Реципрокная модуляция выработки аммиака и меланина влияет на вирулентность криптококков.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 849 (2023) Цитировать эту статью

1367 Доступов

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Гриб Cryptococcus neoformans является возбудителем криптококкоза, заболевания, которое всегда приводит к летальному исходу, если его не лечить противогрибковыми препаратами, однако нынешние схемы лечения затрудняются токсичностью хозяина и устойчивостью патогена. Привлекательным альтернативным подходом к борьбе с этим смертельным заболеванием является прямое воздействие на механизмы вирулентности, вызываемые патогенами. C. neoformans экспрессирует множество факторов вирулентности, которые ранее изучались как изолированные объекты. Среди них уреаза, которая увеличивает рН фагосом и способствует инвазии в мозг, и меланизация, которая защищает от иммунных клеток и противогрибкового лечения. Здесь мы сообщаем о взаимной взаимозависимости между этими двумя факторами вирулентности. Клетки, гидролизующие мочевину, выделяют газообразный аммиак, который на расстоянии повышает pH и увеличивает скорость меланизации близлежащих клеток, что, в свою очередь, снижает секрецию внеклеточных везикул, несущих уреазу. Эта взаимная связь проявляется как возникающее свойство, которое может объяснить, почему нацеливание на изолированные механизмы вирулентности при разработке лекарств было трудным, и свидетельствует в пользу более целостного подхода, учитывающего совокупность вирулентности.

Факторы вирулентности – это свойства, которые придают инфекционным микробам способность повреждать и персистировать в инфицированных хозяевах, несмотря на иммунные реакции1. Хотя патогены, как правило, используют несколько факторов вирулентности, включая поверхностные покрытия, токсины и ферменты, большинство исследований сосредоточены на независимом вкладе в патогенность одного фактора без учета его вклада в совокупную вирулентность2. Механизмы взаимодействия факторов вирулентности являются относительно неизученной темой микробного патогенеза.

C. neoformans экспрессирует разнообразный набор факторов вирулентности, включая полисахаридную капсулу, выработку меланина и экспрессию различных ферментов, таких как уреаза и фосфолипаза, среди других. Полисахаридная капсула и пигмент меланин защищают от фагоцитоза и окислительных взрывов фагоцитарных клеток соответственно3,4. Уреаза является пищевым ферментом, который случайно препятствует закислению фагосом путем гидролиза мочевины с образованием аммиака5 и играет решающую роль в инвазии в мозг6,7, в то время как фосфолипаза повреждает фагосомальные мембраны макрофагов и способствует внутриклеточному выживанию8. Информации о том, как эти факторы вирулентности взаимодействуют друг с другом, мало.

Это исследование характеризует взаимодействие активности криптококковой уреазы и меланизации. Уреаза высвобождается во внеклеточных везикулах и гидролизует мочевину с образованием аммиака, который, как показано здесь, опосредует действие на расстоянии благодаря своей способности перемещаться в виде газа. Реакция меланизации зависит от pH и, таким образом, стимулируется увеличением продукции аммиака уреазой. Было обнаружено, что усиленная меланизация способствует сохранению криптококковых клеток внутри фагосом и тем самым увеличивает диссеминацию в мозге по механизму «троянского коня». Отложение меланина в клеточной стенке действует как механизм обратной связи, уменьшая выработку внеклеточных везикул и ингибируя высвобождение уреазы, связанной с везикулами. Следовательно, уреаза и меланин демонстрируют взаимную модуляцию, которая обеспечивает преимущества на разных стадиях инфекции, и эта координация и синергия факторов вирулентности приводят к фенотипическим изменениям, которые нельзя было ожидать при изучении каждого компонента в отдельности.

При анализе уреазной активности C. neoformans в быстром бульоне с мочевиной9 мы заметили, что с увеличением времени инкубации в средах в бесклеточных лунках также увеличивается pH (рис. 1а, левая панель). Измерение оптической плотности при 560 нм (А560) для каждой лунки выявило прямую линейную зависимость между изменением цвета в бесклеточной лунке и количеством клеток в соседней лунке (рис. 1а, правая панель). Чтобы определить, зависит ли это явление от активности уреазы, клетки дикого типа (WT) или клетки с дефицитом уреазы (ure1∆) выращивали в бульоне с мочевиной в одной лунке 24-луночного планшета вместе с бесклеточной средой в остальных. 23 скважины. После инкубации при 30 ˚C в течение 24 ч среда в лунке, содержащей клетки WT, и нескольких окружающих лунках меняла цвет с желтого на розовый, тогда как для планшета, содержащего клетки ure1∆, изменения цвета не наблюдалось (рис. 1б, левая панель). Сигмоидальная зависимость между A560 бесклеточной среды и расстоянием до клеток WT, продуцирующих аммиак (рис. 1b, правая панель), напоминала кривую титрования pH, для которой средней точкой является pKa. Аппроксимация данных кривой Больцмана дает среднее значение 56 мм и предполагает, что pH среды в восьми лунках на этом расстоянии увеличился по меньшей мере до 7,9, рКа фенолового красного в бульоне с мочевиной. С помощью ручного детектора газа аммиака с диапазоном 0–200 частей на миллион аммиак можно было обнаружить в течение 30 секунд для культур, выращенных в бульоне с мочевиной в течение 24 часов при 30 ˚C, с минимальной начальной плотностью клеток 2 × 106 клеток/мл. когда концентрация мочевины поддерживалась постоянной на уровне 2% (рис. 1в, левая панель) или при минимальной концентрации мочевины 0,25% и постоянной плотности клеток 1 × 108 клеток/мл (рис. 1в, правая панель). В обоих случаях совокупное количество аммиака, продуцируемого в течение 24 ч, было значительно выше, о чем свидетельствует повышение pH культуральной среды при еще более низких плотностях клеток и концентрациях мочевины (рис. 1в).