PHAGOLYSOSOM: EIGENSCHAFTEN, BILDUNG UND FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Das Phagolysosom ist ein zelluläres Kompartiment, das aus der Fusion eines Phagosoms mit einem Lysosom ohne Autophagie resultiert. obwohl das Phagosom vor der Fusion mit dem Lysosom auch mit einem Endosom fusionieren könnte.

Das Phagosom ist ein Kompartiment, das von einer einzelnen Membran umgeben ist, die durch Phagozytose gebildet wird. Das neu gebildete Phagosom durchläuft einen Prozess, der als Reifung bezeichnet wird und dessen Fusion mit Lysosomen beinhaltet. Dieses Phänomen erzeugt ein reifes Phagolysosom, dessen Inneres sauer und stark hydrolytisch ist.

Quelle: GrahamColm bei der englischen Wikipedia

Auf Phagozytose spezialisierte Zellen wie Makrophagen und Neutrophile zerstören Krankheitserreger, die in die Zelle gelangen, und sezernieren entzündungsfördernde Zytokine. Diese Beispiele unterstreichen die Bedeutung von Phagolysosomen.

Eigenschaften

Phagolysosomen zeichnen sich durch Folgendes aus:

- Sie haben einen sauren pH-Wert (um pH 5). Ähnlich wie bei Lysosomen und Endosomen wird der pH-Wert durch den ATPase-V-Protonenpumpenkomplex reguliert. Der saure pH-Wert schafft eine unwirtliche Umgebung für Krankheitserreger, begünstigt die Superoxiddismutation und ist der optimale pH-Wert für hydrolytische Enzyme.

Der pH-Wert in Phagolysosomen wurde mit verschiedenen Methoden bestimmt. Eine davon besteht in der Verwendung von Farbstoffen wie Acridinorange, deren Fluoreszenz vom pH-Wert abhängt.

- Hohe hydrolytische Aktivität von Enzymen, die Proteine ​​(Cathepsine), Lipide und Zucker (Beta-Galactosidase) abbauen. Beispielsweise hilft Lysozym in Makrophagen, das Peptidoglycan-Rückgrat von Bakterien abzubauen.

Ein Verfahren zum Nachweis der Enzymaktivität besteht darin, Partikel, die phagozytiert werden, mit einem Substrat zu markieren, das ihre Fluoreszenzeigenschaften nach der Katalyse ändert. Mit dieser Methode werden freie Sauerstoffradikale (ROS) gemessen.

- Explosion der Superoxidaktivität. NADPH-Oxidase ist an der Bildung von Superoxidradikalen (O ₂ ^{• -} ) beteiligt, die durch Superoxiddismutase in Wasserstoffperoxid (H ₂ O ₂ ) umgewandelt werden.

Superoxid verbindet sich auch mit Stickoxid und bildet Peroxynitrit, das eine antimikrobielle Aktivität aufweist.

Biogenese

Säugetierzellen besitzen eine große Anzahl von Zelltypen, die eine Phagozytose durchführen. Dieser Prozess beginnt mit der Wechselwirkung des Liganden auf der Oberfläche des Rezeptors. Der Ligand kann ein Bakterium oder eine apoptotische Zelle sein. Der an den Liganden gebundene Rezeptor wird in Form eines Vesikels internalisiert, das als Phagosom bezeichnet wird.

Die Internalisierung erfordert unter anderem die Aktivierung der Kinase und die Veränderung des Phospholipid-Metabolismus. Das Phagosom baut den Liganden jedoch nicht ab. Die Ausstattung des Phagosoms mit lytischer Aktivität hängt von seiner Wechselwirkung mit Lysosomen ab.

Experimentelle Hinweise deuten darauf hin, dass neu gebildete Phagosomen, die als frühe Phagosomen bezeichnet werden, bevorzugt mit Endosomen interagieren. Phagosomen exprimieren Signale, die ihre Fusion auslösen und zu Elementen des endozytischen Weges führen.

Ein Beweis dafür ist, dass frühe Phagosomen Komponenten der Plasmamembran und typische Proteine ​​von Endosomen enthalten, wie Transferrinrezeptoren (TfRs), EEA1, Rab5, Rab 7.

