Бактериальный белок NleL нарушает механизм самоочищения кишечника

Эпителий кишечника защищает организм от патогенов не только за счет иммунных реакций; он также способен вытеснять зараженные клетки в просвет кишечника. Этот процесс, известный как экструзия клеток, дополняет программы запрограммированной клеточной гибели (апоптоз, пироптоз и некроптоз), физически удаляя патогены вместе с погибающими клетками. Однако до сих пор не было известно, существуют ли у бактерий механизмы, способные подавлять этот этап защиты. Группа исследователей из США показала, что энтеропатогенные штаммы Escherichia coli и родственные им Citrobacter rodentium используют белок NleL (E3-убиквитинлигазу), чтобы препятствовать вытеснению инфицированных клеток. Это открытие проливает свет на ранее неизвестный аспект противостояния между патогенами и кишечным барьером.

Ученые провели систематический скрининг 63 эффекторов E. coli, чтобы определить, какие из них подавляют пироптоз, индуцируемый липополисахаридом (LPS), — сигнальным компонентом грамотрицательных бактерий. Они выделили NleL, обеспечивавший выживание клеток и уменьшение выделения лактатдегидрогеназы (маркера лизиса). Этот белок оказался катализатором убиквитинирования, и его мутантная форма без активного центра (C753A) теряла защитный эффект, что подтвердило необходимость каталитической активности.

С помощью масс-спектрометрии авторы определили, какие клеточные белки являются мишенями NleL. Основными субстратами оказались каспаза 4 (гомолог каспазы 11 у мышей) и киназы ROCK1 и ROCK2, регулирующие актиновый цитоскелет и участвующие в экструзии клеток. При экспрессии NleL эти белки активно убиквитинировались и разрушались в протеасомах. Ингибиторы убиквитинирования (MLN7243) и протеасом (бортезомиб) останавливали деградацию каспазы 4 и ROCK2. Биохимический анализ показал, что NleL взаимодействует с CARD-доменом каспаз 4, 5 и 11, ответственным за распознавание LPS, а в случае ROCK2 — с PH-доменом, управляющим локализацией киназы. Это объясняет, почему именно эти белки подвергаются селективной деградации.

Далее исследователи перешли к системам in vitro и in vivo. В культурах кишечных клеток (Caco-2, HT-29) и у кишечных органоидов мышей инфекция патогенными штаммами E. coli и C. rodentium вызывала исчезновение каспазы 4 и ROCK2, но только если бактерии содержали активный NleL. Мутанты без этого гена (ΔnleL) вызывали усиленное вытеснение погибающих клеток, что подтверждалось окраской по пропидию и конфокальной микроскопией.

Для проверки физиологической значимости механизма использовали мышей с селективным нокаутом Rock1 и Rock2 в эпителии кишечника (модель Villin-CreERT2). У таких животных вытеснение клеток было нарушено, и количество C. rodentium в толстой кишке значительно возрастало по сравнению с контрольными животными. Напротив, бактерии, лишенные гена nleL, хуже колонизировали кишечник и быстрее удалялись с эпителия.

Комплементация мутантного штамма C. rodentium ΔnleL экспрессией NleL полностью восстанавливала способность бактерии подавлять экструзию клеток и успешно колонизировать кишечник. Дополнительные эксперименты показали, что эти эффекты не связаны с повышением общей проницаемости кишечного барьера или изменением воспалительной реакции (уровни IL-18 не отличались).

Таким образом, исследование показало, что NleL действует двойным образом: разрушает каспазы, блокируя запуск пироптоза, и убиквитинирует ROCK1/ROCK2, мешая физическому удалению инфицированных клеток из эпителия. Тем самым энтеропатогенные E. coli и C. rodentium удерживают нишу в кишечнике и избегают выведения с потоком содержимого. Работа раскрывает новый уровень противостояния между хозяином и патогеном — борьбу за контроль над клеточной гибелью и барьерной функцией кишечника

Микробиота кишечника человека вырабатывает серотонин