiększenia fagocytozy.

Krok 3: Połknięcie i tworzenie fagosomów

Po przyłączeniu, polimeryzacja, a następnie depolimeryzacja filamentów aktynowych wysyła pseudopodia w celu pochłonięcia mikroba. Połączenie pseudopodiów zamyka materiał w endocytarnej pęcherzyku zwanym fagosomem, który następnie wchodzi na endocytarną ścieżkę przetwarzania.

Krok 4: Tworzenie fagolizomu

W tej ścieżce, fagosom porusza się w kierunku wnętrza komórki, gdzie łączy się z lizosomem tworząc fagolizosom.

Krok 5: Zabijanie drobnoustrojów i tworzenie ciałek szczątkowych

Lizosomy zawierają lizozym i różne substancje przeciwbakteryjne i cytotoksyczne, które mogą niszczyć fagocytowane drobnoustroje i komórki. Mikroorganizmy są zabijane albo przez tlen-zależne lub przez tlen-niezależne mechanizmy.

1. Tlen-zależne zabijanie: Aktywowane fagocyty wytwarzają szereg reaktywnych intermediatów tlenowych (ROI) i reaktywnych intermediatów azotowych, które mają silną aktywność przeciwbakteryjną. Proces metaboliczny znany jako wybuch oddechowy występuje w komórkach fagocytarnych, które aktywują oksydazę związaną z błoną komórkową, tworząc anion ponadtlenkowy, rodniki hydroksylowe i nadtlenek wodoru. Wewnątrz fagolizosomu powstają również inne silne substancje przeciwbakteryjne, takie jak podchloryn, tlenek azotu itp. Wszystkie te substancje wykazały znaczną aktywność przeciwbakteryjną wobec bakterii, grzybów, robaków pasożytniczych i protozoa.
2. Niezależne od tlenu zabijanie: Aktywowane komórki fagocytarne syntetyzują również lizozym i różne enzymy hydrolityczne (na przykład katepsynę G, elastazę, kolagenazę, katelicydyny i bakteriobójcze białko indukujące przepuszczalność), których aktywność degradacyjna nie wymaga tlenu. Ponadto, aktywowane makrofagi wytwarzają grupę peptydów przeciwdrobnoustrojowych i cytotoksycznych, powszechnie znanych jako defensyny. Defensyny mogą zabijać różne bakterie, w tym Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa i Haemophilus influenzae. Aktywowane makrofagi wydzielają również czynnik martwicy nowotworów α (TNF-α), cytokinę, która ma różnorodne działanie i jest cytotoksyczna dla niektórych komórek nowotworowych.

Krok 6: Eliminacja lub egzocytoza

Trawiona zawartość fagolizosomu jest następnie eliminowana w procesie zwanym egzocytozą.

.