Антибактериальные хемокины связываются с анионными мембранными фосфолипидами

Антимикробные пептиды (AMP) могут стать альтернативой антибиотикам. Считается, что AMP убивают бактерии, взаимодействуя с их отрицательно заряженными мембранами. Они таргетируют небелковые структурные элементы и действуют быстрее обычных антибиотиков, поэтому считается, что AMP не будут приводить к развитию резистентности у бактерий. AMP — важный компонент врожденного иммунитета; у человека были обнаружены семейства кателицидинов, гистатинов, лектинов и дефензинов. Но некоторые хемокины также обладают прямым противомикробным действием (хотя обычно считается, что их основная функция — координация миграции лейкоцитов). Хемокины похожи на AMP по структуре. Несмотря на то, что антибактериальные свойства хемокинов были известны давно, механизм их действия плохо изучен.

Недавно авторы новой статьи, исследователи из США, показали, что некоторые хемокины с высокой аффинностью связывают анионные мембранные фосфолипиды, включая фосфатидилсерин (PS) и кардиолипин (CL). PS обычно находится на внутренней части плазматических мембран млекопитающих и выходит наружу во время апоптоза. CL отсутствует на эукариотических плазматических мембранах, но является общим компонентом плазматической мембраны грамотрицательных и грамположительных прокариот. Авторы уже продемонстрировали, что взаимодействия хемокинов и PS играют важную роль в регуляции привлечения фагоцитов и удаления остаток клеток после апоптоза. В новой работе ученые исследовали роль взаимодействий хемокинов и CL в уничтожении бактерий.

В предварительных опытах хемокины человека CXCL9 и CCL20 уничтожали E. coli более эффективно, чем человеческий β-дефензин 3, но менее эффективно, чем AMP рыб протамин. Авторы выяснили, есть ли у хемокинов с противомикробными свойствами что-то общее. Они посмотрели, насколько они активны против E. coli и S. aureus. Оказалось, что CCL11, CCL19, CCL20, CCL21, CXCL9 и CXCL11 демонстрировали противомикробное действие, а CCL22, CCL23, CXCL5 и CXCL8 — нет, по крайней мере, в предложенных концентрациях (от 1,25 до 20 мкг/мл). Хемокины с антибактериальным действием связывали анионные фосфолипиды фосфатидилглицерин (PG) и CL, но не катионный фосфолипид лизил-PG (lysPG) или цвиттерионный фосфатидилэтаноламин (PE). Хемокины без такого действия не связывались ни с какими фосфолипидами.

Липосомы, содержащие CL или PG, но не PE, защищали E. coli от антимикробной активности CXCL11 и CCL20 дозозависимым образом. Липосомы с CL и PG также нейтрализовали антимикробную активность в отношении S. aureus хемокинов CXCL9 и CXCL11.

Авторы проверили, как хемокины влияют на штамм E. coli BKT12 с низким содержанием CL, если сравнить со штаммом дикого типа W3110. Оказалось, что хемокины с противомикробным действием CXCL9, CXCL11 и CCL21 связывали и уничтожали BKT12 так же хорошо, как и W3110. По всей видимости, это связано с тем, что на мембране BKT12 присутствует много фосфолипида PG.

При анализе взаимодействия с грамотрицательными бактериями было показано, что протамин, антимикробные (CCL20, CXCL11 и CXCL9) и неантимикробные (CCL22 и CXCL8) хемокины все были способны в некоторой степени связываться с полноразмерным липополисахаридом (LPS). Напротив, только антимикробные хемокины CCL20, CXCL11 и CXCL9 и протамин были способны взаимодействовать с минимальной структурой LPS, содержащей только мембранный гликолипидный фрагмент. Эти же соединения могли проникать сквозь внешнюю мембрану грамотрицательных бактерий.

Более подробное изучение противомикробной динамики показало, что все антимикробные хемокины остановили рост родительского штамма W3110 раньше, чем штамма BKT12 с дефицитом CL. То же было показано для случаев, когда антимикробные хемокины повреждали мембрану и убивали бактерии — штамм W3110 был более чувствительным.

Далее авторы подтвердили, что CCL19, CCL21, CXCL9 и CXCL11, а также протамин способны лизировать липосомы с тем же составом фосфолипидов в мембране, что и у бактерий W3110. Напротив, неантимикробные хемокины CXCL8 и CCL5 не влияли на проницаемость мембран этих липосом.

E. coli не развила устойчивость к CCL20. Дальнейшие опыты подтвердили, что антимикробные хемокины убивают бактерии, не вызывая резистентности у микроорганизмов, а также инактивируют устойчивые к антибиотикам бактерии.

Таким образом, исследование показало, что анионные фосфолипида — важный компонент механизма уничтожения бактерий, который определяет, какие хемокины обладают антибактериальной активностью, а какие нет.

Десенситизация CXCR4 необходима для поддержания баланса между продукцией миелоидных и лимфоидных клеток