Die Fusion früher Phagosomen mit Lysomen kann durch ihre Proteinzusammensetzung bestätigt werden. In diesem Fall haben die Phagolysomen die Proteine ​​LAMP und Cathepsin D.

Die Regulation der Phagosomenreifung ist komplex und hängt unter anderem von Guanin-Nucleotid-Austauschproteinen (GEF), GTP-hydrolysierenden Proteinen (GAP) ab.

Eigenschaften

Phagozyten oder Zellen, die Phagozytose verursachen, werden in Phagozyten mit niedriger (nicht professioneller), mittlerer (para-professioneller) und hoher (professioneller) Phagozytosekompetenz eingeteilt. Neutrophile und Makrophagen sind professionelle Phagozyten des Immunsystems.

Diese Phagozyten sind dafür verantwortlich, apoptotische Wirtszellen einzufangen und zu zerstören, Partikel und Organismen mit pathogenem Potenzial zu kontaminieren.

Neutrophile und Makrophagen töten phagozytierte Mikroben ab. Der Tod von Mikroben wird durch eine Folge von Schritten durchgeführt, die die folgenden sind:

- Aktivierung von proteolytischen Enzymen wie Elastase. Dieses letzte Enzym ist eine Serinprotease, die am Tod vieler Arten von Bakterien beteiligt ist. Ein weiteres Protein ist Cathepsin G.

- Aktivierung des Phagozytenoxidase-Systems, eines multimeren Enzyms in der Phagolysosomenmembran. Phagozytenoxidase wird durch Stimuli wie IFN-Gamma- und TLR-Signale induziert und aktiviert. Dieses Enzym reduziert ROS unter Verwendung von NADPH als Elektronendonorsubstrat.

- Makrophagen produzieren Stickoxid durch induzierbare Stickoxidsynthase. Dieses Enzym katalysiert die Umwandlung von Arginin in Citrullin und Stickoxid, das mit Superoxid unter Bildung von Peroxynitril reagiert, einem starken Gift, das Mikroben abtötet.

Krankheiten

Es besteht ein wachsendes Interesse an der Untersuchung genetischer Erkrankungen im Zusammenhang mit Defekten der Phagozytose. Zusätzlich zu diesem Interesse wurden Bedenken hinsichtlich der Antibiotikaresistenz von Bakterien geäußert, die Möglichkeiten haben, den Tod in Phagozyten zu verhindern.

Die Untersuchung des Immunsystems und seiner Wechselwirkung mit pathogenen Mikroben wird daher die Entwicklung neuer antimikrobieller Strategien ermöglichen.

Chronische granulomatöse Erkrankung

Chronische granulomatöse Erkrankungen (CGD) sind auf einen Immundefekt zurückzuführen, der dazu führt, dass Patienten häufig an Infektionen leiden, die durch Bakterien und Pilze verursacht werden. Die häufigsten Mikroben sind Staphylococcus aureus und Arten der Gattungen Aspergillus, Klebsiella und Salmonella.

Symptome

Patienten mit CGD weisen eine entzündliche Erkrankung auf, die unter anderem durch Granulome, Kolitis, nicht infektiöse Arthritis, Osteomyelitis und perirektalen Zugang gekennzeichnet ist.

Die Entzündung wird durch einen Mangel an autophagischer Abwehr gegen Mikroben verursacht. Folglich wird IL-1beta freigesetzt und die T-Zell-Regulation ist schlecht.

CGD tritt als Folge des Mangels des Enzyms NADPH-Oxidase in Leukozyten auf. NADPH-Oxidase hat fünf Komponenten (gp91, p22, p47, p67 und p40). Die häufigste Mutation ist das CYBB-Gen, das für gp91 kodiert.

Eine weniger häufige Mutation tritt im NCF1-Gen auf, das für p47 kodiert, und die seltenste Mutation tritt im NCF2-Gen auf, das für p67 kodiert.

Behandlung

Die Krankheit wird normalerweise mit Antibiotika und Antimykotika behandelt. Die Behandlung gegen gramnegative Bakterien umfasst eine Kombination aus Ceftazidim und Carbapen. Während Pilze mit oralen Triazolen wie Itraconazol und Posaconazol behandelt werden.

Während infektionsfreier Perioden wird die Verwendung von Trimethopinsulfamethoxazol zusammen mit einem Antimykotikum wie Itraconazol empfohlen.

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