ATG7 e ATG14 restringem a replicação citosólica e fagossômica do Mycobacterium tuberculosis em macrófagos humanos

Nature Microbiology volume 8, páginas 803–818 (2023) Cite este artigo

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A autofagia é um mecanismo celular de defesa inata-imune contra microrganismos intracelulares, incluindo o Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Como a autofagia canônica e não canônica funciona para controlar a infecção por Mtb nos fagossomas e no citosol permanece sem solução. Os macrófagos são a principal célula hospedeira em humanos para Mtb. Aqui, estudamos as contribuições da autofagia canônica e não canônica nos macrófagos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas geneticamente por humanos (iPSDM), usando um conjunto de mutantes Mtb gerados no mesmo background genético da cepa comum de laboratório H37Rv. Monitoramos a replicação de mutantes Mtb que são incapazes de desencadear a autofagia canônica (Mtb ΔesxBA) ou supostamente incapazes de bloquear a autofagia não canônica (Mtb ΔcpsA) em iPSDM sem ATG7 ou ATG14 usando imagem de alto conteúdo de célula única. Relatamos que a exclusão de ATG7 por CRISPR-Cas9 em iPSDM resultou em aumento da replicação de Mtb de tipo selvagem, mas não de Mtb ΔesxBA ou Mtb ΔcpsA. Mostramos que a deleção de ATG14 resultou no aumento da replicação do tipo selvagem Mtb e do mutante Mtb ΔesxBA. Usando repórteres Mtb e imagens quantitativas, identificamos um papel para ATG14 na regulação da fusão de fagossomas contendo Mtb com lisossomos, permitindo assim a restrição de bactérias intracelulares. Concluímos que ATG7 e ATG14 são necessários para restringir a replicação de Mtb em macrófagos humanos.

Duas vias principais de autofagia foram implicadas na defesa do hospedeiro contra patógenos intracelulares: a via canônica da xenofagia1,2,3 e uma via não canônica denominada fagocitose associada a LC3 (LAP)4,5. A xenofagia é uma forma especializada de macroautofagia na qual a biogênese do autofagossomo de novo captura bactérias em autofagossomos de membrana dupla que são direcionados aos lisossomos6. A ruptura de bactérias contendo fagossomos desencadeia a exposição de porções luminais de carboidratos ao citosol que são reconhecidas por galectinas para iniciar a xenofagia7,8. A xenofagia também pode ser iniciada pela ubiquitinação de proteínas do hospedeiro e do patógeno e lipopolissacarídeo durante o dano à membrana, bem como após o escape de bactérias para o citosol9,10. No LAP, os membros da família Atg8 de proteínas de autofagia são conjugados diretamente a membranas fagossômicas únicas para permitir a maturação do fagossoma4. Foi demonstrado que o direcionamento de patógenos para LAP tem resultados diferentes; em alguns casos é restritivo, mas em outros casos promove a replicação bacteriana5. Mecanicamente, LAP requer a maquinaria de lipidação LC3 de Atg7, Atg3 e Atg5-12-16L1, bem como o complexo PI3K (Beclin1, UVRAG, Rubicon, Vps34 e Atg101) e a geração de espécies reativas de oxigênio (ROS) pela NADPH oxidase . O LAP não requer os componentes do complexo ULK1 nem Atg14, ambos essenciais para a xenofagia11. Apesar dos avanços recentes, a regulação espacial e temporal entre as respostas de autofagia canônica (xenofagia) e não canônica (LAP) durante a infecção por patógenos intracelulares permanece pouco caracterizada em macrófagos humanos.

Há evidências de que a xenofagia e o LAP desempenham um papel na resposta dos macrófagos do hospedeiro à infecção por Mycobacterium tuberculosis (Mtb)2,12. Por outro lado, o Mtb entrega vários efetores bacterianos nas células hospedeiras que interferem na autofagia13. Além disso, o Mtb danifica a membrana fagossomal e entra no citosol do hospedeiro através da ação coordenada do Sistema de Secreção ESX-1 Tipo 7 (T7SS) codificado na região de diferença 1 (RD1)14,15,16 e os lipídios da parede celular ftiocerol dimicocerosato (PDIM)17,18,19,20. O direcionamento do Mtb para a autofagia e a evasão pelo Mtb é altamente dinâmico e regulado temporalmente13,21. Danos induzidos por Mtb na membrana fagossômica induz estruturas autofagossomais tubulovesiculares complexas (LC3-TVS)22. Após a indução de LC3-TVS, o Mtb se segrega das membranas autofagossômicas, evitando a xenofagia e escapando para o citosol22. A subpopulação fagossômica remanescente de Mtb manipula ativamente a via de maturação do fagossoma13. No entanto, para uma subpopulação de bactérias que acessam o citosol, o direcionamento à xenofagia é provavelmente bem-sucedido e leva à sua restrição. LAP não contribui para a restrição de Mtb tipo selvagem (WT) em macrófagos de camundongos porque Mtb subverte esta via através da secreção de CpsA. A CpsA bloqueia a ação da NADPH oxidase e, assim, reduz a ativação de ERO fagossômica e LAP12.