Đặc điểm thụ thể tế bào chủ và ligand của vi khuẩn
Để có thể bắt đầu xâm nhập vào tế bào chủ, O. tsutsugamushi cần tương tác với các thụ thể đặc hiệu có trên bề mặt của tế bào chủ.
Cho đến nay, các nghiên cứu về các thụ thể của tế bào vật chủ tương tác với
O. tsutsugamushi thường tập trung vào các phân tử có trên bề mặt tế bào như heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) và integrins. Đối với nhiều mầm bệnh nội bào, HSPG ở bề mặt tế bào đóng vai trò là đồng thụ thể, chúng tạo điều kiện cho sự gắn kết ban đầu của vi sinh vật với các thụ thể thứ cấp, giúp vi sinh vật xâm nhập vào tế bào chủ [43]. Đối với quá trình xâm nhiễm của O.tsutsugamushi, HSPG là đồng thụ thể, góp phần hỗ trợ tương tác của tế bào vi khuẩn với các tế bào L929 [71].
liên kết cộng hóa trị với một hoặc nhiều chuỗi heparan sulfate (HS) glycosaminoglycan (GAG), là các sulfated disaccharide polymers. Chúng được biểu hiện ở khắp nơi trên bề mặt tế bào cũng như trong chất nền ngoại bào (ECM) [43]. Việc tiền xử lý với heparan sulfate ức chế sự lây nhiễm O. tsutsugamushi vào các nguyên bào sợi L929 ở chuột [71]. Nhiều nghiên cứu về các cơ chế tương tác chỉ ra rằng O. tsutsugamushi có thể tương tác với nhóm HS của HSPGs [71]
Syndecans là các HSPG xuyên màng chính được biểu hiện trên bề mặt của hầu hết các loại tế bào động vật có vú [140]. Trong số bốn thành viên họ syndecan ở động vật có xương sống, syndecan-4 thể hiện sự phân bố rộng nhất trong các loại tế bào [140]. Syndecan-4 đóng một vai trò quan trọng trong nhiễm trùng định hướng [86]. Sự lây nhiễm của O. tsutsugamushi trong các tế bào HeLa, REF hoặc REFSyn4 bị giảm đáng kể khi O. tsutsugamushi được xử lý trước với protein lõi tái tổ hợp của syndecan-4 [86]. Do đó, bên cạnh heparin/ heparan sulfate, protein lõi của syndecan- 4 cũng có thể liên quan đến việc định hướng trung gian gắn ligand vào tế bào chủ [86]. Bên cạnh khả năng hoạt động như các đồng thụ thể phối hợp với các thụ thể tín hiệu, syndecans có khả năng truyền tín hiệu độc lập, như tương tác với protein liên kết với actin,…
O. tsutsugamushi liên kết với fibronectin của tế bào chủ thông qua kháng nguyên đặc hiệu 56-kDa (TSA56) cũng như kháng nguyên bề mặt tế bào C (ScaC) [66, 79]. O. tsutsugamushi có thể liên kết với fibronectin cố định trong ống nghiệm, và fibronectin ngoại sinh tạo điều kiện cho sự xâm nhập của vi khuẩn vào tế bào L929 [79]. TSA56, một protein màng ngoài chính, đã được chứng minh là một phối tử góp phần vào sự tương tác định hướng của vi khuẩn với fibronectin.
Vùng liên kết với fibronectin được đánh giá là hiệu quả là từ vị trí axit amin 312 đến axut amin 341 trong vùng ngoại bào của TSA56 [44]. Ngoài TSA56, gần đây các nghiên cứu đã chứng minh rằng ScaC cũng đóng vai trò trung gian gắn kết O. tsutsugamushi vào các tế bào nhưng không xâm lấn các tế bào động vật có vú không thực bào, ví dụ như các tế bào HeLa, Vero và ECV304 [66]; và fibronectin đã được
xác định là một trong những thụ thể tế bào chủ tiềm năng cho ScaC. ScaC thuộc họ autotransporter protein, có tính bảo tồn cao trong họ Rickettsiaceae [33, 66]. Một số thành viên khác trong họ protein Sca, ví dụ, Sca1, Sca2 và rOmpB (Sca5) của Rickettsia conorii cũng đã được chứng minh là trung gian định hướng gắn rickettsial với tế bào chủ [37, 38, 103, 120].
