Neutrofilní extracelulární past

Neutrofilní extracelulární pasti (z anglického Neutrophil extracellular traps, NETs) jsou sítě tvořené rozvolněným chromatinem s nímž asociují jaderné a granulární proteiny neutrofilů. Tyto komplexní 3D sítě uvolňují neutrofily v průběhu zánětlivé reakce a slouží primárně k zachycení a imobilizaci bakterií.[1] Proces uvolnění NETs je považován za unikátní typ aktivní buněčné smrti, lišící se od apoptózy a nekrózy, nazvaný NETóza.[2]

NETóza patří společně s fagocytózou a degranulací mezi mechanismy, jimiž neutrofily napomáhají eliminaci patogenních bakterií přítomných v organismu. NETs asociují s antimikrobiálními peptidy, přítomnými v granulách neutrofilů, čímž se zvyšuje jejich lokální koncentrace a tím schopnost poškozovat bakterie. Imobilizované bakterie jsou následně fagocytovány dalšími migrujícími neutrofily nebo přítomnými makrofágy. Výzkumy z posledních let ukázali asociaci deregulované aktivace neutrofilů, s ní spojené zvýšené míry NETózy a vysoké koncentrace NETs s určitými patologiemi. V laboratorních podmínkách se sítě NET formují po aktivaci forbol-myristát acetátem (PMA), interleukinem 8 (IL-8) nebo lipopolysacharidem (LPS).

Mechanismus uvolnění neutrofilních extracelulárních pastí

Neutrofilní extracelulární sítě obklopující patogenní houbu Candida albicans v infikované myší plíci zachycené pomocí skenovací elektronové mikroskopie (SEM).[1]

Po aktivaci neutrofilů forbol-myristát acetátem (PMA) dochází k jejich sploštění, jádro ztrácí svůj tvar, jaderná membrána se rozpadá na malé vezikuly a dochází k dekondenzaci chromatinu. Společně s jadernou membránou se rozpadají i membrány granul neutrofilů, rozvolněný chromatin asociuje s antimikrobiálními peptidy a společně jsou uvolněny z buňky do mezibuněčného prostoru, kde tvoří komplexní 3D sítě.[1][2] PMA mediovaná NETóza je závislá na aktivaci protein kinázy C (PKC) a produkci volných kyslíkových radikálů (reactive oxygen species, ROS) neutrofily. Pro dekondenzace chromatinu jsou esenciální neutrofilní elastáza (NE) a myeloperoxidáza (MPO), enzymy pocházející z azurofilních granul neutrofilů. Nejdříve dochází k NE zprostředkované degradaci H1 histonu a histonů tvořících jádro nukleozomu (H2A, H2B, H3, H4), což vede k rozvolnění chromatinu, které je navíc umocněné přítomností MPO.[3] Dalším zúčastněným enzymem je peptidyl-arginin deimináza 4 (PAD4), která citrulinuje histon H3, což dále napomáhá k dekondenzaci chromatinu a následné NETóze, tedy uvolnění NETs z buňky.[4]

Složky neutrofilních extracelulárních pastí

Hlavní složkou NETs je DNA, neboli rozvolněný chromatin, který tvoří základ pro složité sítě. Inkubací NETs s DNázami a proteázami ukázalo, že pouze DNázy působí na NETs degradačním účinkem a inhibují jejich antimikrobiální funkce.[1] Schopnost vyhnout se antimikrobiálnímu působení NETs, expresí vlastních DNáz, vyvinuli určité patogenní mikroorganismy, jako například Streptococcus suis.[5][6] Patogen Actinobacillus pleuropneumoniae je schopný využít DNázy produkované S. suis při koinfekci nebo přímo DNázy svého hostitele.[7]

Na DNA tvořící základ NETs adheruje více než 30 molekul, jejichž původ je v primárních a sekundárních granulách neutrofilů.[8] Mezi hlavní enzymy a proteiny přítomné v NETs patří myeloperoxidáza, neutrofilní elastáza, katelicidiny, proteáza 3, katepsin G, laktoferin, želatináza a histony.[9]

Sebevražedná NETóza

Sebevražedná NETóza (z anglického suicidal NETosis) je nejlépe popsanou a prostudovanou formou uvolňování NETs, trvající přibližně 3-4 hodiny. Detailní mechanismus sebevražedné NETózy byl popsán již výše. Po rozpoznání patogenního mikroorganismu a aktivaci neutrofilu, dochází k poskládání NADPH oxidázy, která je esenciální pro aktivaci protein kinázy C, spouštějící signalizační kaskádu vedoucí k aktivaci PAD4. PAD4 společně s MPO a NE napomáhají rozvolnění chromatinu, jeho asociaci s antimikrobiálními peptidy z granul a následnému uvolnění komplexní sítě do extracelulárního prostoru.[10]

