Молекулярные механизмы и физиологическая роль фагоцитарной реакции, осуществляемой нейтрофилами

Рисунок 5 - Рецепторы клеточной адгезии

Следующий этап - активация мембраны и образование фагосомы.

На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо. Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных коллоидов и актино-миозиновые перестройки. Вначале в месте контакта возникает участок плотного геля. Далее из-за увеличения концентрации Са2+ гель под влиянием гельзолина превращается в более жидкий золь. Это обуславливает «проваливание» объекта внутрь фагоцита.

Происходит обволакивание объекта вследствие изменения состояния цитоскелета и физико-химической структуры цитоплазмы. Низкомолекулярный G-актин превращается в полимеризованный F-актин в ходе последовательной активации ферментативного каскада. F-актин входит в состав цитофиламентов, которыми богата псевдоподия, формируемая фагоцитом при контакте с объектом. Псевдоподия вытягивается в направлении объекта и прилипает к нему. Вследствие сокращения актиновых волокон и изменения вязкости цитоплазмы объект полностью охватывается мембраной фагоцита, которая впоследствие замыканется по механизму «молнии». [18]

В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы. Низкое значение рН внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации лизосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране. [16]

Выделяют 2 основных механизма киллинга: кислородозависимый и кислородонезависимый. [10]

Кислородзависимый механизм. Важным компонентом является фермент НАДФH+-оксидаза. НАДФH+-оксидаза является частью биохимического пути, регулирующего поток электронов к различным субстратам. Фермент состоит из 5 белковых субъединиц, образующих комплекс НАДФH+-оксидазы и регуляторного белка Rac-2. В состав НАДФ-оксидазного комплекса входят: гликопротеины gp91 (91 кД, ген gp91phox) и p22 (22 кД, ген p22phox) - мембранные компоненты комплекса; цитоплазматические компоненты - белки p47 (47 кД, ген p47phox), p67 (67 кД, ген p67phox) и p40 (рисунок 6).

Сигнальные события на клеточной поверхности приводят к связыванию ГТФ с Rac-2 в цитоплазме. Rac-2 затем связывает и стабилизирует цитоплазматический белок p67, который фосфорилируется протеинкиназой C. Фосфорилирование p47 ведёт к его взаимодействию с цитоскелетом и транслокации в мембрану. [14]

В активированном нейтрофиле мембранные белки gp91phox и p22phox взаимодействуют с цитоплазматическими компонентами комплекса - 47 кД (p47phox) и 67 кД (p67phox). Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6PD) конвертирует глюкозо-6-фосфат в 6-фосфоглюконолактон, генерируя НАДФH и H+ из НАДФ+.

Рисунок 6 - Функционирование НАДФ оксидазного комплекса

Ферментный комплекс мембраны фагосом - NADPH-оксидаза восстанавливает О2, образуя супероксидный анион:

2 О2 + NADPH → 2 O2- + NADP+ + H+

Супероксидный анион спонтанно или при участии фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода: