Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1150610.32607/actanaturae.11506Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleExtracellular Vesicles from Mycoplasmas Can Penetrate Eukaryotic Cells In Vitro and Modulate the Cellular ProteomeВнеклеточные везикулы микоплазм способны проникать в клетки эукариот in vitro и модулировать их протеомhttps://orcid.org/0000-0001-8651-0770MouzykantovAlexey A.МузыкантовАлексей А.
Russian Federation

старший научный сотрудник

muzaleksei@mail.ruRozhinaElvira V.РожинаЭльвира В.
Russian Federation
elf_vei@list.ruFakhrullinRawil F.ФахруллинРавиль Ф.
Russian Federation
kazanbio@gmail.comGomzikovaMarina O.ГомзиковаМарина О.
Russian Federation
marina.gomzikova.gmo@gmail.comZolotykhMaria A.ЗолотыхМария А.
Russian Federation
maria.a.zolotykh@gmail.comChernovaOlga A.ЧерноваОльга А.
Russian Federation
ol.chernova2010@yandex.ruChernovVladislav M.ЧерновВладислав М.
Russian Federation
chernov@kibb.knc.ruKazan Institute of Biochemistry and Biophysics, FRC Kazan Scientific Center of RASКазанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение ФГБУН Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»Kazan Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университет1512202113482880707202113122021Copyright ©; 2021, Mouzykantov A.A., Rozhina E.V., Fakhrullin R.F., Gomzikova M.O., Zolotykh M.A., Chernova O.A., Chernov V.M.Copyright ©; 2021, Музыкантов А.А., Рожина Э.В., Фахруллин Р.Ф., Гомзикова М.О., Золотых М.А., Чернова О.А., Чернов В.М.2021Mouzykantov A.A., Rozhina E.V., Fakhrullin R.F., Gomzikova M.O., Zolotykh M.A., Chernova O.A., Chernov V.M.Музыкантов А.А., Рожина Э.В., Фахруллин Р.Ф., Гомзикова М.О., Золотых М.А., Чернова О.А., Чернов В.М.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/11506

The extracellular vesicles (EVs) produced by bacteria transport a wide range of compounds, including proteins, DNA and RNA, mediate intercellular interactions, and may be important participants in the mechanisms underlying the persistence of infectious agents. This study focuses on testing the hypothesis that the EVs of mycoplasmas, the smallest prokaryotes capable of independent reproduction, combined in the class referred to as Mollicutes, can penetrate into eukaryotic cells and modulate their immunoreactivity. To verify this hypothesis, for the first time, studies of in vitro interaction between human skin fibroblasts and vesicles isolated from Acholeplasma laidlawii (the ubiquitous mycoplasma that infects higher eukaryotes and is the main contaminant of cell cultures and vaccines) were conducted using confocal laser scanning microscopy and proteome profiling, employing a combination of 2D-DIGE and MALDI-TOF/TOF, the Mascot mass-spectrum analysis software and the DAVID functional annotation tool. These studies have revealed for the first time that the extracellular vesicles of A. laidlawii can penetrate into eukaryotic cells in vitro and modulate the expression of cellular proteins. The molecular mechanisms behind the interaction of mycoplasma vesicles with eukaryotic cells and the contribution of the respective nanostructures to the molecular machinery of cellular permissiveness still remain to be elucidated. The study of these aspects is relevant both for fundamental research into the “logic of life” of the simplest prokaryotes, and the practical development of efficient control over hypermutable bacteria infecting humans, animals and plants, as well as contaminating cell cultures and vaccines.

Внеклеточные везикулы (ВВ), продуцируемые бактериями, транспортируют соединения широкого спектра, включая белки, ДНК и РНК, опосредуют межклеточные взаимодействия и могут быть важными участниками механизмов персистенции инфекционных агентов. Исследование посвящено проверке предположения, что ВВ микоплазм, мельчайших из способных к самостоятельному воспроизведению прокариот, объединенных в класс Mollicutes, могут проникать в клетки эукариот и модулировать их иммунореактивность. Эту гипотезу проверяли на системе, моделирующей взаимодействие культивируемых in vitro фибробластов кожи человека и изолированных везикул Acholeplasma laidlawii – убиквитарной микоплазмы, – инфицирующей высших эукариот и являющейся основным контаминантом клеточных культур и вакцинных препаратов. Использовали конфокальную лазерную сканирующую микроскопию и протеомное профилирование с применением комбинации 2D-DIGE и MALDI-TOF/TOF, программы анализа масс-спектров Mascot и инструмент функциональной аннотации DAVID. В результате этих исследований впервые установлено, что ВВ A. laidlawii способны проникать в эукариотические клетки in vitro и модулировать клеточный протеом. Молекулярные механизмы взаимодействия везикул микоплазмы с клетками эукариот и вклад соответствующих наноструктур в молекулярную машинерию клеточной пермиссивности еще предстоит выяснить. Изучение этих аспектов актуально как для фундаментальных исследований логики жизни простейших прокариот, так и практических разработок эффективного контроля гипермутабильных бактерий, инфицирующих человека, животных и растения, контаминирующих клеточные культуры и вакцинные препараты.

