Внутриклеточная бактерия подавляет экспрессию p53 и временно берет на себя защиту ДНК клетки

У зараженных внутриклеточным патогеном клеток-хозяев часто повреждается ДНК, что стимулирует процессы, в конце концов приводящие к их гибели. На повреждение ДНК и инфекцию реагирует p53, который активирует сигнальные пути, останавливающие клеточный цикл, запускающие починку ДНК и апоптоз. Чтобы остановить эти процессы, патоген должен преодолеть активность p53, при этом предотвратить развитие геномной нестабильности и подавить программируемую гибель клетки. Пока неясно, как внутриклеточные бактерии это делают. Этот вопрос изучили авторы из США на примере Orientia tsutsugamushi.

В нормальных условиях p53 получает метку от HDM2 E3 убиквитинлигазы, что направляет его по пути деградации. При повреждении ДНК p53 стабилизируется и активирует транскрипционную программу, которая временно останавливает клеточный цикл, чтобы успеть починить ДНК. Если починить ДНК не удалось, p53 индуцирует сенесценцию, состояние постоянной остановки клеточного цикла, а затем и апоптоз. p53 также является центральным медиатором врожденного иммунитета к внутриклеточным микробам. Существует несколько механизмов преодоления противомикробного действия p53. Некоторые внутриклеточные патогены стимулируют деградацию p53, многие вирусы подавляют его трансляцию, паразит Theileria annulata блокирует транслокацию p53 в ядро. Подавление p53 микробами неоднократно связывали с опухолеобразованием.

Orientia tsutsugamushi — возбудитель заболевания, известного как лихорадка цуцугамуши (от яп. tsutsuga — болезнь и mushi — насекомое). Является облигатным внутриклеточным паразитом клещей, принадлежащих к семейству Trombiculidae. Болезнь распространена в странах Африки, Ближнего Востока и Южной Америки; для нее характерен васкулит, который может привести к гипотензивному шоку, полиорганной недостаточности и смерти. Васкулит развивается из-за того, что O. tsutsugamushi поражает эндотелиальные клетки и быстро размножается в их цитозоле. Высокая концентрация O. tsutsugamushi в эндотелиальных клетках также связана с чрезмерной воспалительной реакцией, которая дополнительно способствует развитию васкулита и других серьезных проявлений болезни. Авторы посмотрели, как этот патоген преодолевает защиту клетки со стороны p53.

Они использовали штамм O. tsutsugamushi Ikeda, изолированный у японского пациента; он вызывает серьезное заболевание у людей и гибель у лабораторных мышей. Им заражали линию клеток эндотелия сосудов человека EA.hy926 и анализировали РНК. Патоген снижал уровни экспрессии TP53 через 8, 48 и 72 часа. Подавление экспрессии TP53 изменяет экспрессию множества путей, регулируемых p53, на уровне транскрипции.

В результате снижения экспрессии TP53 уже через 4 часа почти исчезает соответствующий белок. Через 24 часа снижается экспрессия p21. Клинические изоляты UT76, Karp и Gilliam растут в клетках EA.hy926 аналогично Ikeda и подавляют экспрессию TP53 на протяжении всей инфекции.

Чтобы снизить экспрессию p53, O. tsutsugamushi не нужен HDM2. TP53 кодирует два семейства изоформ p53 через альтернативные промоторы, P1 и P2. O. tsutsugamushi предотвращает экспрессию TP53 с P1, но не с P2. Предположительно, он использует неизвестный механизм воздействия на изоформу P1 TP53 для блокирования выработки полноразмерного p53.

Через 24 часа после заражения эндотелиальные клетки начинают быстро пролиферировать, но потом перестают. Оказалось, что O. tsutsugamushi способствует остановке цикла клетки-хозяина в S-фазе во время его экспоненциальной репликации. p53 в этом процессе не задействован.

p53 индуцируется повреждением ДНК и является ключевым регулятором репарации. Фосфорилирование гистона H2.AX — отличительный признак повреждения ДНК. Уровни фосфорилированного H2.AX (ƔH2.AX) не изменяются в клетках EA.hy926, инфицированных O. tsutsugamushi, до 72 часов после инфицирования, после чего они значительно повышаются. Таким образом, O. tsutsugamushi подавляет повреждение ДНК до поздней стадии заражения. Более того, бактерия ингибирует как зависимый от повреждения ДНК, так и независимый от него апоптоз эндотелиальных клеток до поздней стадии инфицирования. То есть патоген «защищает» клетку от гибели, пока в ней не накопится достаточно бактерий, после чего клетка гибнет и бактерии выходят наружу. По-видимому, такое действие O. tsutsugamushi опосредовано активностью его нуклеомодулина Ank13.

Снижение уровня p53 бактерией стимулирует транскрипционную программу эндотелиальных клеток, которая обычно приводит к неконтролируемой пролиферации. Однако патоген модулирует этот ответ, останавливая клеточный цикл в S-фазе, используя неустановленный механизм. Возможно, O. tsutsugamushi организует паузу в S-фазе, чтобы предотвратить разрушение своего предпочтительного внутриклеточного места роста (центросомы). Кроме того, клетки в S-фазе претерпевают метаболические модификации для поддержки репликации ДНК и деления клеток — происходит обогащение аминокислотами и другими метаболитами, которые могут поглощать бактерии.

Таким образом, O. tsutsugamushi — первый пример патогена, снижающего уровень p53 в клетках-хозяевах за счет подавления транскрипции TP53. Возможно, другие внутриклеточные патогены также модулируют активность p53 и связанные с ним сигнальные пути для максимально долгого сохранения своих ниш.

Бактерии E. coli помогают своей колонии даже после смерти