パラサイトファジー

パラサイトファジー（古代ギリシャ語の para  「近くの」、kytos  「細胞」、phagy  「食べる」に由来）は、細胞が隣接する細胞から伸びた突起を飲み込む細胞プロセスです。この突起には、細胞間で活発に転送される物質が含まれている場合があります。パラサイトファジーのプロセス^{[1]は、細胞内細菌病原体である}リステリア・モノサイトゲネスの細胞間拡散の重要なステップとして最初に説明され、シゲラ・フレクスネリでもよく観察されています。パラサイトファジーにより、これらの細胞内病原体は細胞から細胞へ直接拡散し、免疫による検出と破壊を回避できます。このプロセスの研究は、真核細胞におけるアクチン 細胞骨格の役割の理解に大きく貢献しました。

アクチンは真核細胞の主要な細胞骨格タンパク質の1つです。アクチンフィラメントの重合は、細胞運動中の仮足、糸状仮足、葉状仮足の形成に関与しています。細胞は積極的にアクチンマイクロフィラメントを構築し、細胞膜を前進方向に押し進めます。^[2]

核形成因子はアクチン重合を促進し、三量体重合核の形成に寄与する。これは、アクチンフィラメントの重合プロセスを安定して効率的に開始するために必要な構造である。WASP （ウィスコット・アルドリッチ症候群タンパク質）などの核形成因子は、2つのアクチンモノマーに似ているため、重合核の形成を容易にする7つのタンパク質Arp2/3核形成複合体の形成を助ける。Arp2 / 3はアクチンフィラメントの末端（「マイナス」）をキャップすることができ、「プラス」端での重合を早めることができる。また、既存のフィラメントの側面に結合してフィラメントの分岐を促進することもできる。^[3]

細菌種リステリア・モノサイトゲネスや赤痢菌などの特定の細胞内病原体は、宿主細胞のアクチン重合を操作して細胞質を通過し、隣接する細胞に広がることができる（下記参照）。これらの細菌、特にリステリア ・アクチン集合誘導タンパク質（ActA）の研究により、WASPの作用に関する理解が深まった。ActAはWASPを模倣した核形成促進因子である。細菌の後端に極性化して発現し、Arp2/3を介したアクチン核形成を可能にする。これにより細菌は前方に押し出され、アクチンの「彗星の尾」が尾を引く。アクチン彗星の尾を使って移動する赤痢菌の場合、細菌因子はアクチン核形成を促進するために宿主細胞のWASPを動員する。^{[2] [3]}

細胞は、タンパク質の分泌、エクソソームやマイクロベシクルなどの細胞外小胞の放出、またはより直接的に隣接する細胞片を飲み込むなど、さまざまなメカニズムを通じて物質を交換できます。1つの例では、ラットPC12細胞の培養において、糸状仮足のような突起、または隣接細胞に向けられたトンネルナノチューブが、一時的な膜融合を通じて細胞小器官の輸送を促進することが示されています。^{[4]別の例では、骨髄ホーミング中に、周囲の骨の細胞が骨髄造血細胞の断片を飲み込みます。これらの骨芽細胞は膜ナノチューブを介して}造血幹前駆細胞と接触し、ドナー細胞の一部が時間の経過とともに標的骨芽細胞のさまざまなエンドサイトーシス区画に移動します。^[5]

トロゴサイトーシスと呼ばれる独特なプロセスは、免疫細胞間の脂質ラフトまたは膜パッチの交換であり、外来刺激への反応を促進することができます。^[6]さらに、エクソソームは、クロスプレゼンテーション用の抗原を送達するだけでなく、^{[7]リンパ球T活性化用の}MHCIIおよび共刺激分子も送達することが示されています。 ^[8]非免疫細胞では、ミトコンドリアを細胞間で交換して、ミトコンドリアを欠く代謝的に生存できない細胞を救済できることが実証されています。 ^[9]ミトコンドリアの移動は、がん細胞でも観察されています。^[10]

アルゴソームは基底外側上皮膜に由来し、隣接する細胞間のコミュニケーションを可能にします。アルゴソームは最初にショウジョウバエで発見され、成虫原基の上皮を通して分子を拡散させる媒体として機能します。^[11]メラノソームはフィロポディアによってメラノサイトからケラチノサイトへも輸送されます。この輸送には、Cdc42とWASPが主要な因子となる、古典的なフィロポディア形成経路が関与しています。^[12]

アルゴソーム、メラノソーム、その他の上皮細胞移動の例は、パラサイトファジーのプロセスと比較されており、これらはすべて上皮細胞間の細胞間物質移動の特殊なケースと見なすことができます。^[4]

パラサイトファジーの2つの主な例は、リステリア・モノサイトゲネスとシゲラ・フレクスネリの細胞間伝播の様式である。リステリアの場合、その過程は電子顕微鏡法^{[13]とビデオ顕微鏡法[1]}を用いて初めて詳細に記述された。以下は、主にロビンズら(1999)に基づくリステリア・モノサイトゲネスの細胞間伝播の過程の説明である: ^[1]

