Влияние нистатина на инвазию бактерий Serratia grimesii и Serratiaproteamaculans в эпителиальные клетки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. При проникновении в нефагоцитирующие клетки бактерии задействуют различные эндоцитарные пути. Для многих бактериальных патогенов было показано участие кавеол/липидных рафтов в процессе бактериальной инвазии. Однако для бактерий рода Serratia мало изучено вовлечение мембранных микродоменов в процесс интернализации бактерий.

Цель — установить участие кавеол/липидных рафтов в инвазии бактерий S. grimesii и S. proteamaculans в нефагоцитирующие эпителиоподобные клетки Caco-2 и M-HeLa с помощью нистатина.

Материалы и методы. Эпителиальные клетки M-HeLa и Caco-2 инкубировали с 50 мкмоль/л нистатина в течение 1 ч при 37 °С, после чего заражали бактериями S. grimesii штамм 30063 и S. proteamaculans штамм 94, множественность заражения составляла 100 бактерий на клетку. Количество внутриклеточных бактерий оценивали с использованием гентамицина. Уровень кавеолина-1 в клетках визуализировали с помощью конфокальной микроскопии и вестерн-блоттинга. Изменение экспрессии генов, кодирующих Toll-подобные рецепторы, измеряли методом обратной транскрипции и полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.

Результаты. Обработка эпителиальных клеток нистатином приводит к уменьшению интернализации бактерий S. grimesii и S. proteamaculans в клетки M-HeLa на 30 % и не влияет на проникновение в клетки Caco-2. При этом нистатин не оказывает влияния на перераспределение/нарушение целостности липидных рафтов, не приводит к реорганизации цитоскелета эукариотических клеток. Добавление нистатина увеличивает уровень кавеолина-1 в клетках M-HeLa (в Caco-2 кавеолин-1 не экспрессируется), что приводит к изменению текучести плазматической мембраны. Нистатин способствует секреции провоспалительных цитокинов интерлейкина-6 и интерлейкина-8 в обеих клеточных линиях. Заражение предварительно обработанных нистатином клеток M-HeLa исследуемыми бактериями приводит к увеличению экспрессии генов tlr2 и tlr4, но не превосходит уровень их экспрессии в контрольных образцах, поэтому нельзя однозначно говорить об участии Toll-подобных рецепторов в инвазии бактерий Serratia.

Заключение. Полученные данные позволяют предположить, что взаимодействие бактерий с эукариотическими клетками индуцирует экспрессию кавеолина-1, что приводит к изменению подвижности компонентов плазматической мембраны. Это может быть связано с тем, что в инвазии исследуемых бактерий участвует β1-интегрин, который должен стабилизироваться на плазматической мембране при связывании с лигандом за счет образования мембранного микроокружения, богатого холестерином и сфинголипидами.

Об авторах

Юлия Михайловна Берсон

ФГБУН «Институт цитологии Российской академии наук»

Автор, ответственный за переписку.
Email: juletschka.ber@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0548-3745
SPIN-код: 5562-1057
Scopus Author ID: 57224308883

