System sekrecji typu III i białka efektorowe chlamydii

System sekrecji typu III (T3SS) stanowi jeden z najważniejszych mechanizmów wirulencji chlamydii, umożliwiający tym obligatoryjnym patogenom wewnątrzkomórkowym skuteczną manipulację funkcjami komórki gospodarza. Dzięki temu zaawansowanemu systemowi bakterie mogą dostarczać białka efektorowe bezpośrednio do cytoplazmy komórki gospodarza oraz modyfikować środowisko wewnątrzkomórkowe zgodnie ze swoimi potrzebami metabolicznymi i przeżyciowymi¹².

Charakterystyka systemu T3SS chlamydii

System sekrecji typu III chlamydii jest uniwersalnie obecny u wszystkich przedstawicieli tego rodzaju i charakteryzuje się wysokim stopniem rozwoju oraz kompletnością². Chlamydie wykorzystują T3SS na różnych etapach zakażenia – zarówno podczas początkowego kontaktu z błoną plazmatyczną, jak i w fazie wewnątrzkomórkowej, kiedy efektory są wstrzykiwane do cytoplazmy komórki gospodarza i mogą uzyskać dostęp do innych organelli wewnątrzkomórkowych, w tym jądra³.

Już podczas wczesnych etapów zakażenia, presyntetyzowane efektory T3SS są wstrzykiwane do komórki gospodarza, z których niektóre inicjują reorganizację cytoszkieletu w celu ułatwienia internalizacji i/lub inicjują sygnalizację mitogenną w celu ustanovienia stanu anty-apoptotycznego¹. Ta wczesna manipulacja jest kluczowa dla skutecznego etablowania zakażenia.

Białka błony inkluzji (Incs)

Wśród efektorów T3SS szczególnie istotną grupę stanowią białka błony inkluzji (Incs), które są wstawiane do błony inkluzji przez cały cykl infekcyjny⁴⁵. Te białka charakteryzują się niezwykłą różnorodnością – stanowią około 5% całkowitego potencjału kodującego C. trachomatis, co podkreśla ich fundamentalne znaczenie w patogenezie.

Białka Incs mogą funkcjonować jako determinanty strukturalne błony lub jako rusztowania do interfejsu z różnymi szlakami komórkowymi gospodarza⁴. Ich funkcje molekularne dopiero zaczynają być poznawane, ale już teraz wiadomo, że odgrywają kluczową rolę w modulacji transportu wewnątrzkomórkowego, manipulacji organelli i unikaniu odpowiedzi immunologicznej.

Niektóre białka Incs są zaangażowane w sekwestrację pro-apoptotycznych białek do błony inkluzji. Na przykład, pro-apoptotyczna kinaza białkowa C (PKC) lub białko BCL-2-associated agonist of cell death (BAD) mogą być sekwestrowane do błony inkluzji odpowiednio przez diacyloglicerol lub białka Incs wiążące 14-3-3³.

Manipulacja szlaków apoptotycznych

Jednym z najważniejszych aspektów działania efektorów T3SS jest ich zdolność do blokowania apoptozy komórki gospodarza. Chlamydie mogą blokować apoptozę wewnętrzną poprzez liczne mechanizmy, w tym ubikwitynację i degradację proteazomalną białka supresorowego p53 za pośrednictwem MDM2³.

Bakterie regulują również w górę lub stabilizują białka anty-apoptotyczne, w tym BAG family molecular chaperone regulator 1 (BAG1), myeloid leukaemia cell differentiation protein 1 (MCL1) oraz cIAP2³. Te wielokierunkowe działania zapewniają bakteriom wystarczająco długi czas przeżycia komórki gospodarza, aby mogły ukończyć swój cykl rozwojowy.

W stanie utrwalenia chlamydie mogą aktywować szlaki pro-przeżyciowe i hamować apoptozę w celu zapewnienia długoterminowego przeżycia wewnątrz komórek⁶. Zdolność chlamydii do indukowania apoptozy komórki gospodarza w niektórych okolicznościach i aktywnego hamowania apoptozy w celu ukończenia swojego obligatoryjnego wzrostu wewnątrzkomórkowego była intensywnie badana przez dziesięciolecia.