すでに感染している「ドナー」細胞では、リステリア菌がActA を発現し、アクチンコメットテールが形成され、細菌が細胞質中を移動する。細菌がドナー細胞膜に遭遇すると、そこから跳ね返るか、付着して外側に押し出され、膜が膨張して 3～18 μm の突起が形成される。細菌と宿主細胞膜の密接な相互作用は、膜関連タンパク質の ERM ファミリーのメンバーであるエズリンに依存していると考えられている。エズリンは、アクチンコメットテールを膜に架橋することで、アクチン推進細菌を細胞膜に付着させ、この相互作用を突起プロセス全体にわたって維持する。^[14]

感染の通常の部位は腸の円柱上皮であるため、細胞は密集しており、1 つの細胞からの細胞突起は、標的細胞膜またはドナー突起膜を破ることなく、隣接する「標的」細胞に容易に押し込まれます。この時点で、突起の先端の細菌は、後部でアクチンの重合が続くことによって「断続的な動き」を起こし始めます。7～15 分後、ドナー細胞膜が挟まれ、ATP の枯渇により断続的な動きは 15～25 分間停止します。その後、標的膜が挟まれ (30～150 秒かかります)、細菌を含む二次液胞が標的細胞の細胞質内に形成されます。

5 分以内に、二次液胞が酸性化し始め、細菌ホスホリパーゼ (PI-PLC および PC-PLC) の作用により内膜 (ドナー細胞由来) が破壊され、標的細胞が感染します。その後すぐに、細菌タンパク質リステリオリシン O ^[15]の作用により外膜が破壊され、液胞膜が穿孔されます。残留ドナー細胞由来アクチンの雲が細菌の周囲に最大 30 分間残ります。細菌が酸性化した二次液胞内にある間に、細菌メタロプロテアーゼMpl が pH 依存的に ActA を切断しますが、既存の ActA mRNA を利用して新しい ActA タンパク質を翻訳できるため、新しい ActA転写は必要ありません。細菌は運動性を取り戻し、感染が進行します。

リステリア症の最も重篤な症状は、中枢神経系（CNS）の関与によって生じます。これらの重篤でしばしば致命的な症状には、髄膜炎、菱脳炎、脳炎などがあります。これらの疾患は、細胞レベルでのリステリアの病原性メカニズムの直接的な結果です。^[16] CNSに影響を及ぼすリステリア感染は、血液、細胞内送達、神経細胞内伝播の3つの既知の経路を介して発生します。傍細胞食細胞間伝播により、リステリアは後者の2つのメカニズムによってCNSに侵入します。^[17]

末梢組織では、リステリア菌は感染した内皮細胞から単球や樹状細胞などの細胞に、傍細胞貪食性の侵入様式で侵入する。リステリア菌はこれらの貪食細胞を媒介として神経中を移動し、通常は他の細菌性病原体が到達できない組織に到達する。HIVで見られるメカニズムと同様に、血液中の感染した白血球は血液脳関門を通過し、リステリア菌を中枢神経系に運ぶ。中枢神経系に入ると、細胞から細胞への拡散が関連する損傷を引き起こし、脳炎や細菌性髄膜炎を引き起こす。リステリア菌は貪食性白血球を「トロイの木馬」^[18]として使用し、より広範囲の標的細胞にアクセスできるようになる。

ある研究では、輸液ポンプでゲンタマイシンを投与されたマウスはリステリア感染中に中枢神経系と脳の障害を示し、重篤な病原性の原因となる細菌集団が細胞内に存在し、循環する抗生物質から保護されていることが示された。^{[19] [20]}リステリアに感染したマクロファージは、遊離細菌による細胞外侵入よりも、傍細胞貪食によってより容易に感染をニューロンに伝えます。^{[21]これらの感染細胞を特異的に中枢神経系に標的とするメカニズムは現在不明です。このトロイの木馬機能は、感染した樹状細胞によって腸管から}リンパ節への感染が媒介される感染の初期段階でも観察されており、重要であると考えられています。^[22]

脳組織に到達する2つ目のメカニズムは、軸索内輸送によって達成される。このメカニズムでは、リステリア菌は神経に沿って脳に移動し、脳炎または横断性脊髄炎を引き起こす。^[23]ラットでは、リステリア菌は脊髄神経節に直接感染し、細菌は神経細胞を通って順行性だけでなく逆行性にも移動する。^[24]脳疾患に関与する特定のメカニズムはまだわかっていないが、傍細胞貪食が何らかの役割を果たしていると考えられている。細菌が効率的に神経細胞に直接感染することは示されておらず、前述のマクロファージの受け渡しがこの拡散モードに必要であると考えられている。^{[21] [25]}

パラサイトファジーのプロセスは、食作用やトロゴサイトーシスなどの類似しているが関連のないプロセスとは異なると考えられています。関連する概念には次のものがあります。

• 膜ナノチューブ
• 細胞間シグナル伝達