Описание морфологии клетки при фагоцитозе

Введение

Одним из важнейших защитных процессов в организме по распознаванию, изоляции и обезвреживанию носителей чужеродной генетической информации и поддержанию гомеостаза организма является фагоцитоз.
Фагоцитоз является общебиологическим неспецифическим явлением, присущим той или иной степени всем живым клеткам. Наиболее выраженной фагоцитарной и биоцидной активностью, имеющей защитное значение, обладают мононуклеарные фагоциты, представленные моноцитами, макрофагами, полиморфноядерными лейкоцитами (гранулоцитами), в частности нейтрофилами и эозинофилами. Эозинофилы, преимущественно, осуществляют внеклеточный фагоцитоз [2].
Собственно явление фагоцитоза, т.е. процесс поглощения клетками, известно с середины XIX в. В многоклеточных организмах обнаружили специальные клетки, которые способны поглощать и выводить из крови бактерии и различные чужеродные вещества. Общепризнанный вклад в изучение фагоцитоза и его роли в защитных реакциях сделал Мечников – автор фагоцитарной теории иммунитета.
Одновременно с этим Эрлих создал гуморальную теорию иммунитета, в основе которой лежит положение о том, что главную роль в защите организма играют растворимые гуморальные факторы – антитела.
Наряду с этим известно, что фагоцитоз является основанием для значительных перестроек строения и функционирования клетки. Данные явления направлены на активный захват фагоцитируемого объекта, а также на его переваривание и удаление из организма.
Вследствие этого, происходит процесс мобилизации внутренних ресурсов клетки, а также структуризация ее составляющих, в частности, цитоскелета. На основании этих изменений формируются выросты, способные захватывать объекты, перестраивается цитоплазма. Не остаются в стороне и иные органеллы.
Изучение морфологии клетки в процессе фагоцитоза является достаточно актуальной темой, т.к. знание нормы дает основу для понимания различных нарушений. С помощью данных сведений можно успешно установить звено, принимающее участие в фагоцитозе, но поврежденное какими-либо факторами.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОРФОЛОГИИ КЛЕТОК ПРИ ФАГОЦИТОЗЕ

Все фагоцитирующие клетки сходны по своим основным функциям, структуре и метаболическим процессам. Наружная плазматическая мембрана всех фагоцитов представляет собой активно функционирующую структуру, отличающуюся выраженной складчатостью и несущей множество специфических рецепторов и антигенных маркеров, постоянно обновляющихся. Фагоциты обладают высокоразвитым лизосомным аппаратом, содержащим большое количество ферментов. Активное участие лизосом в осуществлении функций фагоцитов обеспечивается с помощью способности их мембран к слиянию с мембранами фагосом или с наружной мембраной. В последнем случае происходит дегрануляция клеток и сопутствующая секреция лизосомных ферментов во внеклеточное пространство [4].
Фагоцитам обладают тремя функциями:
1) защитной, связанной с очисткой организма от инфекционных агентов, продуктов распада тканей;
2) представляющей, заключающейся в презентации антигенных эпитопов на мембране фагоцита;
3) секреторной, связанной с секрецией лизосомных ферментов и прочих биологически активных веществ – монокинов, которые играют важную роль в иммуногенезе.
Презентативная функция макрофагов заключается в фиксации на наружной мембране антигенных эпитопов микроорганизмов. В таком виде они бывают представлены макрофагами для их специфического распознавания клетками иммунной системы – Т-лимфоцитами.
Секреторная функция состоит в секреции биологически активных веществ – монокинов мононуклеарными фагоцитами. К ним относятся вещества, которые оказывают регулирующее действие на пролиферацию, дифференциацию и функции фагоцитов, лимфоцитов, фибробластов и других клеток.
Вышеперечисленные функции фагоцитирующих клеток обеспечивают их активное участие в поддержании гомеостаза организма, в процессах воспаления и регенерации, в неспецифической противоинфекционной защите, а также в иммуногенезе и реакциях специфического клеточного иммунитета (ГЗТ). Раннее вовлечение фагоцитирующих клеток в ответную реакцию на любую инфекцию или какое-либо повреждение объясняется тем, что микроорганизмы, их компоненты, продукты некроза тканей, белки сыворотки крови, вещества, которые секретируются прочими клетками, являются хемоаттрактантами для фагоцитов.

