Клеточные белки ATG7 и ATG14 ограничивают размножение микобактерии в макрофагах

Ученые из Великобритании проанализировали роль аутофагии в борьбе с инфекцией Mycobacterium tuberculosis. Выключение белков аутофагии ATG7 и ATG14 в макрофагах нарушает слияние аутофагосомы, содержащей бактерию, с лизосомой, способствует выходу патогена в цитозоль и его репликации.

Электронно-микроскопическое изображение макрофага, инфицированного микобактерией (раскрашена в разные цвета).

Credit: Tony Fearns (Host Pathogen Interactions in Tuberculosis Lab) | Пресс-релиз

Туберкулез — это тяжелое инфекционное заболевание, вызванное грамположительной бактерией Mycobacterium tuberculosis. По данным ВОЗ, в 2021 году от туберкулеза умерло около 1,6 миллиона человек. В том же году Россию исключили из списка стран с высоким бременем туберкулеза; в настоящее время заболеваемость в стране составляет 31,1 на 100 тысяч населения.

Один из способов защиты организма от инфекции — аутофагия. Патоген упаковываются в двумембранную аутофагосому, а затем происходит слияние аутофагосомы с лизосомой клетки. Выделяют два пути аутофагии — каноничный, или ксенофагию, и неканоничный, или LC3-ассоциированный фагоцитоз, который связан с липидизацией белков семейства LC3. В оба пути вовлечены белки аутофагии Atg. Имеются данные о том, что ксенофагия и неканоничная аутофагия запускаются в ответ на микобактериальную инфекцию. В то же время микобактерия избегает аутофагии: ее белок ESX-1 системы секреции типа 7 и особый тип липидов клеточной стенки повреждают мембрану аутофагосомы, и бактерия выходит в цитозоль. Еще один способ уйти от аутофагии — секреция фактора вирулентности CpsA.

Исследователи из Института Фрэнсиса Крика (Великобритания) уточнили роль данного процесса в борьбе организма с микобактерией и его молекулярный механизм. Они создали два мутантных штамма микобактерий M. tuberculosis: один с делецией генов белков EsxA и EsxB — субстратов ESX-1, второй с делецией гена фактора вирулентности CpsA. Затем микроорганизмы добавили в среду с макрофагами. Репликация мутантных бактерий внутри макрофагов была значительно снижена. Это доказывает роль ESX-1 и CpsA в защите микобактерии от аутофагии.

Далее с помощью системы CRISPR-Cas9 исследователи выключили гены ключевых белков аутофагии — ATG7 или ATG14 — в человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клетках. Затем они стимулировали каноничную и неканоничную аутофагию. В мутантных клетках по сравнению с клетками дикого типа аутофагия была нарушена — об этом свидетельствовали аномальные паттерны изменения белков семейства LC3 и рецептора аутофагии p62.

Чтобы уточнить роль ATG7 и ATG14 в клеточном ответе на микобактерию, ученые заразили ей макрофаги, полученные из нокаутных ИПСК. Для заражения использовались мутантные штаммы и штаммы дикого типа.

В отсутствии белка ATG7 репликация микобактерий дикого типа внутри клеток значительно усилилась. Кроме того, исследователи заметили уменьшение числа клеток, что свидетельствовало об их гибели. Для мутантных патогенов такого эффекта не наблюдалось.

Выключение ATG14 вело даже к более стремительным темпам размножения микобактерии, причем размножались патогены дикого типа и с делецией белков Esx, но не с делецией CpsA. Однако к усилению клеточной гибели приводило только заражение бактерией дикого типа. Более детальный анализ показал, что клеточной гибели предшествует усиленная репликация патогена, микобактерия разрушает мембрану аутофагосомы и выходит в цитозоль, а затем нарушается целостность клеточной мембраны.

Основываясь на полученных результатах, авторы предположили, что белки ATG7 и ATG14 макрофагов необходимы для борьбы с инфекцией, вызванной M. tuberculosis, но действуют они на разных стадиях инфекции. ATG14 контролирует слияние фагосомы, содержащей бактерию, с лизосомой, а его выключение нарушает только каноничную аутофагию. Для уточнения механизмов этих процессов необходимы дальнейшие исследования. Ученые считают, что аутофагия может стать мишенью для терапии туберкулеза, вызванного резистентной микобактерией.

Источник

Aylan B, et al. ATG7 and ATG14 restrict cytosolic and phagosomal Mycobacterium tuberculosis replication in human macrophages. // Nature Microbiology. 2023 Mar 23. DOI: 10.1038/s41564-023-01335-9

Пресс-релиз

Добавить в избранное