Vitální NETóza

Vitální NETóza (z anglického vital NETosis) byla takto pojmenována na základě pozorování, že neutrofily v určitých podmínkách po uvolnění obsahu svého jádra neumírají, ale naopak jsou schopné dále fagocytovat. V průběhu vitální NETózy nedochází k v prvních 5-60 minutách ke ztrátě integrity nukleární ani plasmatické membrány. Tento proces je navíc nezávislý na generaci ROS a na aktivaci signalizace iniciované PKC. Vitální NETóze předchází rozpoznání molekuly pomocí Toll-like receptorů (TLR) nebo receptoru pro C3 složku komplementu (C3R).[10]

Další formou vitální NETózy, kdy nedochází k omezení životnosti neutrofilů, je mechanismum kdy neutrofily namísto jaderné DNA uvolňují DNA mitochondriální. Proces formování NETs z mitochondriální DNA je indukován stimulací neutrofilů GM-CSF a následné krátké stimulace TLR4 nebo C5aR na povrchu neutrofilů. Neutrofily takto stimulované a produkující NETs navíc vykazují prodlouženou životnost v porovnání s neutrofily, které NETs neuvolňují.[11]

ApoNETóza

ApoNETóza popisuje proces simultánního spuštění NETózy a apoptózy u neutrofilů v reakci na zvyšující se dávku UV záření. ApoNETóza je nezávislá na NADPH oxidáze, ale v jejím průběhu je zapotřebí ROS generovaných v mitochondrii, aktivace efektorových kaspáz 3/7 a aktivace proteinu p38, který iniciuje expresi mnoha transkripčních faktorů.[12]

Antimikrobiální aktivita

NETs odzbrojují patogeny pomocí antimikrobiálních proteinů, např. neutrofilní elastázy, katepsinu G nebo histonů, které mají vysokou afinitu pro DNA. Vysoká lokální koncentrace antimikrobiálních látek umožňuje odstranění patogenů vně buňky, nezávisle na fagocytóze. Zároveň slouží NETs i jako mechanická bariéra, která brání jednak dalšímu rozšíření patogenních mikroorganismů, jednak i potenciálnímu poškození vlastních buněk vypouštěnými cytolytickými enzymy.[13] Samotná DNA vykazuje antimikrobiální aktivitu, neboť má schopnost neutralizovat positivně nabité ionty, narušit integritu membrány a lyzovat bakteriální buňky.[14]

Jelikož byl mechanismus uvolnění NETs objeven v souvislosti s ochrannou proti bakteriím je antibakteriální funkce nejvíce prostudovanou. NETóza se uplatňuje jak v boji proti gram-pozitivním bakteriím, jako jsou Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Clostridioides difficile, Lactobacillus rhamnosus, Mycobacteriu tuberculosis, tak proti gram-negativním bakteriím, jako jsou Escherichia coli, Shigella flexneri, Salmonella typhimurium, Yersinia, Vibrio cholerae. NETs jsou ale účinné i proti virovým, houbovým a parazitárním infekcím. Antivirální mechanismy NETs byly prokázány u viru chřipky, viru Dengue, HIV a respiračního syncyciálního viru (RSV). Mezi další probádané infekční agens proti nimž se uplatňují NETs jsou houby Candida albicans, Aspergillus fumigatus a Cryptococcus neoformans a paraziti Plasmodium falciparum a Toxoplasma gondii.[10]

Přestože původní výzkumy popsaly tvorbu NET sítí pouze ve tkáních podléhajících lokální bakteriální či kvasinkové infekci, ukázalo se, že NETs se mohou formovat i v krevním řečišti během sepse (především v plicních kapilárách a jaterních sinusoidách). Intravaskulární formace NETs je regulována pomocí krevních destiček, které rozpoznají infekci pomocí TLR4 receptoru a následně indukují NETózu. Tvorba sítí spuštěná krevními destičkami se objevuje velmi rychle, v řádu několika minut. Sítě NET utvořené v cévách pak slouží k zachycení proudících bakterií.[15]

Neutrofilní extracelulární pasti a onemocnění

Pokrok v imunofluorescenčních zobrazovacích metodách umožnil v posledních letech lepší zobrazení a kvantifikaci NETs. Spojení in vitro zobrazovacích metod s in vivo a in situ výzkumnými metodami odhalilo důležité mechanismy a funkce NETs ve fyziologických i patologických stavech.