Fibronectin là một trong những thành phần chính của chất nền ngoại bào, là một glycoprotein được tiết ra dưới dạng disulfide-bonded dimer [94]. Fibronectin có liên quan đến sự kết dính và xâm nhập vào tế bào chủ của một số vi khuẩn khác, chẳng hạn như R. conorii [103], N. gonorrhoeae [73] và Bartonella henselae [52]. Fibronectin chứa một số vùng chức năng (functional domain), chẳng hạn như vùng liên kết với heparin, mô típ để tương tác với syndecans và mô típ Arg-Gly-Asp (RGD) cần thiết cho tương tác với integrins [94].
Các integrins là một họ các glycoprotein xuyên màng tạo thành các non- covalent heterodimers [105]. Các domain ngoại bào của integrins tương tác với các phối tử khác nhau, bao gồm ECM glycoprotein và các protein bề mặt, và domain tế bào chất của chúng tương tác với các thành phần của actin cytoskeleton [105]. Gần đây, người ta đã chứng minh được rằng O. tsutsugamushi đồng cứ trú với integrin a5b1 trong các tế bào HeLa và các yếu tố truyền tín hiệu integrin, bao gồm adhesion kinase, Src kinase và RhoA GTPase, có thể được kích hoạt bởi việc nhiễm O. tsutsugamushi [44]. O. tsutsugamushi ưu tiên kích hoạt RhoA GTPase thay vì Cdc42 / Rac1 [44].
Các nghiên cứu gợi ý rằng sự tương tác giữa TSA56 của O. tsutsugamushi và fibronectin của tế bào chủ có thể làm trung gian cho sự tham gia của các integrin, sau đó có thể kích hoạt các phân tử tín hiệu xuôi dòng và tạo ra sự xâm nhập của vi khuẩn vào các tế bào không thực bào [44].
Mối liên quan về sự tương tác giữa fibronectin và syndecan có liên quan đến sự gắn kết và sự hấp thu tế bào của O. tsutsugamushi hay không đến nay vẫn chưa được làm rõ. Như vậy, O. tsutsugamushi sẽ tương tác đặc hiệu với các thụ thể
fibronectin và integrin, cũng như cả HS và protein cốt lõi của syndecans để giúp vi khuẩn bám và xâm nhập vào tế bào chủ [44, 86, 91]. Bên cạnh đó, O. tsutsugamushi
cũng có khả năng phá vỡ tổ hợp truyền tín hiệu bằng cách tác động vào các integrins và syndecans để xâm chiếm một cách hiệu quả nhiều loại tế bào chủ.
Hình 1.5. Mô hình về quá trình hấp thu và vận chuyển nội bào của O. tsutsugamushi [62]
Chu trình phát triển
Sau khi gắn vào bề mặt tế bào chủ và liên kết với các thụ thể đặc hiệu nhờ các protein đặc hiệu (TSA56 và ScaC), O. tsutsugamushi thâm nhập vào bên trong tế bào nhờ trung gian clathrin, hiện tượng nhập bào xảy ra trong các tế bào ECV304, dòng tế bào nội mô ở người [47].
Các adapter nhận tín hiệu, chẳng hạn như Talin và paxillin sau đó sẽ có mặt tại vị trí nhiễm trùng [26]. Các sự kiện tín hiệu này gây ra sự xâm nhập của O. tsutsugamushi vào các tế bào không thực bào, liên quan đến con đường nhập bào qua
trung gian clathrin [47]. O. tsutsugamushi đồng liên kết với các marker nội sinh sớm EEA1 và marker nội sinh muộn LAMP2 [47]. Có giả thuyết cho rằng Hemolysin, TlyC và phospholipase D (PLD) của O. tsutsugamushi đóng vai trò kích hoạt giúp vi khuẩn thoát khỏi sự thực bào. Các phân tử kháng nguyên polysacarit NT19 được giải phóng bởi O. tsutsugamushi và đóng vai trò trong hình thành nhóm khuẩn lạc các vi khuẩn [93]
Nảy chồi từ màng tế bào vật chủ
Các vi khuẩn O. tsutsugamushi sau khi xâm nhập vào tế bào vật chủ và nhân lên trong tế bào chất. Chúng thoát ra bằng cách nảy chồi từ màng tế bào vật chủ và xâm nhập vào các tế bào liền kề. Quá trình nảy chồi này được chứng minh là phụ thuộc vào màng lipit giàu cholesterol (protein HtrA) [87], giống với sự hình thành vỏ bọc của virus. Sự hình thành của vi khuẩn ngoại bào từ màng tế bào có tác động đến cơ chế lây nhiễm tiếp theo vào các tế bào chủ xung quanh, cũng như đưa ra một chiến lược khả thi cho vi khuẩn có thể lẩn trốn khỏi hệ thống miễn dịch của vật chủ.