аспирант группы молекулярной цитологии прокариот и бактериальной инвазии

Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., д. 4

Список литературы

  1. Buccini D.F., Cardoso M.H., Franco O.L. Antimicrobial peptides and cell-penetrating peptides for treating intracellular bacterial infections // Front Cell Infect Microbiol. 2020. Vol. 10. P. 612931. doi: 10.3389/fcimb.2020.612931
  2. Khanna A., Khanna M., Aggarwal A. Serratia marcescens – a rare opportunistic nosocomial pathogen and measures to limit its spread in hospitalized patients // J Clin Diagn Res. 2013. Vol. 7, N 2. P. 243–246. doi: 10.7860/JCDR/2013/5010.2737
  3. Bozhokina E.S., Tsaplina O.A., Efremova T.N., et al. Bacterial invasion of eukaryotic cells can be mediated by actin-hydrolysing metalloproteases grimelysin and protealysin // Cell Biol Int. 2011. Vol. 35, N 2. P. 111–118. doi: 10.1042/CBI20100314
  4. Efremova T., Ender N., Brudnaja M., et al. Specific invasion of transformed cells by Escherichia coli A2 strain // Cell Biol Int. 2001. Vol. 25, N 6. P. 557–561. doi: 10.1006/cbir.2001.0670
  5. de Laurentiis A., Donovan L., Arcaro A.L. Lipid rafts and caveolae in signaling by growth factor receptors // Open Biochem J. 2007. Vol. 1. P. 12–32. doi: 10.2174/1874091X00701010012
  6. Bagam P., Singh D.P., Inda M.E., Batra S. Unraveling the role of membrane microdomains during microbial infections // Cell Biol Toxicol. 2017. Vol. 33, N 5. P. 429–455. doi: 10.1007/s10565-017-9386-9
  7. Monjarás Feria J., Valvano M.A. An overview of anti-eukaryotic T6SS effectors // Front Cell Infect Microbiol. 2020. Vol. 10. P. 584751. doi: 10.3389/fcimb.2020.584751
  8. Machado F.S., Rodriguez N.E., Adesse D., et al. Recent developments in the interactions between caveolin and pathogens // Adv Exp Med Biol, 2012. Vol. 729. P. 65–82. doi: 10.1007/978-1-4614-1222-9_5
  9. Konkel M.E., Samuelson D.R., Eucker T.P., et al. Invasion of epithelial cells by Campylobacter jejuni is independent of caveolae // Cell Commun Signal. 2013. Vol. 11. P. 100. doi: 10.1186/1478-811X-11-100
  10. Eierhoff T., Bastian B., Thuenauer R., et al. A lipid zipper triggers bacterial invasion // Proc Natl Acad Sci USA. 2014. Vol. 111, N 35. P. 12895–12900. doi: 10.1073/pnas.1402637111
  11. Ishii M., Fukuoka Y., Deguchi S., et al. Energy-dependent endocytosis is involved in the absorption of indomethacin nanoparticles in the small intestine // Int J Mol Sci. 2019. Vol. 20, N 3. P. 476. doi: 10.3390/ijms20030476
  12. Kruger K., Schrader K., Klempt M. Cellular response to titanium dioxide nanoparticles in intestinal epithelial Caco-2 cells is dependent on endocytosis-associated structures and mediated by EGFR // Nanomaterials (Basel). 2017. Vol. 7, N 4. P. 79. doi: 10.3390/nano7040079
  13. Zhu X.D., Zhuang Y., Ben J.J., et al. Caveolae-dependent endocytosis is required for class A macrophage scavenger receptor-mediated apoptosis in macrophages // J Biol Chem. 2011. Vol. 286, N 10. P. 8231–8239. doi: 10.1074/jbc.M110.145888
  14. Rosello-Busquets C., Hernaiz-Llorens M., Soriano E., Martínez-Mármol R. Nystatin regulates axonal extension and regeneration by modifying the levels of nitric oxide // Front Mol Neurosci. 2020. Vol. 13. P. 56. doi: 10.3389/fnmol.2020.00056
  15. Tsai Y.H., Chen W.L. Host lipid rafts as the gates for listeria monocytogenes infection: a mini-review // Front Immunol. 2020. Vol. 11. P. 1666. doi: 10.3389/fimmu.2020.01666
  16. Zaas D.W., Duncan M., Rae Wright J., Abraham S.N. The role of lipid rafts in the pathogenesis of bacterial infections // Biochim Biophys Acta. 2005. Vol. 1746, N 3. P. 305–313. doi: 10.1016/j.bbamcr.2005.10.003
  17. Chaudhary N., Gomez G.A., Howes M.T., et al. Endocytic crosstalk: cavins, caveolins, and caveolae regulate clathrin-independent endocytosis // PLoS Biol. 2014. Vol. 12, N 4. P. e1001832. doi: 10.1371/journal.pbio.1001832
  18. Silva L.N.D., Garcia I.J.P., Valadares J.M.M., et al. Evaluation of cardiotonic steroid modulation of cellular cholesterol and phospholipid // J Membr Biol. 2021. Vol. 254, N 5–6. P. 499–512. doi: 10.1007/s00232-021-00203-z
  19. Lim J.Y., Barnett T.C., Bastiani M., et al. Caveolin 1 restricts Group A Streptococcus invasion of nonphagocytic host cells // Cell Microbiol. 2017. Vol. 19, N 12. doi: 10.1111/cmi.12772
  20. Fadeyibi O., Rybalchenko N., Mabry S., et al. The Role of lipid rafts and membrane androgen receptors in androgen’s neurotoxic effects // J Endocr Soc. 2022. Vol. 6, N 5. P. bvac030. doi: 10.1210/jendso/bvac030
  21. Foster L.J., De Hoog C.L., Mann M.C.L. Unbiased quantitative proteomics of lipid rafts reveals high specificity for signaling factors // Proc Natl Acad Sci USA. 2003. Vol. 100, N 10. P. 5813–5818. doi: 10.1073/pnas.0631608100
  22. Lamberti Y., Alvarez Hayes J., Perez Vidakovics M.L., Rodriguez M.E. Cholesterol-dependent attachment of human respiratory cells by Bordetella pertussis // FEMS Immunol Med Microbiol. 2009. Vol. 56, N 2. P. 143–150. doi: 10.1111/j.1574-695X.2009.00557.x