Autoimunitní onemocnění a NETs

Zvýšená aktivace NETózy s ní spojený zvýšený výskyt NETs a porucha v jejich odbourávání přispívají k rozvoji patologického zánětu asociovaného s rozličnými autoimunitními poruchami. Mezi popsané poruchy patří například revmatoidní artritida (RA), systémový lupus erythematodes (SLE), psoriáza, dna nebo ANCA-asociovaná vaskulitida (AAV). NETs jsou zdrojem mnoha autoantigenů proti kterým se tvoří autoprotilátky nebo indukují tvorbu imunokomplexů. V případě RA se tvoří protilátky proti citrulinovaným proteinům (ACPA), protilátky proti MPO jsou detekovány u AAV a protilátky proti dvouřetězcové DNA (dsDNA) u SLE.[16]

Kardiovaskulární onemocnění a NETs

NETs byly asociovány také s rozvojem trombózy a kardiovaskulárních onemocnění. NETs vážou sérové proteiny (fibronektin, Von Willebrandův faktor) nutné pro interakci a adhezi krevních destiček (trombocytů), což následně vede k aktivaci koagulační kaskády a tvorbě krevní sraženiny (trombu). Histony přítomné v NETs zvyšují depozici fibrinu a aktivují trombocyty, jejichž prostřednictvím dochází ke zvýšení hladin trombinu, což dále podněcuje koagulaci.[17]