Modulacja odpowiedzi immunologicznej

Efektory T3SS odgrywają kluczową rolę w modulacji wrodzonej odpowiedzi immunologicznej gospodarza. Chlamydie wykorzystują kilka mechanizmów interferowania z wrodzoną odpowiedzią immunologiczną w celu utrwalenia się wewnątrz komórki gospodarza⁷. Szlak NFκB może być modulowany przez kilka różnych białek i mechanizmów chlamydialnych, z których wszystkie mogą interferować z transkrypcją i regulacją genów mediowaną przez NFκB.

Sekrecja cytokin prozapalnych przez komórki nabłonkowe w odpowiedzi na zakażenie chlamydiami sugeruje centralną rolę komórek nabłonkowych w patogenezie chlamydialnej⁸. Zakażenie komórek nabłonkowych szyjki macicy i okrężnicy przez C. trachomatis prowadzi do regulacji w górę ekspresji mRNA i sekrecji cytokin prozapalnych IL-8, GRO alfa, GM-CSF i IL-6.

Co więcej, linie komórek nabłonkowych i pierwotne komórki nabłonkowe endocerwikalne uwalniają IL-1α po zakażeniu chlamydiami, a zwiększona sekrecja cytokin prozapalnych może być hamowana przez anty-IL-1α⁹. Sugeruje to, że IL-1α uwalniana po lizie zakażonych komórek nabłonkowych może wzmacniać odpowiedź zapalną poprzez stymulację dodatkowej produkcji cytokin przez niezakażone sąsiadujące komórki.

Pozyskiwanie składników odżywczych

System T3SS jest również kluczowy dla pozyskiwania niezbędnych składników odżywczych od komórki gospodarza. Chlamydie wykorzystują różnorodne transportery do pobierania składników odżywczych z różnych źródeł, na przykład z degradacji białek za pośrednictwem lizosomów³. Pozyskiwanie niezbędnych składników odżywczych przez inkluzje chlamydialne obejmuje selektywne przekierowanie pęcherzyków transportowych i przechwytywanie organelli wewnątrzkomórkowych¹⁰.

Wewnątrzkomórkowe przeżycie chlamydii zależy od zdolności inkluzji do hamowania fuzji z niektórymi organellami (na przykład z lizosomami), jednocześnie promując fuzję z innymi (na przykład z pęcherzykami egzocytarnymi bogatymi w składniki odżywcze)³. Ta selektywna modulacja transportu wewnątrzkomórkowego jest mediowana przez efektory T3SS.

Wpływ na ekspresję genów gospodarza

Chlamydie powodują znaczne zmiany w ekspresji genów i produkcji białek u gospodarza na poziomie transkrypcyjnym, translacyjnym i potranslacyjnym³. Te globalne zmiany w fizjologii komórki gospodarza są w dużej mierze mediowane przez efektory T3SS, które mogą bezpośrednio lub pośrednio wpływać na różne szlaki sygnalizacyjne.

Efektory mogą również uzyskiwać dostęp do jądra komórkowego, gdzie mogą bezpośrednio modulować transkrypcję genów gospodarza³. Ta zdolność do manipulowania ekspresji genów na poziomie jądrowym podkreśla zaawansowanie mechanizmów wirulencji chlamydii.

Rola w procesie ekstuzji

System T3SS odgrywa również kluczową rolę w procesie opuszczania komórki gospodarza przez bakterie. Badania wykazały, że centralna rola chlamydialnych białek sekretowanych przez T3SS w aktywnej kontroli tworzenia płaszcza aktynowego, a ekstruzja również była zależna od produktów sekretowanych przez chlamydialne T3SS¹¹.

Dane te pokazują, że tworzenie płaszcza aktynowego inkluzji jest kluczowym czynnikiem determinującym ekstruzję; zakłócenie tworzenia płaszcza prowadziło do znacznego zmniejszenia liczby produkowanych ekstruzji¹¹. Ten mechanizm jest szczególnie istotny, ponieważ sposób uwolnienia bakterii z komórki gospodarza wpływa na stopień uszkodzenia tkanek i stanu zapalnego w miejscu zakażenia.