IFN-индуцирани PARPs — сензори за чужди нуклеинови киселини?
Sep 21, 2023
Резюме: Клетките са разработили различни стратегии за справяне с вирусни инфекции. Ключът към инициирането на защитна реакция срещу вируси е способността да се разграничават чуждите молекули от техните собствени. Един централен механизъм е възприемането на чужди нуклеинови киселини от протеините на гостоприемника, които от своя страна инициират ефективен имунен отговор. Рецепторите за разпознаване на нуклеинови киселини са еволюирали, като всеки е насочен към специфични характеристики за разграничаване на вирусната от РНК на гостоприемника. Те се допълват от няколко РНК-свързващи протеини, които подпомагат усещането на чужди РНК. Има все повече доказателства, че интерферон-индуцируемите ADP-рибозилтрансферази (ARTs; PARP9—PARP15) допринасят за имунната защита и атенюацията на вирусите. Въпреки това, тяхното активиране, последващи мишени и точните механизми на намеса във вирусите и тяхното разпространение все още са до голяма степен неизвестни. Най-известен със своята антивирусна активност и ролята си на РНК сензор е PARP13. В допълнение, PARP9 наскоро беше описан като сензор за вирусна РНК. Тук ще обсъдим скорошни открития, които предполагат, че някои PARPs функционират в антивирусния вроден имунитет. Ние разширяваме тези констатации и интегрираме тази информация в концепция, която очертава как различните PARP могат да функционират като сензори на чужда РНК. Спекулираме за възможните последствия от свързването на РНК по отношение на каталитичните активности на PARPs, субстратната специфичност и сигнализирането, които заедно водят до антивирусни дейности.
ползи от добавката Cistanche-увеличаване на имунитета
Ключови думи: ADP-рибозилиране; МАРилиране; хидролаза; интерферон; макродомейн; PARP; РНК-вирус
Какво прави билката цистанче—Против- възпалителни
1. Въведение
За да се установи вроден имунен отговор на нахлуващите вируси, клетките трябва да могат да се разграничават от чуждите. Това е възможно отчасти от репертоар от протеини, които специфично усещат чужди нуклеинови киселини. Тези протеини принадлежат към така наречените рецептори за разпознаване на образи (PRR), които разпознават и свързват свързани с патогени молекулярни модели (PAMP), включително различни свързани с патогени нуклеинови киселини [1–3]. Като цяло, при свързване на PAMP тези PRRs се активират, за да задействат сигнални събития надолу по веригата чрез активиране на транскрипционни фактори, като интерферонови регулаторни фактори 3 и 7 (IRF3, IRF7) и ядрен фактор kappa B (NF-κB). Това води до активиране на програма за генна експресия, която включва индукция на интерферон (IFN), както и други цитокинови гени. IFN действат по паракринен и автокринен начин, за да индуцират експресията на интерферон-стимулирани гени (ISG), чрез които се стимулира антипатогенно състояние [1,3]. PRRs, чувствителни към нуклеинова киселина, могат да бъдат подразделени на две групи, използвано отделение, ендозомални и цитозолни сензори за нуклеинова киселина. Подгрупа от Toll-подобни рецептори (TLRs) принадлежи към първата подгрупа, докато втората група включва индуцируеми от ретиноева киселина ген I (RIG-I)-подобни рецептори (RLRs), протеин киназа R (PKR), 20-50 олигоаденилат синтетазни протеини (OAS1-3), нуклеотид-свързващ олигомеризационен домен (NOD)-подобни рецептори (NLRs), липсващи в меланома 2 (AIM2)-подобни рецептори (ALRs) и циклична GMP-AMP синтаза (cGAS) [2 ,4–10]. В допълнение към тези класически PRRs, е описан нарастващ списък от сензорни протеини на нуклеинова киселина или спомагателни протеини. Те включват хеликази, убиквитин лигази и ADP рибозилтрансферази, които могат да усетят определени нуклеинови киселини, да подпомагат или медиират разпознаването на чужди нуклеинови киселини и да ускоряват сигнализирането надолу по веригата, като по този начин допринасят и модулират антивирусния имунен отговор [11–15]. Най-известен със своята вирусна рибонуклеинова киселина (РНК)-свързваща активност е PARP13 [11]. В допълнение, PARP9 наскоро беше идентифициран като сензор за чужда РНК [15]. За PARP13, РНК свързването се улеснява от домейни с цинков пръст, докато за PARP9 макродоменът е идентифициран като вирусен РНК-свързващ модул. PARP9 и PARP13 принадлежат към семейството на аденозин дифосфат (ADP)-рибозилтрансфераза дифтериен токсин (ARTD), от което малка подгрупа от протеини е свързана с вродения имунитет поради тяхната чувствителност към IFNs (за допълнително четене на PARPs като ISGs ние вижте скорошен отличен преглед [16]). Тези протеини споделят запазен домен на ADP-рибозилтрансфераза (ART), който, с изключение на PARP13, притежава активност на моно-ADP-рибозилиране (MARylation). Всички тези PARP се характеризират с набор от допълнителни протеинови домени, сред които макродомени, РНК-разпознаващи домейни или цинкови пръсти. Въпреки че функциите на тези свързани домейни са до голяма степен неизвестни, много от тях са свързани с РНК-свързване. По този начин те осигуряват на тези протеини потенциалната способност да функционират като РНК сензори, подобно на това, което е предложено за PARP9 и PARP13 [11,15]. Заедно ние предполагаме, че IFN-индуцируемите PARPs функционират като РНК-чувствителни PRRs и разширяват РНК-свързващите модалности на известните класически PRRs по отношение на последователността и/или структурните специфики. Освен това, свързването на РНК може да регулира техните начини на действие и функционалност.