  23. Berson Y., Khaitlina S., Tsaplina O. Involvement of lipid rafts in the invasion of opportunistic bacteria serratia into eukaryotic cells // Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, N 10. P. 9029. doi: 10.3390/ijms24109029
  24. Pridmore A.C., Jarvis G.A., John C.M., et al. Activation of toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4/MD2 by Neisseria is independent of capsule and lipooligosaccharide (LOS) sialylation but varies widely among LOS from different strains // Infect Immun. 2003. Vol. 71, N 7. P. 3901–3908. doi: 10.1128/IAI.71.7.3901-3908.2003
  25. Furrie E., Macfarlane S., Thomson G., et al. Toll-like receptors-2, -3 and -4 expression patterns on human colon and their regulation by mucosal-associated bacteria // Immunology. 2005. Vol. 115, N 4. P. 565–574. doi: 10.1111/j.1365-2567.2005.02200.x
  26. Amemiya K., Dankmeyer J.L., Bernhards R.C., et al. Activation of toll-like receptors by live gram-negative bacterial pathogens reveals mitigation of TLR4 responses and activation of TLR5 by flagella // Front Cell Infect Microbiol. 2021. Vol. 11. P. 745325. doi: 10.3389/fcimb.2021.745325
  27. Hellwing C., Schoeniger A., Roessler C., et al. Lipid raft localization of TLR2 and its co-receptors is independent of membrane lipid composition // Peer J. 2018. Vol. 6. P. e4212. doi: 10.7717/peerj.4212
  28. Triantafilou M., Miyake K., Golenbock D.T., Triantafilou K. Mediators of innate immune recognition of bacteria concentrate in lipid rafts and facilitate lipopolysaccharide-induced cell activation // J Cell Sci. 2002. Vol. 115, N Pt 12. P. 2603–2611. doi: 10.1242/jcs.115.12.2603
  29. Wong S.W., Kwon M.J., Choi A.M., et al. Fatty acids modulate Toll-like receptor 4 activation through regulation of receptor dimerization and recruitment into lipid rafts in a reactive oxygen species-dependent manner // J Biol Chem. 2009. Vol. 284, N 40. P. 27384–27392. doi: 10.1074/jbc.M109.044065
  30. Soong G., Reddy B., Sokol S., et al. TLR2 is mobilized into an apical lipid raft receptor complex to signal infection in airway epithelial cells // J Clin Invest. 2004. Vol. 113, N 10. P. 1482–1489. doi: 10.1172/JCI20773
  31. Salyer A.C., Caruso G., Khetani K.K., et al. Identification of adjuvantic activity of amphotericin B in a novel, multiplexed, poly-TLR/NLR high-throughput screen // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 2. P. e0149848. doi: 10.1371/journal.pone.0149848
  32. Razonable R.R., Henault M., Watson H.L., Paya C.V. Nystatin induces secretion of interleukin (IL)-1beta, IL-8, and tumor necrosis factor alpha by a toll-like receptor-dependent mechanism // Antimicrob Agents Chemother. 2005. Vol. 49, N 8. P. 3546–3549. doi: 10.1128/AAC.49.8.3546-3549.2005
  33. Song J., Bishop B.L., Li G., et al. TLR4-initiated and cAMP-mediated abrogation of bacterial invasion of the bladder // Cell Host Microbe. 2007. Vol. 1, N 4. P. 287–298. doi: 10.1016/j.chom.2007.05.007
  34. Mittal R., Debs L.H., Patel A.P., et al. Otopathogenic Staphylococcus aureus invades human middle ear epithelial cells primarily through cholesterol dependent pathway // Sci Rep. 2019. Vol. 9, N 1. P. 10777. doi: 10.1038/s41598-019-47079-7
  35. Goluszko P., Nowicki B. Membrane cholesterol: a crucial molecule affecting interactions of microbial pathogens with mammalian cells // Infect Immun. 2005. Vol. 73, N 12. P. 7791–7796. doi: 10.1128/IAI.73.12.7791-7796.2005
  36. Harush-Frenkel O., Rozentur E., Benita S., Altschuler Y. Surface charge of nanoparticles determines their endocytic and transcytotic pathway in polarized MDCK cells // Biomacromolecules. 2008. Vol. 9, N 2. P. 435–443. doi: 10.1021/bm700535p
  37. Zemljic Jokhadar S., Božič B., Kristanc L., Gomišček G. Osmotic effects induced by pore-forming agent nystatin: from lipid vesicles to the cell // PLoS One. 2016. Vol. 11, N 10. P. e0165098. doi: 10.1371/journal.pone.0165098
  38. Zhang X., Li T., Chen X., et al. Nystatin enhances the immune response against Candida albicans and protects the ultrastructure of the vaginal epithelium in a rat model of vulvovaginal candidiasis // BMC Microbiol. 2018. Vol. 18, N 1. P. 166. doi: 10.1186/s12866-018-1316-3
  39. Cai C., Zhu H., Chen J. Overexpression of caveolin-1 increases plasma membrane fluidity and reduces P-glycoprotein function in Hs578T/Dox // Biochem Biophys Res Commun. 2004. Vol. 320, N 3. P. 868–874. doi: 10.1016/j.bbrc.2004.06.030
  40. Hoffmann C., Berking A., Agerer F., et al. Caveolin limits membrane microdomain mobility and integrin-mediated uptake of fibronectin-binding pathogens // J Cell Sci. 2010. Vol. 123, N 24. P. 4280–4291. doi: 10.1242/jcs.064006
  41. Bonazzi M., Veiga E., Pizarro-Cerdá J., Cossart P. Successive post-translational modifications of E-cadherin are required for InlA-mediated internalization of Listeria monocytogenes // Cell Microbiol. 2008. Vol. 10, N 11. P. 2208–2222. doi: 10.1111/j.1462-5822.2008.01200.x
  42. Tsaplina O., Bozhokina E. Bacterial outer membrane protein ompx regulates beta1 integrin and epidermal growth factor receptor (EGFR) involved in invasion of M-HeLa cells by Serratia proteamaculans // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 24. P. 13246. doi: 10.3390/ijms222413246

