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Phagozytose

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Überblick über die Phagozytose
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Phagozytose vs. Exozytose
Membrantransport
Mechanismen des chemischen Transports durch biologische Membranen
Passiver vs. aktiver Membrantransport.svg
passiver Transport
Aktiven Transport
Zytose
Endozytose
Exozytose
  • Degranulation
    • Andere assoziierte Transportformen sind: parazellulärer Transport und transzellulärer Transport .
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    Der Prozess der Phagozytose.

    Phagozytose (vom griechischen phagein , „essen“ und kytos , „Zelle“) ist der Prozess, bei dem eine Zelle ihre Plasmamembran verwendet , um ein großes (≥0,5 μm) Partikel zu verschlingen, wodurch ein inneres Kompartiment namens Phagosom entsteht . Es ist eine Art Endozytose . Eine Zelle, die Phagozytose durchführt, wird Phagozyten genannt .

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    Die Verschlingung eines Krankheitserregers durch eine Fresszelle.

    Im Immunsystem eines vielzelligen Organismus ist die Phagozytose ein wichtiger Mechanismus, der verwendet wird, um Krankheitserreger und Zelltrümmer zu entfernen. Das aufgenommene Material wird dann im Phagosom verdaut. Bakterien, tote Gewebezellen und kleine Mineralpartikel sind Beispiele für Objekte, die phagozytiert werden können. Einige Protozoen nutzen die Phagozytose als Mittel zur Gewinnung von Nährstoffen.

    Geschichte

    Die Phagozytose wurde erstmals vom kanadischen Arzt William Osler (1876) [ 1 ] beobachtet und später von Élie Metchnikoff (1880, 1883) untersucht und benannt. [ 2 ]

    Im Immunsystem

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    Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Phagozyten (gelb, rechts), der Anthrax-Bazillen phagozytiert (orange, links)

    Die Phagozytose ist einer der Hauptmechanismen der angeborenen Immunabwehr . Es ist einer der ersten Prozesse, der auf eine Infektion reagiert, und ist auch einer der initiierenden Zweige einer adaptiven Immunantwort . Obwohl die meisten Zellen zur Phagozytose fähig sind, führen einige Zelltypen die Phagozytose als Teil ihrer primären Funktion durch. Diese werden als „professionelle Fresszellen“ bezeichnet . Die Phagozytose ist evolutionär uralt und kommt sogar bei Wirbellosen vor . [ 3 ]

    Professionelle Fresszellen

    Neutrophile , Makrophagen , Monozyten , dendritische Zellen , Osteoklasten und Eosinophile können als professionelle Phagozyten klassifiziert werden. [ 2 ] Die ersten drei spielen die wichtigste Rolle bei der Immunantwort auf die meisten Infektionen. [ 3 ]

    Die Rolle der Neutrophilen besteht darin, den Blutstrom zu patrouillieren und nur im Falle einer Infektion schnell in großer Zahl in das Gewebe zu wandern. [ 3 ] Dort wirken sie durch Phagozytose direkt mikrobizid. Nach der Einnahme sind Neutrophile effizient bei der intrazellulären Zerstörung von Krankheitserregern. Neutrophile phagozytieren hauptsächlich über Fcγ-Rezeptoren und die Komplementrezeptoren 1 und 3. Die mikrobizide Wirkung von Neutrophilen beruht auf einem großen Repertoire an Molekülen, die in vorgeformten Granula vorhanden sind. Die Enzyme und anderen Moleküle, die in diesen Körnchen hergestellt werden, sind Proteasen, wie beispielsweise Collagenase , Gelatinase oder Serinproteasen , Myeloperoxidase , Lactoferrin und antibiotische Proteine. Deren Degranulation im Phagosom, begleitet von einer hohen Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (oxidative Explosion), ist stark mikrobizid. [ 4 ]

    Monozyten und die daraus reifenden Makrophagen verlassen den Blutkreislauf, um durch das Gewebe zu wandern. Es gibt residente Zellen und bilden eine Ruhebarriere. [ 3 ] Makrophagen initiieren die Phagozytose durch Mannose -Rezeptoren , Scavenger -Rezeptoren , Fcγ-Rezeptoren und Komplementrezeptoren 1, 3 und 4. Makrophagen sind langlebig und können die Phagozytose fortsetzen, indem sie neue Lysosomen bilden. [ 3 ] ​[ 5 ]

