Jedním ze systémů nutných pro přežití bezobratlých i obratlovců je imunitní systém. Imunitní odpověď je ale energeticky náročný proces. Imunitní systém proto ovládá některé molekulární mechanismy, které zajišťují dostatečný přísun energie k imunitním buňkám při imunitní reakci. Dochází k přesmyku energie, kdy je potlačen metabolismus neimunitních tkání a ušetřená energie pak je využita imunitními buňkami. Imunitní systém se tak chová sobecky k ostatním tkáním.
Použitá a doporučená literatura:
BAJGAR, Adam, et al. Extracellular adenosine mediates a systemic metabolic switch during immune response. PLoS biology, 2015, 13.4: e1002135.
BAJGAR, Adam; DOLEŽAL, Tomáš. Extracellular adenosine modulates host-pathogen interactions through regulation of systemic metabolism during immune response in Drosophila. PLoS pathogens, 2018, 14.4: e1007022.
STRAUB, Rainer H. Insulin resistance, selfish brain, and selfish immune system: an evolutionarily positively selected program used in chronic inflammatory diseases. Arthritis research & therapy, 2014, 16.2: S4.
VANDER HEIDEN, Matthew G.; CANTLEY, Lewis C.; THOMPSON, Craig B. Understanding the Warburg effect: the metabolic requirements of cell proliferation. Science, 2009, 324.5930: 1029-1033.
ŽUBEROVÁ, Monika, et al. Increased extracellular adenosine in Drosophila that are deficient in adenosine deaminase activates a release of energy stores leading to wasting and death. Disease models & mechanisms, 2010, 3.11-12: 773-784.
One of the systems necessary for the survival of the organism is the immune system. However, the immune response is an energy-demanding process. Therefore the immune system controls some molecular mechanisms which ensure a sufficient supply of energy to immune cells during the immune response. There is a metabolic switch when the metabolism of non-immune tissues is suppressed, and the energy saved is then used by immune cells. The immune system thus behaves selfishly towards other tissues.
-
Sobecký imunitní systém používající mimobuněčný adenosin (e-Ado) ke zprostředkování metabolického přesmyku při infekci larvy octomilky Drosophila melanogaster parazitoidní vosičkou Leptopilina boulardi. Vajíčko vosičky je v hemolymfě rozpoznáno cirkulujícími hemocyty (imunitními buňkami), které aktivují nespecializované prohemocyty k namnožení a diferenciaci na specializované imunitní buňky zvané lamelocyty, jež jsou schopny obalit (enkapsulace) a zničit vajíčko. Aktivované prohemocyty přecházejí primárně pouze na glykolýzu a zvyšuje se tak jejich spotřeba glukózy. K přisvojení většího množství glukózy vyplavují mimobuněčný adenosin, který omezuje (červená značka T) příjem glukózy do vyvíjejících se tkání přes adenosinový receptor (AdoR); snížení příjmu značeno přerušovanou šipkou. Orig. T. Doležal, upraveno
-
Parazitoidní vosička Leptopilina boulardi kladoucí vajíčko do larvy octomilky. Foto T. Doležal
-
Specializované imunitní buňky – lamelocyty obklopující vajíčko parazitoida – jsou patrné díky zelenému fluorescenčnímu signálu. Vajíčko obalené lamelocyty bylo získáno pitvou z larvy infikované octomilky. Foto T. Doležal, upraveno podle: A. Bajgar a kol. (2015)
-
Vizualizace aktivity imunitních buněk – snímek octomilky v konfokálním optickém mikroskopu. Pokud fluorescenčně značené imunitní buňky pohltí (fagocytují) červeně značený materiál (barvivo senzitivní na změnu pH), změní zelenou barvu na žlutou. Foto A. Bajgar
-
Model regulace energie mimobuněčným adenosinem (e-Ado) a jeho vliv na interakci hostitel – patogen. Adenosin uvolňovaný z imunitních buněk způsobuje přes adenosinový receptor (AdoR) celkový metabolický přesmyk na úrovni organismu, který vede k vyšší koncentraci glukózy v hemolymfě potlačením jejího ukládání do energetických zásob v podobě glykogenu. Glukóza je nezbytná pro účinnou imunitní odpověď, což bylo ukázáno na efektivní fagocytóze streptokoka Streptococcus pneumoniae. Zásoby glukózy ale nejsou nevyčerpatelné a glukóza je navíc využívána také patogenem na jeho množení, když unikne imunitnímu systému např. přechodem do buňky, jako v případě bakterie Listeria monocytogenes (blíže v textu). Imunitní buňky proto později produkují enzym adenosin deaminázu, který snižuje (značka T) množství mimobuněčného adenosinu, což vede ke snížení dostupné glukózy. Podle: A. Bajgar a T. Doležal (2018)
-
Adenosinová regulační kaskáda. Při poškození tkáně z ní vytéká adenosintrifosfát (ATP) a kaskádou enzymů je přeměněn na adenosin (Ado; e-Ado – mimobuněčný adenosin). Adenosin také vzniká při metabolickém stresu buňky – např. při nedostatku energie u rychle se množících imunitních buněk s aerobní glykolýzou. Zde adenosin vzniká opět z ATP a z buňky je uvolněn nukleosidovým transportérem. Mimo buňku se poté váže na adenosinový receptor (AdoR) a spouští řadu reakcí zprostředkovávajících metabolický přesmyk. Množství adenosinu je regulováno enzymem adenosin deaminázou, jenž mění adenosin na inosin, tedy jiný nukleosid. Orig. T. Doležal, upraveno