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Количество внутриклеточных бактерий в клетках Caco-2 и M-HeLa, предварительно инкубированных с 50 мкмоль/л нистатина в течение 1 ч, относительно контрольных клеток, прединкубированных с фосфатно-солевым раствором Дульбекко (контроль). Показаны средние значения и стандартные отклонения. * p < 0,05

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Конфокальная флуоресцентная микроскопия клеток M-HeLa без бактерий и после двухчасовой инкубации с S. grimesii и S. proteamaculans. Ядра окрашены 4,6-диамино-2-фенилиндолом (черный), кавеолин — непрямая иммунофлуоресценция (белый)

Скачать (403KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспрессия кавеолина-1 в клетках Caco-2 и M-HeLa, предварительно инкубированных с 50 мкмоль/л нистатина (+) или фосфатно-солевым раствором Дульбекко (–), детектирована с помощью вестерн-блоттинга (a). Количество внутриклеточных бактерий, приходящихся на 1 клетку M-HeLa, которые предварительно инкубировали с 50 мкмоль/л нистатина или фосфатно-солевым раствором Дульбекко (контроль), после чего к ним добавляли бактерии в среде DMEM или DMEM, содержащей 0,05 % Tween20. Показаны средние значения и стандартные отклонения. * p < 0,05 (относительно соответствующих контрольных образцов) (b).

Скачать (136KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Конфокальная флуоресцентная микроскопия липидных рафтов. Изображение клеток Caco-2 (a) и M-HeLa (b), инкубированных с 50 мкмоль/л нистатина при 37 °C в течение 1 ч. GM1 окрашивали CTxB-FITC (белый), ядра клеток окрашены 4,6-диамино-2-фенилиндолом (черный)

Скачать (305KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Конфокальная флуоресцентная микроскопия клеток Caco-2 (a) и M-HeLa (b), визуализирующая цитоскелет эпителиальных клеток, обработанных 50 мкмоль/л нистатина или фосфатно-солевого раствора Дульбекко в течение 1 ч. Ядра окрашены 4,6-диамино-2-фенилиндолом (синий), F-актин окрашен RF (красный), α-тубулин — непрямая иммунофлуоресценция (зеленый)

Скачать (1MB)
Метаданные
7. Рис. 6. Относительная продукция цитокинов — интерлейкинов-6 и -8 клетками M-HeLa и Caco-2 после часовой инкубации с 50 мкмоль/л нистатина. К контрольным клеткам добавляли соответствующее количество фосфатно-солевого раствора Дульбекко. Показаны средние значения и стандартные отклонения. Статистически значимые различия между контрольной и обработанной группами отмечены звездочками: * p < 0,05, *** p < 0,005

Скачать (211KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Относительная нормализованная (на β-актин) экспрессия генов, кодирующих TLR2 и TLR4. Клетки Caco-2 и M-HeLa инкубировали с 50 мкмоль/л нистатина или DPBS (контроль) в течение 1 ч (a). Клетки M-HeLa инкубировали с 50 мкмоль/л нистатина или фосфатно-солевым раствором Дульбекко (контроль) в течение 1 ч, а затем проводили бактериальную инвазию (множественность заражения 100) (b)

Скачать (190KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».