    Dendritische Zellen befinden sich auch in Geweben und nehmen Krankheitserreger durch Phagozytose auf. Seine Aufgabe besteht nicht darin, Mikroben abzutöten oder zu eliminieren, sondern sie für die Antigenpräsentation an Zellen des adaptiven Immunsystems abzubauen. [ 3 ]

    Initiierungsempfänger

    Rezeptoren für die Phagozytose können durch anerkannte Moleküle in zwei Kategorien eingeteilt werden. Erstere, die opsonischen Rezeptoren, sind auf Opsonine angewiesen . [ 6 ] Darunter sind Rezeptoren, die den Fc-Teil von gebundenen IgG -Antikörpern erkennen, abgelagertes Komplement oder Rezeptoren, die andere Opsonine zellulären oder Plasma-Ursprungs erkennen. Nicht-opsonische Rezeptoren umfassen Lektin-ähnliche Rezeptoren, Dectin -Rezeptoren oder Scavenger-Rezeptoren. Einige phagozytische Wege erfordern ein zweites Signal von Mustererkennungsrezeptoren (PRRs), die durch Bindung an Pathogen-assoziierte molekulare Muster (PAMPS) aktiviert werden, was zur Aktivierung von NF-κB führt . [ 2 ]

    Fcγ-Rezeptoren

    Fcγ-Rezeptoren erkennen IgG-beschichtete Ziele. Der erkannte Hauptteil ist das Fc - Fragment . Das Rezeptormolekül enthält eine intrazelluläre ITAM-Domäne oder ist mit einem ITAM-enthaltenden Adaptermolekül assoziiert. ITAM-Domänen übertragen das Signal von der Phagozytenoberfläche zum Zellkern. Menschliche Makrophagen-aktivierende Rezeptoren sind zum Beispiel FcγRI , FcγRIIA und FcγRIII . [ 5 ] Die Fcγ-Rezeptor-vermittelte Phagozytose umfasst die Bildung von Ausstülpungen aus der Zelle, die als „Phagozytenbecher“ bezeichnet wird, und aktiviert einen oxidativen Ausbruch in Neutrophilen. [ 4 ]

    Plugin-Empfänger

    Diese Rezeptoren erkennen C3b- , C4b- und C3bi-beschichtete Ziele des Plasmakomplements. Die extrazelluläre Domäne der Rezeptoren enthält eine Lektin-ähnliche Komplement-bindende Domäne. Die Erkennung durch Komplementrezeptoren reicht nicht aus, um ohne zusätzliche Signale eine Internalisierung zu bewirken. In Makrophagen sind CR1, CR3 und CR4 für die Zielerkennung verantwortlich. Komplementbeschichtete Targets werden internalisiert, indem sie ohne Vorsprünge in die Phagozytenmembran „einsinken“. [ 5 ]

    Mannoserezeptoren

    Mannose und andere mit Krankheitserregern assoziierte Zucker wie Fucose werden vom Mannose-Rezeptor erkannt . Acht Lektin-ähnliche Domänen bilden den extrazellulären Teil des Rezeptors. Die Mannoserezeptor-vermittelte Aufnahme unterscheidet sich in molekularen Mechanismen von der Fcγ-Rezeptor- oder Komplementrezeptor-vermittelten Phagozytose. [ 5 ]

    Phagosom

    Die Materialabsorption wird durch das kontraktile Aktin-Myosin-System erleichtert. Phagosom ist die Organelle, die durch Phagozytose von Material gebildet wird. Es bewegt sich dann zum Zentrosom des Phagozyten und verschmilzt mit Lysosomen , bildet ein Phagolysosom und verursacht einen Abbau. Nach und nach säuert das Phagolysosom an und aktiviert abbauende Enzyme. [ 2 ] ​[ 7 ]

    Der Abbau kann sauerstoffabhängig oder sauerstoffunabhängig erfolgen.

