Многие патогенные бактерии выделяют порообразующие токсины как мощные факторы вирулентности.
Эти токсины перфорируют мембраны клеток хозяина, вызывая лизис клеток-мишеней. Учитывая важную роль порообразующих токсинов в патогенности, клетки хозяина должны защищаться от их токсического воздействия. В одном из исследований подробно раскрывается механизм, при котором клетки-хозяева используют внеклеточные везикулы в качестве приманок, которые захватывают и "нейтрализуют" α-токсин золотистого стафилококка (также известный как α-гемолизин), чтобы избежать повреждения клеток.
Аутофагия - это эволюционно консервативный клеточный процесс, в ходе которого двухмембранные везикулы (называемые аутофагосомами) захватывают и доставляют внутриклеточный материал и вторгшиеся патогены в лизосому для деградации. Связанный с аутофагией белок ATG16L1 - это белок хозяина, который участвует в формировании аутофагосом. Авторы ранее показали, что мыши, лишенные ATG16L1 (и, следовательно, лишенные аутофагии), обладают повышенной восприимчивостью к метициллин-резистентным штаммам S. aureus, кодирующим α-токсин, что указывает на участие ATG16L1 в защите от патогена.
Бактериальный α-токсин связывается с мембранами клеток хозяина через металлопротеазу ADAM10. Авторы сообщают, что истощение ATG16L1 в линии клеток альвеолярного эпителия человека приводит к повышению уровня клеточной поверхности и общего количества ADAM10, связывая, таким образом, присутствие белка аутофагии со снижением уровня рецепторов на клеточной поверхности.
Но как механизм аутофагии снижает уровень ADAM10 на клеточной поверхности? Помимо роли в обычной аутофагии, белки ATG обладают нетрадиционными функциями, например, контролируют внеклеточную секрецию. Это, а также предыдущее открытие, что ADAM10 включается в экзосомы (эндосомные внеклеточные везикулы), заставило авторов выдвинуть гипотезу, что белки ATG индуцируют секрецию ADAM10 в экзосомах, чтобы предотвратить его накопление на поверхности клетки. Они обнаружили, что нокдаун ATG16L1 снижает общее количество ADAM10-позитивных экзосом в культуральном супернатанте, а также в крови мышей с дефицитом ATG16L1, в то время как количество ADAM10 на одну экзосому не изменяется. Этот вывод позволяет предположить, что белки ATG регулируют биогенез экзосом, а не включение субстрата в экзосомы.
Далее авторы показали, что производство экзосом индуцируется присутствием бактерий. В частности, они обнаружили, что бактериальная ДНК и CpG ДНК индуцируют биогенез экзосом. Кроме того, авторы выделили экзосомы из супернатанта клеток-доноров и сообщили, что эти экзосомы способны защищать эпителиальные клетки реципиентов, обработанные α-токсином. Напротив, экзосомы, выделенные из ATG16L1-нокаутированных клеток, не проявляли защитного эффекта. Аналогично, экзосомы, выделенные из клеток, нокаутированных ADAM10, не защищали клетки от гибели, вызванной α-токсином. Дальнейшие эксперименты показали, что токсин собирается в олигомеры на мембранах экзосом, именно такая конфигурация образует поры в мембране клетки-мишени.
Чтобы проверить защитный эффект in vivo, авторы перенесли экзосомы из мышей дикого типа или Atg16l1-дефицитных мышей в организм мышей-реципиентов и заразили животных смертельной дозой S. aureus. Передача экзосом от мышей дикого типа, но не от мутантных мышей, увеличивала выживаемость инфицированных мышей-реципиентов. Кроме того, экзосомы от мышей дикого типа повышали выживаемость Atg16l1-дефицитных мышей, что позволяет предположить, что наблюдаемая повышенная восприимчивость мутантов с дефицитом аутофагии частично обусловлена сниженной продукцией экзосом.
В целом, результаты этого исследования позволяют предположить, что экзосомы функционируют как приманки, нейтрализующие бактериальные токсины, образующие поры, чтобы защитить клетки хозяина от повреждения мембраны и лизиса. Авторы предполагают, что такие "дефенсосомы" могут формировать ранее неизвестный врожденный иммунный ответ на бактериальную инфекцию.