2. ИЗМЕНЕНИЯ АКТИНА (РАФФЛЫ, БЛЕББЫ, ЦИРКУЛЯРНЫЙ, ФИБРИЛЛЯРНЫЙ АКТИН) В ПРОЦЕССЕ ФАГОЦИТОЗА

На протяжении протекания процесса фагоцитоза происходит перестройка актинового цитоскелета, формирование эндоцитозных пузырьков (фагосом), их последующее созревание [10].
В покоящихся клетках (будущих фагоцитах) меньше половины актина представлена полимером (F-актином – фибриллярным), основная же его часть находится в виде неполимеризованного глобулярного G-актина

. При фагоцитозе до 90 % имеющегося актина полимеризуется с образованием филаментов в подмембранной зоне, в особенности на участке процесса.
Актиновые филаменты являются динамическими полимерами, образующимися в результате непрерывной ассоциации мономеров актина на одном конце цепи и их диссоциации на противоположном конце. Синтез филаментов актина осуществляется с участием индукторов.
Захват микроорганизма клеткой с формированием фагосомы осуществляется после его прочного прикрепления к объекту фагоцитоза путем формирования псевдоподий, в которых концентрируются актиновые микрофиламенты. Псевдоподии охватывают бактерию и сливаются друг с другом, заключая ее в мембранный пузырек (фагосому). Активность поглощения резко возрастает, если объект фагоцитоза опсонизирован – покрыт иммуноглобулинами класса G(IgG) и (или) С3b-компонентом комплемента. В таком случае клетка, плазмолемма которой содержит рецепторы к этим молекулам, взаимодействует не с собственно объектом фагоцитоза, а с иммуноглобулинами и компонентом комплемента на его поверхности (этот процесс носит название иммунного фагоцитоза).
В процессе фагоцитоза осуществляется полимеризация актина, это приводит к расширению псевдоподий, которые захватывают в последующем чужеродный объект [6].
Актин в клетке самостоятельно не активирует АТФ-азу, которая связана с миозином, а может осуществлять это действие только при наличии другого белка – кофактора. Также в цитоплазме фагоцита присутствует особый белок, который связывает нити актина в пучки – актиносвязывающий белок. Актин превращается в гель, после этого в дело вступает миозин с кофактором. Миозин и кофактор в присутствии Mg2+ и АТФ сокращают гель актина, превращая его в компактные агрегаты. Так происходит полимеризация.
В области псевдоподий актин деполимеризованный. Асимметрия F-актина возникает ещё в неполяризованных клетках при воздействии на них хемоаттрактантов и предшествует возникновению клеточной асимметрии. Снижение содержания F-актина уменьшает жесткость актинового каркаса клетки, и каркас продавливается в области, в которой произошла деполимеризация актина. Начальная реакция полимеризации актина не зависит от концентрации Ca2+ в нейтрофилах, а реакция деполимеризации актина зависит от внутриклеточного Са2+. Вторая фаза полимеризации актина зависит от концентрации внутриклеточного Са2+ и, возможно, связана с функциями фагоцита, например, с респираторным взрывом и дегрануляцией.
Вследствие поляризации и происходящей при этом реорганизации цитоскелета клетка меняет свою форму с округлой на треугольную. В сторону объекта хемотаксиса она выдвигает ламеллоподий – участок цитоплазмы, в котором мало органелл, но он содержит сеть микрофиламентов, в частности нитчатый F-актин.
В неполяризованных клетках процесс образования ламеллоподий может осуществляться по всему периметру клетки. Но в поляризованных клетках центросома и ассоциированный с ней аппарат Гольджи смещаются по направлению к передней части клетки, и данный процесс, преимущественно, происходит на переднем крае клетки. В зависимости от количества фагоцитируемых объектов, объем образующихся псевдоподий и ламеллоподий увеличивается.
Раффлами называют направленные вверх волнообразные выпячивания цитоплазмы. Они появляются в клетке в области клеточного контакта с объектом фагоцитоза и представляют собой так называемый «волнистый край». Как известно, это есть область подвижной цитоплазмы, в которой локализуется β-актин [5].
После захвата объекта фагоцитоза псевдоподиями клетки происходит погружение частицы, обусловленное сокращением нитей актина, которые концентрируются вокруг фагоцитарной чаши. Погружение формирующейся фагосомы в клетку завершается смыканием над ней мембраны, подобно застежке-молнии. По окончанию этого процесса нити актина исчезают из окружения фагосомы. Процесс разборки актиновых нитей зависит от ионов Са2+. Одномоментно с этим актиновые филаменты выстраивают нити (происходит процесс полимеризации актина), которые отходят от фагосомы внутрь клетки, и их сокращение перемещает фагосому в глубь цитоплазмы.
После окончания фагоцитоза клетка, как правило, погибает. При протекании данного процесса отмечается явление блеббинга. При этом на мембране вздуваются многочисленные пузыри, выглядит это так, будто клетка кипит. На самом деле происходит центростремительное сокращение кортикального актинового кольца за счет активации миозина II.
В то же время мембранно-актиновые связи фокально ослабляются, приводя к выталкиванию блебов в зонах, где это ослабление происходит.

3. ИЗМЕНЕНИЯ АППАРАТА ГОЛЬДЖИ В ПРОЦЕССЕ ФАГОЦИТОЗА

Комплекс Гольджи в клетке является совокупностью цистерн, пузырьков, пластинок, трубочек, мешочков