    • Der sauerstoffabhängige Abbau hängt von NADPH und der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies ab . Wasserstoffperoxid und Myeloperoxidase aktivieren ein Halogenierungssystem, das zur Bildung von Hypochlorit und zur Zerstörung von Bakterien führt. [ 8 ]
    • Der sauerstoffunabhängige Abbau hängt von der Freisetzung von Granula ab, die Enzyme wie Lysozyme und kationische Proteine ​​wie Defensine enthalten . Andere antimikrobielle Peptide sind in diesen Körnern vorhanden, einschließlich Lactoferrin , das Eisen sequestriert , um ungünstige Wachstumsbedingungen für Bakterien zu schaffen. Andere Enzyme wie Hyaluronidase, Lipase, Kollagenase, Elastase, Ribonuklease und Desoxyribonuklease spielen ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Verhinderung der Ausbreitung von Infektionen und des Abbaus essentieller mikrobieller Biomoleküle, die zum Zelltod führen. [ 4 ] ​[ 5 ]

    Leukozyten erzeugen während der Phagozytose Blausäure und können Bakterien, Pilze und andere Krankheitserreger abtöten , indem sie andere toxische Chemikalien erzeugen. [ 9 ] ​[ 10 ] ​[ 11 ]

    Einige Bakterien, beispielsweise Treponema pallidum , Escheria coli und Staphylococcus aureus , sind in der Lage, die Phagozytose durch verschiedene Mechanismen zu vermeiden.

    Bei der Apoptose

    Nach der Apoptose müssen Makrophagen in einem als Efferozytose bezeichneten Prozess sterbende Zellen in das umgebende Gewebe aufnehmen . Eines der Merkmale einer apoptotischen Zelle ist die Präsentation einer Vielzahl von intrazellulären Molekülen auf der Zelloberfläche, wie Calreticulin , Phosphatidylserin (aus der inneren Schicht der Plasmamembran), Annexin A1 , oxidiertes LDL und veränderte Glykane . [ 12 ] Diese Moleküle werden von Rezeptoren auf der Makrophagen-Zelloberfläche wie dem Phosphatidylserinrezeptor oder von löslichen (frei schwebenden) Rezeptoren wie Thrombospondin 1 , GAS6 und MFGE8 erkannt , die dann an andere Rezeptoren auf dem Makrophagen binden B. CD36 und Alpha-V-Beta-3-Integrin . Defekte in der apoptotischen Zellclearance sind normalerweise mit einer beeinträchtigten Phagozytose von Makrophagen verbunden. Die Ansammlung von apoptotischen Zelltrümmern führt häufig zu Autoimmunerkrankungen; daher hat die pharmakologische Verstärkung der Phagozytose medizinisches Potential bei der Behandlung bestimmter Formen von Autoimmunerkrankungen. [ 13 ] ​[ 14 ] ​[ 15 ] ​[ 16 ]

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    Entamoeba histolytica Trophozoiten mit aufgenommenen Erythrozyten

    In Protisten

    Bei vielen Protisten wird die Phagozytose als Mittel zur Ernährung verwendet, um einen Teil oder die gesamte Nahrung bereitzustellen. Dies wird als phagotrophe Ernährung bezeichnet, im Gegensatz zur osmotrophen Ernährung , die durch Absorption erfolgt.

    • Bei einigen, wie der Amöbe , findet die Phagozytose statt, indem das Zielobjekt mit Pseudopodien umgeben wird, wie bei tierischen Fresszellen. Beim Menschen kann die Amöbozoe Entamoeba histolytica rote Blutkörperchen phagozytieren .
    • Ciliaten sind auch an der Phagozytose beteiligt. [ 17 ] Bei Ciliaten gibt es eine spezialisierte Rille oder Kammer in der Zelle, in der die Phagozytose stattfindet, die als Zytostom oder Mund bezeichnet wird.

    Wie bei phagozytischen Immunzellen kann das resultierende Phagosom mit Lysosomen ( Nahrungsvakuolen ), die Verdauungsenzyme enthalten , verschmelzen und ein Phagolysosom bilden . Die Nahrungspartikel werden dann verdaut und die freigesetzten Nährstoffe werden diffundiert oder zum Zytosol transportiert, um sie in anderen Stoffwechselprozessen zu verwenden. [ 18 ]

    Mixotrophie kann phagotrophe Ernährung und phototrophe Ernährung umfassen . [ 19 ]

    Siehe auch

    Referenzen

    1. ^ Ambrose, Charles T. (2006). "Die Osler-Folie, eine Demonstration der Phagozytose von 1876: Berichte über Phagozytose vor Metchnikoffs Arbeit von 1880". Zelluläre Immunologie 240 (1): 1-4. PMID  16876776 . doi : 10.1016/j.cellimm.2006.05.008 . 
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    Externe Links

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