Reference

  1. ↑ a b c d BRINKMANN, Volker; REICHARD, Ulrike; GOOSMANN, Christian. Neutrophil Extracellular Traps Kill Bacteria. Science. 2004-03-05, roč. 303, čís. 5663, s. 1532–1535. PMID: 15001782. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0036-8075. DOI 10.1126/science.1092385. PMID 15001782. (anglicky) 
  2. ↑ a b FUCHS, Tobias A.; ABED, Ulrike; GOOSMANN, Christian. Novel cell death program leads to neutrophil extracellular traps. The Journal of Cell Biology. 2007-01-15, roč. 176, čís. 2, s. 231–241. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0021-9525. DOI 10.1083/jcb.200606027. PMID 17210947. (anglicky) 
  3. ↑ KUMAR, Sanni; GUPTA, Ena; KAUSHIK, Sanket. Neutrophil Extracellular Traps: Formation and Involvement in Disease Progression. Iranian Journal of Allergy, Asthma, and Immunology. 2018-06, roč. 17, čís. 3, s. 208–220. PMID: 29908538. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 1735-1502. PMID 29908538. 
  4. ↑ ROHRBACH, Amanda S.; SLADE, Daniel J.; THOMPSON, Paul R. Activation of PAD4 in NET formation. Frontiers in Immunology. 2012-11-29, roč. 3. PMID: 23264775 PMCID: PMC3525017. Dostupné online [cit. 2020-01-20]. ISSN 1664-3224. DOI 10.3389/fimmu.2012.00360. PMID 23264775. 
  5. ↑ DE BUHR, Nicole; NEUMANN, Ariane; JERJOMICEVA, Natalja. Streptococcus suis DNase SsnA contributes to degradation of neutrophil extracellular traps (NETs) and evasion of NET-mediated antimicrobial activity. Microbiology (Reading, England). 2014-02, roč. 160, čís. Pt 2, s. 385–395. PMID: 24222615. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 1465-2080. DOI 10.1099/mic.0.072199-0. PMID 24222615. 
  6. ↑ DE BUHR, Nicole; STEHR, Matthias; NEUMANN, Ariane. Identification of a novel DNase of Streptococcus suis (EndAsuis) important for neutrophil extracellular trap degradation during exponential growth. Microbiology (Reading, England). 2015-04, roč. 161, čís. Pt 4, s. 838–850. PMID: 25667008. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 1465-2080. DOI 10.1099/mic.0.000040. PMID 25667008. 
  7. ↑ DE BUHR, Nicole; BONILLA, Marta C.; PFEIFFER, Jessica. Degraded neutrophil extracellular traps promote the growth of Actinobacillus pleuropneumoniae. Cell Death & Disease. 2019-09-10, roč. 10, čís. 9, s. 657. PMID: 31506432 PMCID: PMC6736959. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 2041-4889. DOI 10.1038/s41419-019-1895-4. PMID 31506432. 
  8. ↑ PIRES, Ricardo H.; FELIX, Stephan B.; DELCEA, Mihaela. The architecture of neutrophil extracellular traps investigated by atomic force microscopy. Nanoscale. 2016-08-07, roč. 8, čís. 29, s. 14193–14202. PMID: 27387552. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 2040-3372. DOI 10.1039/c6nr03416k. PMID 27387552. 
  9. ↑ DE BUHR, Nicole; VON KÖCKRITZ-BLICKWEDE, Maren. How Neutrophil Extracellular Traps Become Visible. Journal of Immunology Research. 2016, roč. 2016. PMID: 27294157 PMCID: PMC4884809. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 2314-8861. DOI 10.1155/2016/4604713. PMID 27294157. 
  10. ↑ a b c DELGADO-RIZO, Vidal; MARTÍNEZ-GUZMÁN, Marco A.; IÑIGUEZ-GUTIERREZ, Liliana. Neutrophil Extracellular Traps and Its Implications in Inflammation: An Overview. Frontiers in Immunology. 2017-02-06, roč. 8. PMID: 28220120 PMCID: PMC5292617. Dostupné online [cit. 2020-01-23]. ISSN 1664-3224. DOI 10.3389/fimmu.2017.00081. PMID 28220120. 
  11. ↑ YOUSEFI, S.; MIHALACHE, C.; KOZLOWSKI, E. Viable neutrophils release mitochondrial DNA to form neutrophil extracellular traps. Cell Death and Differentiation. 2009-11, roč. 16, čís. 11, s. 1438–1444. PMID: 19609275. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 1476-5403. DOI 10.1038/cdd.2009.96. PMID 19609275. 
  12. ↑ AZZOUZ, Dhia; KHAN, Meraj A.; SWEEZEY, Neil. Two-in-one: UV radiation simultaneously induces apoptosis and NETosis. Cell Death Discovery. 2018-04-27, roč. 4. PMID: 29736268 PMCID: PMC5919968. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 2058-7716. DOI 10.1038/s41420-018-0048-3. PMID 29736268. 
  13. ↑ THOMAS, Marshall P.; WHANGBO, Jennifer; MCCROSSAN, Geoffrey. Leukocyte Protease Binding to Nucleic Acids Promotes Nuclear Localization and Cleavage of Nucleic Acid Binding Proteins. The Journal of Immunology. 2014-06-01, roč. 192, čís. 11, s. 5390–5397. PMID: 24771851. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0022-1767. DOI 10.4049/jimmunol.1303296. PMID 24771851. (anglicky) 
  14. ↑ HALVERSON, Tyler W. R.; WILTON, Mike; POON, Karen K. H. DNA is an antimicrobial component of neutrophil extracellular traps. PLoS pathogens. 2015-01, roč. 11, čís. 1, s. e1004593. PMID: 25590621 PMCID: PMC4295883. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 1553-7374. DOI 10.1371/journal.ppat.1004593. PMID 25590621. 
  15. ↑ CAUDRILLIER, Axelle; KESSENBROCK, Kai; GILLISS, Brian M. Platelets induce neutrophil extracellular traps in transfusion-related acute lung injury. The Journal of Clinical Investigation. 2012-07-02, roč. 122, čís. 7, s. 2661–2671. PMID: 22684106. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0021-9738. DOI 10.1172/JCI61303. PMID 22684106. (anglicky) 
  16. ↑ BARNADO, April; CROFFORD, Leslie J.; OATES, Jim C. At the Bedside: Neutrophil extracellular traps (NETs) as targets for biomarkers and therapies in autoimmune diseases. Journal of Leukocyte Biology. 2016-2, roč. 99, čís. 2, s. 265–278. PMID: 26658004 PMCID: PMC6608010. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0741-5400. DOI 10.1189/jlb.5BT0615-234R. PMID 26658004. 
  17. ↑ MARTINOD, Kimberly; WAGNER, Denisa D. Thrombosis: tangled up in NETs. Blood. 2014-05-01, roč. 123, čís. 18, s. 2768–2776. PMID: 24366358 PMCID: PMC4007606. Dostupné online [cit. 2020-01-24]. ISSN 0006-4971. DOI 10.1182/blood-2013-10-463646. PMID 24366358. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Neutrophil Extracellular Traps.png
Autor: Urban CF, Ermert D, Schmid M, Abu-Abed U, Goosmann C, et al. 2009 Neutrophil Extracellular Traps Contain Calprotectin, a Cytosolic Protein Complex Involved in Host Defense against Candida albicans. PLoS Pathog 5(10): e1000639. doi:10.1371/journal.ppat.1000639, Licence: CC BY 2.5
(A–C) Scanning electron microscope analysis of sections from Candida albicans infected mouse lungs 24 h after intranasal challenge. (A) Image shows a bronchiole colonized with C. albicans and infiltrated by host immune cells, b = bronchiole. (B) High resolution image of boxed area in (A) shows respiratory epithelium of the bronchiole colonized with C. albicans yeast-form (arrow) and hyphae (arrowhead). (C) High resolution image of boxed area in (B) showing neutrophil extracellular traps covering fungal surfaces (arrow). Scale bars in (A) = 100 µm, in (B) = 10 µm and in (C) = 2 µm.