スフィンゴミエリンのトランスバイレイヤーの動きは、腸内細菌を含む液胞の壊滅的な破損に先行する

病原性細菌は、細菌を含む液胞（BCV）に取り込み、その後の液胞膜の破裂を介して宿主細胞のサイトゾルに入ります[1]。細菌の侵略者は、細菌リガンドに特異的なサイトゾルパターン認識受容体を介して直接感知されるか、間接的に、異常なコンテキストで示された宿主分子、たとえば損傷したBCVのグリカンを結合する危険受容体を通して感知されます[2-4]。グラム陽性の細菌であるリステリアモノサイトゲンによって引き起こされる損傷とは対照的に、Shigella FlexneriやSalmonella Typhimuriumなどのグラム陰性病原体によるBCV破裂は不完全に理解されていません[5、6]。後者は、3型分泌針を宿主膜に挿入するとき、または移行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を直接引き起こす可能性があります[7-9]。ここでは、BCV膜の管腔リーフレットの豊富な脂質であり、通常はサイトゾルに存在しないスフィンゴミエリンは、グラム陰性細菌によるBCV破裂の初期予測マーカーとしてサイトゾルにさらされることを報告します。細胞内スフィンゴミエリン分布を監視するために、ミミズ・アイゼニア・フェティダからのスフィンゴミエリン特異的毒素であるリセニンから生体スフィンゴミエリンレポーターを生成しました[10、11]。スーパー解像度のライブイメージングと相関光および電子顕微鏡（CLEM）を使用して、BCVの破裂が2つの異なる連続した段階で進行することを発見しました。まず、スフィンゴミエリンはBCVのサイトゾルリーフレットに徐々に移行し、グリカンのサイトゾル曝露が必ず続くことがあります。ガレクチン-8を補充し、サイトゾルへの細菌の侵入を示しています。したがって、BCVでのスフィンゴミエリンの曝露は、細胞を差し迫った細菌の浸潤に警告する初期の危険信号として作用する可能性があります。

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.