【科技前沿】Cell Discov|西湖大学陶亮团队表明细菌毒素诱导非典型性移动性加重急性炎症

学术   2024-11-20 17:02   北京  
迁移细胞症是最近描述的一种细胞过程,它产生和释放被称为迁移体的膜结合的石榴样细胞器。细胞迁移症通常发生在细胞迁移过程中,参与多种细胞间生物学功能。
2024年11月5日,西湖大学陶亮团队在Cell Discovery在线发表题为“Bacterial toxins induce non-canonical migracytosis to aggravate acute inflammation”的研究论文,该研究认为非典型迁移细胞症是哺乳动物感知和加剧微生物感染的早期免疫反应的一种新机制。
研究阐述了一种由小的GTPase靶向毒素引起的新型移动性疾病。与典型的迁移细胞病不同,毒素诱导的迁移小体的形成不依赖于细胞迁移,因此可以发生在可移动和不可移动的细胞中。这种非典型的移动性使细胞能够迅速响应微生物刺激,如细菌毒素和效应物,并大量释放信息细胞内容物。研究证明了艰难梭菌TcdB3在体内诱导肝内皮细胞和库普弗细胞产生迁移体。此外,在毒素攻击实验中,移行细胞缺陷Tspan9-/-小鼠表现出更少的急性炎症和更低的死亡率。
大型梭菌毒素(LCTs)是梭菌产生的一类强效外毒素,包括艰难梭菌毒素TcdA和TcdB、产气荚膜梭菌毒素TpeL、索氏梭菌毒素TcsL和TcsH以及诺维氏梭菌毒素Tcnα。LCTs结合不同的细胞受体,并通过内体将其酶结构域转移到细胞质中,在细胞质中,它们通过修饰GTP结合袋中的苏氨酸残基来灭活Rho和Ras家族小GTP酶的成员。小GTP酶的失活导致肌动蛋白细胞骨架的破坏和细胞体的收缩,这在中毒或感染的细胞中很常见。20世纪90年代初,研究人员报道了LCTs诱导的两种不同的细胞病理形态学效应:TcdA和原型TcdB(称为TcdB1)具有树枝状外观(D型细胞病变效应),而TcsL和变体TcdB(后来称为TcdB 3)导致纺锤状外观(S型细胞病变效应)。毒素的底物偏好被认为是致病因素,而这些病理形态学现象的细胞原理从未被仔细分析过。艰难梭菌毒素等LCT是趋化因子和细胞因子的强效诱导剂,可在体内引起局部和系统性急性炎症。LCT如何引发急性炎症反应仍有待进一步阐明;一些研究表明,Nlrp3和Pyrin炎症小体介导的先天免疫可能参与了这些过程。

迁移体是新发现的膜结合细胞器,主要生长在细胞迁移过程中收缩纤维的尖端或交叉处。这些囊泡结构于2015年首次被描述为正常大鼠肾脏(NRK)细胞外间隙中的大石榴状囊泡。后来的研究表明,在体内和体外的各种细胞类型的收缩纤维上都存在迁移体。四跨蛋白(TSPANs)是一种定位于迁移小体和收缩纤维(RFs)的蛋白,与迁移细胞病有关。某些TSPANs如TSPAN1、TSPAN4、TSPAN7和TSPAN9的缺失或过表达强烈影响细胞的迁移小体形成能力。最近的研究也报道鞘磷脂合成酶2 (SMS2)的组装启动迁移小体的形成,而收缩纤维/微结构域富集的TSPANs和磷脂酰肌醇-二磷酸(PIP2)驱动这一过程。除了TSPANs,小麦胚芽凝集素(WGA)是一种结合唾液酸和N-乙酰-D-氨基葡萄糖的凝集素,在许多活细胞中通常用于标记迁移体和RFs。

Rho的活性对迁移体的形成至关重要(图源自Cell Discovery

迁移小体形成、成熟和释放的过程被称为“迁移细胞症”,涉及一系列生化反应和分子调控。细胞迁移可能参与多种生物学功能,包括细胞间通讯、线粒体质量控制、氧化还原信号、器官形态发生和血管生成。在此过程中,迁移体储存和释放的细胞质内容物可能对其功能起重要作用。例如,研究表明单核细胞作为“先锋”,通过迁移体沉积血管生成因子(如Cxcl12和Vegfa)提供促血管生成微环境。

研究阐述了一种由小的GTPase靶向毒素和效应物诱导的非典型类型的迁移细胞症。与典型的迁移细胞病不同,毒素诱导的迁移小体的形成不依赖于活跃的细胞运动。相反,非典型的移行性细胞增多症可能发生在活动细胞和不活动细胞中,并允许它们大量释放信息细胞内容物,作为对微生物刺激(如细菌毒素和效应物)的迅速反应。接下来,在毒素处理的小鼠中证明了毒素诱导的迁移细胞症。特别是肝窦内皮细胞(LSECs)和库普弗细胞(KCs)对艰难梭菌TcdB3易感,在体外和体内均可形成迁移细胞症。最后证明,与WT小鼠相比,在系统暴露于TcdB3时,移动性缺陷的Tspan9-/-小鼠表现出更低和延迟的免疫反应,这表明非典型移动性在毒素诱导的败血症中是突出的。

论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41421-024-00729-1

本文转载自公众号:“iNature”






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