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スフィンゴミエリンのトランスバイレイヤー運動は、腸内細菌を含む液胞の壊滅的な破壊に先行する
Transbilayer Movement of Sphingomyelin Precedes Catastrophic Breakage of Enterobacteria-Containing Vacuoles.
PMID: 32649908 DOI: 10.1016/j.cub.2020.05.083.
抄録
病原性細菌は、細菌含有液胞（BCV）への取り込みとその後の液胞膜の破裂を介して宿主細胞の細胞質に侵入する [1]。細菌の侵入は、細菌のリガンドに特異的な細胞質パターン認識受容体を介して直接的に、あるいは異常な状況下で表示された宿主分子、例えば損傷したBCV上の糖鎖などに結合する危険受容体を介して間接的に感知される [2-4]。グラム陽性菌であるリステリア・モノサイトゲネス（Listeria monocytogenes）による損傷とは対照的に、シゲラ・フレックスネリ（Shigella flexneri）やサルモネラ・チフィムリウム（Salmonella Typhimurium）のようなグラム陰性病原体によるBCVの破断については、まだ十分に解明されていない[5,6]。後者は、3型分泌針を宿主膜に挿入する際に直接膜損傷を引き起こす可能性があり、また、トランスロケーションされた細菌エフェクタータンパク質を介して間接的に膜損傷を引き起こす可能性がある[7-9]。ここでは、BCV膜の内腔リーフレットに豊富に存在し、通常は細胞質には存在しないスフィンゴミエリンが、グラム陰性菌によるBCV破裂の早期予測マーカーとして細胞質に露出することを報告している。細胞内スフィンゴミエリン分布をモニターするために、我々はミミズのEisenia fetida [10, 11] に由来するスフィンゴミエリン特異的毒素であるリセニンからライブスフィンゴミエリンレポーターを作製した。超解像ライブイメージングと相関光電子顕微鏡（CLEM）を用いて、BCV の破裂は 2 つの明確な連続した段階を経て進行することを発見した：まず、スフィンゴミエリンが徐々に BCV の細胞質リーフレットに移入され、それに続いて糖鎖が細胞質に暴露され、ガレクチン-8 がリクルートされ、細胞質への細菌の侵入を示す。したがって、BCV上でのスフィンゴミエリンの暴露は、切迫した細菌の侵入を細胞に警告する初期の危険信号として作用する可能性がある。
Pathogenic bacteria enter the cytosol of host cells through uptake into bacteria-containing vacuoles (BCVs) and subsequent rupture of the vacuolar membrane [1]. Bacterial invaders are sensed either directly, through cytosolic pattern-recognition receptors specific for bacterial ligands, or indirectly, through danger receptors that bind host molecules displayed in an abnormal context, for example, glycans on damaged BCVs [2-4]. In contrast to damage caused by Listeria monocytogenes, a Gram-positive bacterium, BCV rupture by Gram-negative pathogens such as Shigella flexneri or Salmonella Typhimurium remains incompletely understood [5, 6]. The latter may cause membrane damage directly, when inserting their Type Three Secretion needles into host membranes, or indirectly through translocated bacterial effector proteins [7-9]. Here, we report that sphingomyelin, an abundant lipid of the luminal leaflet of BCV membranes, and normally absent from the cytosol, becomes exposed to the cytosol as an early predictive marker of BCV rupture by Gram-negative bacteria. To monitor subcellular sphingomyelin distribution, we generated a live sphingomyelin reporter from Lysenin, a sphingomyelin-specific toxin from the earthworm Eisenia fetida [10, 11]. Using super resolution live imaging and correlative light and electron microscopy (CLEM), we discovered that BCV rupture proceeds through two distinct successive stages: first, sphingomyelin is gradually translocated into the cytosolic leaflet of the BCV, invariably followed by cytosolic exposure of glycans, which recruit galectin-8, indicating bacterial entry into the cytosol. Exposure of sphingomyelin on BCVs may therefore act as an early danger signal alerting the cell to imminent bacterial invasion.
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