La paracitofagia (del griego antiguo para 'cerca', kytos 'célula' y phagy 'comer') es el proceso celular por el cual una célula engulle una protuberancia que se extiende desde una célula vecina. Esta protuberancia puede contener material que se transfiere activamente entre las células. El proceso de paracitofagia [1] se describió por primera vez como un paso crucial durante la propagación de célula a célula del patógeno bacteriano intracelular Listeria monocytogenes , y también se observa comúnmente en Shigella flexneri . La paracitofagia permite que estos patógenos intracelulares se propaguen directamente de célula a célula, escapando así a la detección y destrucción inmunológica . Los estudios de este proceso han contribuido significativamente a nuestra comprensión del papel del citoesqueleto de actina en las células eucariotas .
La actina es una de las principales proteínas del citoesqueleto en las células eucariotas. La polimerización de los filamentos de actina es responsable de la formación de pseudópodos , filopodios y lamelipodios durante la motilidad celular . Las células construyen activamente microfilamentos de actina que empujan la membrana celular hacia la dirección de avance. [2]
Los factores de nucleación son potenciadores de la polimerización de actina y contribuyen a la formación del núcleo de polimerización trimérico. Esta es una estructura necesaria para iniciar el proceso de polimerización del filamento de actina de una manera estable y eficiente. Los factores de nucleación como WASP (proteína del síndrome de Wiskott-Aldrich) ayudan a formar el complejo de nucleación de siete proteínas Arp2/3 , que se asemeja a dos monómeros de actina y, por lo tanto, permite una formación más fácil del núcleo de polimerización. Arp2/3 es capaz de tapar el extremo posterior ("menos") del filamento de actina, lo que permite una polimerización más rápida en el extremo "más". También puede unirse al costado de los filamentos existentes para promover la ramificación del filamento. [3]
Ciertos patógenos intracelulares, como las especies bacterianas Listeria monocytogenes y Shigella flexneri, pueden manipular la polimerización de actina de la célula huésped para desplazarse a través del citosol y propagarse a las células vecinas (véase más adelante). Los estudios de estas bacterias, especialmente de la proteína inductora del ensamblaje de actina (ActA) de Listeria , han dado como resultado una mayor comprensión de las acciones de WASP. ActA es un factor promotor de la nucleación que imita a WASP. Se expresa polarizado en el extremo posterior de la bacteria, lo que permite la nucleación de actina mediada por Arp2/3. Esto empuja a la bacteria en la dirección anterior, dejando una "cola de cometa" de actina. En el caso de Shigella , que también se desplaza utilizando una cola de cometa de actina, el factor bacteriano recluta WASP de la célula huésped para promover la nucleación de actina. [2] [3]
Las células pueden intercambiar material a través de varios mecanismos, como secretar proteínas , liberar vesículas extracelulares como exosomas o microvesículas , o engullir más directamente fragmentos de células adyacentes. En un ejemplo, se ha demostrado que las protuberancias similares a filopodios o los nanotubos de tunelización dirigidos hacia células vecinas en un cultivo de células PC12 de rata facilitan el transporte de orgánulos a través de la fusión transitoria de membranas. [4] En otro ejemplo, durante el asentamiento en la médula ósea, las células del hueso circundante engullen fragmentos de células hematopoyéticas de la médula ósea. Estos osteoblastos entran en contacto con las células madre progenitoras hematopoyéticas a través de nanotubos de membrana, y fragmentos de las células donantes se transfieren con el tiempo a varios compartimentos endocíticos de los osteoblastos objetivo. [5]
Un proceso distinto conocido como trogocitosis , el intercambio de balsas lipídicas o parches de membrana entre células inmunes, puede facilitar la respuesta a estímulos extraños. [6] Además, se ha demostrado que los exosomas no solo entregan antígenos para presentación cruzada , [7] sino también MHCII y moléculas coestimulantes para la activación de linfocitos T. [8] En células no inmunes, se ha demostrado que las mitocondrias se pueden intercambiar intercelularmente para rescatar células metabólicamente no viables que carecen de mitocondrias. [9] También se ha observado transferencia mitocondrial en células cancerosas. [10]
Los argosomas se derivan de las membranas epiteliales basolaterales y permiten la comunicación entre células adyacentes. Fueron descritos por primera vez en Drosophila melanogaster , donde actúan como vehículo para la propagación de moléculas a través de los epitelios de los discos imaginales. [11] Los melanosomas también son transferidos por filopodios desde los melanocitos a los queratinocitos. Esta transferencia implica una vía clásica de formación de filopodios, con Cdc42 y WASP como factores clave. [12]
Los argosomas, melanosomas y otros ejemplos de transferencia epitelial se han comparado con el proceso de paracitofagia, todos los cuales pueden considerarse casos especiales de transferencia de material intercelular entre células epiteliales. [4]
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Los dos principales ejemplos de paracitofagia son los modos de transmisión célula-célula de Listeria monocytogenes y Shigella flexneri . En el caso de Listeria , el proceso se describió por primera vez en detalle utilizando microscopía electrónica [13] y microscopía de vídeo. [1] A continuación se presenta una descripción del proceso de transmisión célula-célula de Listeria monocytogenes , basada principalmente en Robbins et al . (1999): [1]
En una célula "donante" ya infectada, la bacteria Listeria expresa ActA , lo que da como resultado la formación de la cola de cometa de actina y el movimiento de la bacteria por todo el citoplasma . Cuando la bacteria encuentra la membrana de la célula donante , rebotará en ella o se adherirá a ella y comenzará a empujar hacia afuera, distendiendo la membrana y formando una protuberancia de 3-18 μm. Se cree que la estrecha interacción entre la bacteria y la membrana de la célula huésped depende de Ezrin , un miembro de la familia ERM de proteínas asociadas a la membrana . Ezrin une la bacteria impulsada por actina a la membrana plasmática mediante la reticulación de la cola de cometa de actina a la membrana, y mantiene esta interacción durante todo el proceso de protuberancia. [14]
Como el sitio normal de infección es el epitelio cilíndrico intestinal , las células están muy juntas y una protrusión celular de una célula empujará fácilmente a una célula "objetivo" vecina sin romper la membrana de la célula objetivo o la membrana de la protrusión donante. En este punto, la bacteria en la punta de la protrusión comenzará a experimentar un "movimiento irregular" causado por la polimerización continua de actina en su parte posterior. Después de 7 a 15 minutos, la membrana de la célula donante se desprende y el movimiento irregular cesa durante 15 a 25 minutos debido al agotamiento de ATP. Posteriormente, la membrana objetivo se desprende (tomando 30 a 150 segundos) y la vacuola secundaria que contiene la bacteria se forma dentro del citoplasma de la célula objetivo.