mycoplasmavesiclesinternalizationhuman fibroblastsproteomeмикоплазмывезикулыинтернализацияфибробласты человекапротеомГосударственное задание ФИЦ Казанского научного центра РАНState Assignment of the Federal Research Center “Kazan Scientific Center” of the Russian Academy of SciencesИнститут цитологии РАНInstitute of Cytology of the Russian Academy of SciencesBrowning G., Citti C. Mollicutes: molecular biology and pathogenesis. Caister: Acad. Press, 2014. 333.Browning G., Citti C. Mollicutes: molecular biology and pathogenesis. Caister: Acad. Press, 2014. 333 р.Munhoz da Rocha I.F., Amatuzzi R.F., Lucena A.C.R., Faoro H., Alves L.R. // Front. Cell Infect. Microbiol. 2020. V. 10. P. 593160.Chernov V.M. Mouzykantov A.A. Baranova N.B., Medvedeva E.S., Grygorieva T.Yu., Trushin M.V., Vishnyakov I.E., Sabantsev A.V., Borchsenius S.N., Chernova O.A. // J. Proteomics. 2014. V. 110. P. 117–2.Chernov V.M., Mouzykantov A.A., Baranova N.B., Medvedeva E.S., Grygorieva T.Yu., Trushin M.V., Vishnyakov I.E., Sabantsev A.V., Borchsenius S.N., Chernova O.A. // J. Proteomics. 2014. V. 110. P. 117–128.Gaurivaud P., Ganter S., Villard A., Manso-Silvan L., Chevret D., Boulé C., Monnet V., Tardy F. // PLoS One. 2018. V. 13:e0208160.Gaurivaud P., Ganter S., Villard A., Manso-Silvan L., Chevret D., Boulé C., Monnet V., Tardy F. // PLoS One. 2018. V. 13. e0208160.Iwai K., Minamisawa T., Suga K., Yajima Y., Shiba K. // J. Extracell. Vesicles. 2016. V. 5. P. 30829.Mouzykantov A.A., Medvedeva E.S., Baranova N.B., Chernova O.A., Chernov V.M. // Data Brief. 2020. V. 32. P. 106049.Akhatova F., Danilushkina, A., Kuku, G., Saricam, M., Culha, M., Fakhrullin, R. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 2018. V. 91. № 11. P. 1640–1645.Akhatova F., Danilushkina A., Kuku G., Saricam M., Culha M., Fakhrullin R. // Bull. Chem. Soc. Jpn. 2018. V. 91. № 11. P. 1640–1645.Chernov V.M., Chernova O.A., Medvedeva E.S., Mouzykantov A.A., Ponomareva A.A., Shaymardanova G.F., Gorshkov O.V., Trushin M.V. // J. Proteomics. 2011. V. 74. № 12. P. 2920–2936.Chernov V.M., Chernova O.A., Mouzykantov A.A., Medvedeva E.S., Baranova N.B., Malygina T.Y., Aminov R.I., Trushin M.V. // FEMS Microbiol. Lett. 2018. V. 1. P. 365.Chernov V.M., Chernova O.A., Mouzykantov A.A., Medvedeva E.S., Baranova N.B., Malygina T.Y., Aminov R.I., Trushin M.V. // FEMS Microbiol. Lett. 2018. V. 365. № 18. P. 185.Bitto N.J., Chapman R., Pidot S., Costin A., Lo C., Choi J., D’Cruze T., Reynolds E.C., Dashper S.G., Turnbull L., Whitchurch C.B., Stinear T.P., Stacey K.J., Ferrero R.L. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 7072.Bitto N.J., Chapman R., Pidot S., Costin A., Lo C., Choi J., D’Cruze T., Reynolds E.C., Dashper S.G., Turnbull L., et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 7072.Koeppen K., Hampton T.H., Jarek M., Scharfe M., Gerber S.A., Mielcarz D.W., Demers E.G., Dolben E.L., Hammond J.H., Hogan D.A. et al. // PLoS Pathog. 2016. V. 12. e1005672.Koeppen K., Hampton T.H., Jarek M., Scharfe M., Gerber S.A., Mielcarz D.W., Demers E.G., Dolben E.L., Hammond J.H., Hogan D.A., et al. // PLoS Pathog. 2016. V. 12. e1005672.Hopfe M., Deenen R., Degrandi D., Köhrer K., Henrich B. // PLoS One. 2013. V. 8. e54219.Chernov V.M., Chernova O.A., Mouzykantov A.A., Lopukhov L.L., Aminov R.I. // Expert Opin. Drug Discov. 2019. V. 14. № 5. P. 455–468.Wan Q., Song D., Li H., He M.L. // Signal Transduct. Target Ther. 2020. V. 5. № 1. P. 125.Westermeier R., Naven T. Proteomics in Practice. Weinheim: WILEY-VCH, 2002.Wasinger V.C., Pollack J.D., Humphery-Smith I. // Eur. J. Biochem. 2000. V. 267. P. 1571–1582.Poli G., Ceni E., Armignacco R., Ercolino T., Canu L., Baroni G., Nesi G., Galli A., Mannelli M., Luconi M. // Oncotarget. 2015. V. 6. P. 5695–5706.Aubrey B.J., Kelly G.L., Janic A., Herold M.J., Strasser A. // Cell Death Differ. 2018. V. 25. № 1. P. 104–113.Cesselli D., Parisse P., Aleksova A., Veneziano C., Cervellin C., Zanello A., Beltrami A.P. // Front. Physiol. 2018. V. 9. P. 1394.Zhang Y., Liu Y., Liu H., Tang W.H. // Cell Biosci. 2019. V. 9. P. 19.