Fagosoma: Eigenschaften, Training und Funktionen

Ein Phagosom, auch als endozytisches Vesikel bekannt, ist ein Vesikel, das als Invagination der Plasmamembran gebildet wird, um ein phagozytiertes Partikel oder einen phagozytierten Organismus zu verschlingen. Phagozytose ist die einzige Fütterungsmethode einiger Protisten und wird auch von einigen minderwertigen Metazoen zu diesen Zwecken eingesetzt.

Bei den meisten Tieren bleibt jedoch die phagozytische Funktion einiger Zellen erhalten, sie hat jedoch keine ernährungsphysiologische Funktion mehr, um ein unspezifischer Mechanismus zum Schutz vor Krankheitserregern sowie zur Beseitigung toter oder alternder Zellen zu werden.

Das während der Phagozytose gebildete Phagosom fusioniert dann zu einem Lysosom, wodurch ein Phagolysosom entsteht. In diesem findet die Verdauung des aufgenommenen Materials statt. Auf diese Weise kann der Körper Bakterien einfangen und eliminieren. Einige von ihnen können jedoch überleben und gedeihen sogar in den Phagosomen.

Eigenschaften

Damit sich Phagosomen bilden können, müssen pathogene Organismen oder Opsonine an einen Transmembranrezeptor binden, der zufällig auf der Oberfläche von Phagozytenzellen verteilt ist.

Opsonine sind Moleküle, die als Marker dienen, z. B. Antikörper, die an Krankheitserreger binden und den Phagozytoseprozess regulieren.

Da das Phagosom als Invagination der Plasmamembran gebildet wird, hat seine Membran die gleiche Grundzusammensetzung wie die Lipiddoppelschicht.

Phagosomen haben membrangebundene Proteine, die rekrutiert und mit Lysosomen fusioniert werden müssen, um reife Phagolysosomen zu bilden

Schulung

Die Phagozytose ist ein sequentieller Prozess, der mehrere Stadien umfasst, wie: Chemotaxis, Adhäsion, Endozytose, Bildung des Phagosoms, Bildung des Phagolysosoms, Ansäuerung des Phagolysosoms, Bildung reaktiver Sauerstoffmetaboliten, Aktivierung lysosomaler Hydrolasen, Freisetzung des verdauten Materials, Bildung der Restkörper und schließlich Exozytose.

Endozytose und Phagosom

Endozytose ist der Mechanismus, durch den Partikel oder Mikroorganismen von außen nach innen gelangen. Dieser Prozess kann durch die Opsinierung der Partikel optimiert werden und erfolgt im Allgemeinen durch Rezeptoren, die sich in Bereichen der Membran befinden, die mit Clathrin beschichtet sind.

Der Prozess beinhaltet die Invagination der Plasmamembran, wodurch die phagozytische Vakuole entsteht. Die Anhaftung der Partikel oder Mikroorganismen an der Membran bewirkt die Polymerisation von Aktin sowie die Bildung von Pseudopoden. Diese Pseudopoden umgeben das einzunehmende Material und verschmelzen dahinter.

Während dieses Prozesses ist die Beteiligung mehrerer Proteine ​​wie Kinase C, Phosphoinositid-3-Kinase und Phospholipase C wichtig.Wenn die Invagination zum Stillstand kommt, bildet sich ein Vesikel oder Phagosom, das sich von der Membran abtrennt und in Richtung der in der Zelle.

Phagolysosom

Kurz nach der Phagosomenbildung kommt es zur Depolymerisation von F-Actin, das zunächst mit Phagosomen assoziiert ist. Die Membran dieser Zelle wird für frühe Endosomen zugänglich.

Dann bewegt sich das Phagosom entlang der Mikrotubuli des Zytoskeletts, während es eine Reihe von Fusions- und Spaltereignissen durchläuft, an denen verschiedene Proteine ​​wie Annexine und GTPasen rap7, rap5 und rap1 beteiligt sind.

Diese Ereignisse bewirken, dass die Phagosomenmembran und ihr Inhalt reifen und mit späten Endosomen und anschließend mit Lysosomen fusionieren, um das Phagolysosom zu bilden.

Die Geschwindigkeit, mit der Phagosom und Lysosom verschmelzen, hängt von der Art des aufgenommenen Partikels ab. In der Regel dauert dies jedoch 30 Minuten. Diese Fusion erfordert nicht unbedingt, dass die Membranen vollständig zusammengebaut sind, damit sich das Phagolysosom bildet.

In einigen Fällen wird die Vereinigung zwischen dem Phagosom und dem Lysosom durch enge wässrige Brücken erreicht. Diese Brücken erlauben nur den begrenzten Austausch des Inhalts beider Strukturen.

Restkörper

Sobald eine Hydrolyse des Partikels oder Mikroorganismus stattgefunden hat, werden die resultierenden Moleküle in das Cytosol der Zelle freigesetzt und das Abfallmaterial wird in dem Vesikel enthalten sein, das zu einem Restkörper wird.

Später wird dieses Abfallmaterial durch ein als Exozytose bezeichnetes Verfahren außerhalb der Zelle freigesetzt.

Funktionen

Beseitigung von Krankheitserregern

Die als Makrophagen und Neutrophile bekannten Phagosomen werden als professionelle Phagozyten bezeichnet und sind die Zellen, die für den größten Teil des Einfangs und auch der Beseitigung von Krankheitserregern verantwortlich sind. Diese beiden Zelltypen haben unterschiedliche Methoden zum Abbau von Bakterien.

Neutrophile produzieren toxischen Sauerstoff sowie Chlorderivate zur Abtötung von Bakterien und verwenden Proteasen und antimikrobielle Peptide. Makrophagen hängen dagegen mehr von der Ansäuerung von Phagolysosomen sowie von der Verwendung von proteolytischen und glykolytischen Enzymen zur Zerstörung von Krankheitserregern ab.

Entzündung

Der Prozess der Bildung von Phagosomen hängt mit Entzündungsprozessen durch gemeinsame Signalmoleküle zusammen. Beispielsweise sind PI-3-Kinase und Phospholipase C an der Bildung von Phagosomen beteiligt und ebenfalls wichtige Bestandteile der angeborenen Immunantwort.

Diese Proteine ​​induzieren die Produktion von proinflammatorischen Zytokinen in einem streng regulierten Prozess und deren Entzündungsreaktion von der Art der Partikel abhängt, die im Phagosom enthalten sind.

Präsentation von Antigenen

Die unreifen dendritischen Zellen sind in der Lage, den Prozess der Phagozytose pathogener Elemente durchzuführen. Die Phagosomen dieser Zellen bauen die phagozytierten Krankheitserreger nur teilweise ab.

Infolge dieses teilweisen Abbaus werden Proteinfragmente von ausreichender Größe für eine spezifische Bakterienerkennung hergestellt. Diese Fragmente sind auf den Haupthistokompatibilitätskomplex gerichtet und werden verwendet, um T-Zellen für die Immunantwort zu aktivieren.

Ernährung

Viele Protisten nutzen die Phagozytose als Fütterungsmechanismus. In einigen Fällen ist dies sogar der einzige Mechanismus zur Nährstoffgewinnung. In diesen Fällen ist die Zeit, die vergeht, bis das Nahrungspartikel im Phagosom verdaut ist, viel kürzer als bei professionellen Phagozyten.

Zelleliminierung

Phagosomen sind für die Beseitigung alter und apoptotischer Zellen als Mechanismus zur Erreichung der Gewebehomöostase verantwortlich. Beispielsweise weisen rote Blutkörperchen eine der höchsten Fluktuationsraten im Körper auf. So werden seneszierende Erythrozyten durch Makrophagen in Leber und Milz phagozytiert.