En el plazo de 5 minutos, la célula diana se infecta cuando la vacuola secundaria comienza a acidificarse y la membrana interna (derivada de la célula donante) se descompone mediante la acción de las fosfolipasas bacterianas (PI-PLC y PC-PLC). Poco después, la membrana externa se descompone como resultado de las acciones de la proteína bacteriana listeriolisina O [15] que perfora la membrana vacuolar. Una nube de actina residual derivada de la célula donante persiste alrededor de la bacteria durante hasta 30 minutos. La metaloproteasa bacteriana Mpl escinde ActA de una manera dependiente del pH mientras la bacteria todavía está dentro de la vacuola secundaria acidificada, pero no se requiere una nueva transcripción de ActA ya que el ARNm de ActA preexistente se puede utilizar para traducir la nueva proteína ActA. La bacteria recupera la motilidad y la infección continúa.
Los síntomas más graves de la listeriosis resultan de la afectación del sistema nervioso central (SNC). Estos síntomas graves y a menudo fatales incluyen meningitis , rombencefalitis y encefalitis . Estas formas de enfermedad son un resultado directo de los mecanismos de patogenicidad de Listeria a nivel celular. [16] La infección por Listeria que afecta al SNC puede ocurrir a través de tres vías conocidas: a través de la sangre, a través de la administración intracelular o a través de la propagación intracelular neuronal. La propagación de célula a célula de paracitófagos ofrece a Listeria acceso al SNC por los dos últimos mecanismos. [17]
En los tejidos periféricos, Listeria puede invadir células como monocitos y células dendríticas de células endoteliales infectadas a través del modo de invasión paracitófago. Usando estas células fagocíticas como vectores, Listeria viaja a través de los nervios y llega a tejidos usualmente inaccesibles a otros patógenos bacterianos. Similar al mecanismo visto en el VIH , los leucocitos infectados en la sangre cruzan la barrera hematoencefálica y transportan Listeria al SNC. Una vez en el SNC, la propagación de célula a célula causa daño asociado que conduce a encefalitis cerebral y meningitis bacteriana. Listeria usa leucocitos fagocíticos como un " caballo de Troya " [18] para obtener acceso a una mayor variedad de células objetivo.
En un estudio, los ratones tratados con gentamicina a través de una bomba de infusión mostraron afectación del SNC y del cerebro durante la infección con Listeria , lo que indica que la población de bacterias responsables de la patogénesis grave residía dentro de las células y estaba protegida del antibiótico circulante . [19] [20] Los macrófagos infectados con Listeria transmiten la infección a las neuronas más fácilmente a través de la paracitofagia que a través de la invasión extracelular por bacterias libres. [21] Actualmente, no se conoce el mecanismo que dirige específicamente estas células infectadas al SNC. Esta función de caballo de Troya también se observa y se cree que es importante en las primeras etapas de la infección, donde la infección del intestino al ganglio linfático está mediada por células dendríticas infectadas. [22]
Un segundo mecanismo para llegar al tejido cerebral se logra a través del transporte intraaxonal. En este mecanismo, Listeria viaja a lo largo de los nervios hasta el cerebro, lo que resulta en encefalitis o mielitis transversa. [23] En ratas, los ganglios de la raíz dorsal pueden ser infectados directamente por Listeria , y las bacterias pueden moverse en dirección retrógrada y anterógrada a través de las células nerviosas. [24] Los mecanismos específicos involucrados en la enfermedad cerebral aún no se conocen, pero se cree que la paracitofagia tiene algún papel. No se ha demostrado que las bacterias infecten las células neuronales directamente de manera eficiente, y se cree que la transferencia de macrófagos descrita anteriormente es necesaria para este modo de propagación. [21] [25]
El proceso de paracitofagia se considera distinto de procesos similares pero no relacionados, como la fagocitosis y la trogocitosis . Algunos conceptos relacionados incluyen: