Fagocytóza

Fagocytóza (z gréčtiny) je endocytotický proces využívaný bunkami k pohlcovaniu veľkých pevných častíc (≥ 0.5 μm) z okolitého prostredia. Bunky so schopnosťou fagocytózy obalia svojou cytoplazmatickou membránou prijímanú časticu a vtiahnu ju do vnútorného prostredia bunky. Vznikne tak nová intracelulárna organela zvaná fagozóm, v ktorej sa pohltený materiál strávi.

Tento proces je evolučne starý a využívajú ho aj niektoré jednobunkové organizmy pre príjem potravy. Príkladom môžu byť koreňonožce, z nich najznámejšia je meňavka (améba). U mnohobunkových organizmov je fagocytóza nevyhnutná pre fungovanie imunitného systému. Je to hlavný mechanizmus ničenia potenciálnych patogénov a odstraňovania poškodených, senescentných a mŕtvych buniek organizmu a ich častíc.

História 
Pohlcovanie častíc bunkami prvýkrát pozoroval Élie Metchnikoff (1880, 1883) pri štúdiu vodných bezstavovcov. Taktiež si uvedomoval dôležitú úlohu tohto procesu pri odpovedi hostiteľa na zranenie alebo infekciu a pripisoval fagocytóze veľký význam v bunkovej imunite.

Rola v imunitnom systéme 
Fagocytóza je jedným z hlavných mechanizmov odpovede vrodeného imunitného systému na infekciu. Je to zároveň aj jeden zo spúšťačov adaptívnej imunitnej odpovede. Napriek tomu, že veľké množstvo buniek je schopné fagocytovať častice, existujú nejaké bunkové typy špecializujúce sa na fagocytózu, tzv. profesionálne fagocyty.

Profesionálne fagocyty 
Medzi profesionálne fagocytujúce bunky radíme hlavne neutrofily, makrofágy, monocyty, ale fagocytujú taktiež aj dendritické bunky, osteoklasty a eozinofily.

Neutrofily za fyziologických okolností cirkulujú v krvnom riečisku a v prípade zápalu vo veľkom množstve vycestujú do poškodeného tkaniva cez steny ciev. V mieste zápalu fagocytujú baktérie i ďalšie častice a následne zabíjajú pohltené patogény pomocou rôznych baktericídnych molekúl, ktoré sú prevažne skladované v granulách. Granuly obsahujú tráviace enzýmy (napr. proteázy), komponenty NADPH-oxidázy, enzýmy meniace produkty oxidačného vzplanutia na ďalšie toxické látky (napr. myeloperoxidáza) a iné. Uvedené látky sa uvoľňujú do extracelulárneho priestoru alebo do lumen fagozómu procesom degranulácie a spolu s vysokou produkciou reaktívnych kyslíkových radikálov sú veľmi mikrobicídne.

Monocyty a z nich odvodené makrofágy opúšťajú krvný obeh a presúvajú sa do tkanív, kde ako rezidentná populácia tvoria ochrannú bariéru proti infekcii.

Dendritické bunky sú taktiež rezidentmi tkanív a pohlcujú patogény fagocytózou. Ich hlavnou úlohou je dané patogény degradovať a prezentovať ich na svojom povrchu ako antigény bunkám adaptívneho imunitného systému.

Rozpoznanie častice 
Proces fagocytózy je zahájený kontaktom fagocytu s prijímanou časticou pomocou špecializovaných receptorov na povrchu bunky. Na povrchu fagocytov sa nachádza niekoľko typov receptorov, ktoré spolu vzájomne kooperujú. Cudzorodé častice, napr. patogénne mikróby, môžu byť rozpoznané priamo receptormi viažucimi molekuly neprítomné u vyšších organizmov, alebo nepriamo vďaka opsonínom. Priame rozpoznanie zabezpečujú pattern recognition receptory (PRRs), pričom táto skupina receptorov zahŕňa lektínové receptory C typu (CLR, C-type lectin receptors) alebo scavenger receptory. Medzi receptory závislé od opsonínov patria komplementové receptory alebo receptory pre Fc časť viazanej IgG protilátky.

Fagozóm 
Pohltenie častice pri fagocytóze je sprostredkované aktín-myozínovým kontraktilným systémom. Fagozóm sa formuje po fagocytovaní materiálu ako nová bunková organela. Ďalej sa pohybuje smerom k centrozómu fagocytu a fúzuje s lyzozómami, čo dáva vznik fagolyzozómu a vedie to k degradácii pohlteného materiálu. Vo fagolyzozóme dochádza ku vzniku kyslého prostredia a aktivácii enzýmov podieľajúcich sa na degradácii.

Degradácia pohlteného materiálu môže byť závislá od kyslíka alebo nezávislá od kyslíka.

Rola v odstraňovaní mŕtvych a starnúcich buniek 
Odstraňovanie buniek zomrelých v dôsledku rôznych typov bunkovej smrti, poškodených buniek, bunkového debris (t.j. zvyškov buniek a ich organel) a starnúcich buniek (napr. erytrocytov) v organizme zabezpečujú makrofágy. Proces odstraňovania apoptotických buniek sa nazýva eferocytóza (prenesene sa jedná o akési „pochovávanie mŕtvych buniek“). Typickým znakom umierajúcich/mŕtvych buniek alebo poškodeného tkaniva je prítomnosť rôznych intracelulárnych molekúl na bunkovom povrchu alebo uvoľnených v extracelulárnom prostredí. Tieto molekuly sú rozpoznávané pomocou rôznych receptorov na povrchu makrofágov. 

To, či bude bunka fagocytovaná, je kontrolované súborom „eat me“ a „come get me“ signálov exprimovaným bunkami určenými k fagocytóze alebo súborom „don't eat me“ signálov exprimovaným normálnymi bunkami.  

„Eat me“ signály umožňujúce selektívne odstránenie umierajúcich buniek sú klasifikované do dvoch hlavných kategórií, membránové „eat me“ signály a solubilné premosťujúce proteíny. Membránové „eat me“ signály majú jednu väzbovú doménu zabezpečujúcu väzbu na fagocyty. Typickým a najlepšie charakterizovaným príkladom je fosfolipid fosfatidylserín bežne sa vyskytujúci vo vnútornej vrstve cytoplazmatickej membrány. Externalizácia fosfatidylserínu, prítomnosť vo vonkajšej vrstve cytoplazmatickej membrány, je charakteristická pre apoptotické bunky a umožňuje jeho väzbu na receptory fagocytov. Aj membránové proteíny môžu fungovať ako „eat me“ signály. Proteín kalretikulín sa nachádza vo zvýšenej miere na povrchu apoptotických buniek a zabezpečuje pohltenie týchto buniek fagocytmi väzbou na ich povrchový lipoproteínový receptor LRP1 (LDL-receptor-related protein 1). 

Solubilné premosťujúce proteíny majú až dve väzbové domény – doménu viažucu receptor a PPBD doménu (phagocytosis prey-binding domain). Pomocou väzby cez PPBD domény sú solubilné „eat me“ signály prezentované na povrchu apopotických buniek. Gas6 proteín a proteín S patria medzi tieto solubilné signály, viažu sa na fosfatidylserín apoptotických buniek a interagujú s receptorom MerTK na povrchu fagocytov. Ďalšími solubilnými signálmi viažucimi sa na fosfatidylserín apoptotických buniek sú β2-GPI (β2-glycoprotein-I) a annexin I. 

Mladé a zdravé erytrocyty sa vyhýbajú fagocytóze chýbajúcou expresiou „eat me“ signálou a súčasnou expresiou „don't eat me“ signálu, proteínu CD47. Proteín CD47 je exprimovaný mnohými bunkami organizmu a je rozpoznávaný povrchovým receptorom myeloidných buniek SIRPα (signal regulatory protein alpha), ktorý prenáša signály inhibujúce fagocytózu. Expresia proteínu CD47 erytrocytmi klesá, ak sú staré a následne dochádza k ich fagocytóze.

Referencie

Pozri aj
Endocytóza
Pinocytóza

Cytológia
Imunológia