2. Класическите рецептори за разпознаване на патогени
2.1. Компартментализирани PRR
Toll-подобни рецептори, участващи в усещането на патогенни нуклеинови киселини, са TLR3 и TLR7- 9 [4,17–19]. Тези TLR са интегрирани в мембраните на ендозоми с техния N-краен свързващ нуклеинова киселина ектодомен, обърнат към вътрешността на тези везикули [4,17,18]. Свързването на нуклеинова киселина провокира димеризация на два TLRs, при което се инициират различни сигнални процеси [4]. Поради тяхната локализация, тези TLR са способни да реагират на ендоцитирани или фагоцитирани патогени, които могат да бъдат разглобени в това отделение чрез действието на ендозомални протеази и нуклеази. В резултат на това получената от патоген РНК или дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) се обработва и излага, осигурявайки PAMPs, които могат да взаимодействат с ендозомалните TLR [18]. Това инициира първа вълна от антивирусно сигнализиране [4,18,19]. За да покрият разпознаването на широк спектър от различни патогени, тези TLR са развили различни предпочитания за нуклеинови киселини [4,18,19]. TLR3 разпознава и свързва двойноверижни видове РНК на базата на електростатични взаимодействия между положително заредени аминокиселини като част от богатите на левцин повторения в ектодомена и отрицателно заредения рибозо-фосфатен скелет на РНК. Свързването става независимо от специфични РНК последователности [19]. Наскоро беше демонстрирано неговото активиране от клетъчни R-контурни РНК-ДНК хибриди, което провокира последващо имунно сигнализиране, което води до активиране на IRF3 [20]. Въпреки това, как се регулира обработката на R-контур и как тези хибриди, първоначално генерирани в ядрото, достигат до цитозола или дори са способни да активират този ендозомален рецептор, остава неясно. Трябва да се отбележи, че R-Loop образуващи последователности също са идентифицирани сред вирусите, но дали те наистина образуват R-Loop структури и са в състояние да задействат активиране на TLR3, трябва да бъде изследвано [21]. TLR7 и TLR8, които са тясно свързани, усещат едноверижна РНК и продукти от разпадането на РНК. Както TLR7, така и TLR8 притежават два мотива за свързване на РНК, от които първият разпознава единичен гуанозин или уридин, съответно, докато за втория е доказано, че медиира известна специфичност на последователността. TLR7 преференциално свързва полиУ 3-мери, докато TLR8 усеща UG/UUG олигорибонуклеотиди [22,23]. Обратно, доказано е, че TLR9 се свързва с едноверижна ДНК, съдържаща CpG мотив [4,18].
Ползи от добавката Cistanche - как да подсилим имунната система
2.2. Цитозолни PRR
Ключови сензори на вирусни нуклеинови киселини в цитозола, налични при вирусна инфекция, са RLR [2,7,24]. Едноименният член на тези цитозолни рецептори е RIG-I. Допълнителни членове включват асоцииран ген 5 за диференциране на меланома (MDA5) и лаборатория по генетика и физиология 2 (LGP2). И трите протеина споделят подобна организация на домейна с централен РНК-хеликазен домен, който съвместно с техния С-терминален домен (CTD) медиира РНК свързването [2,7,24]. За разлика от LGP2, RIG-I и MDA5 споделят два домейна за активиране и набиране на каспаза (CARDs) в техния N-край, които задействат сигнални събития надолу по веригата [2,7]. В случая на RIG-I, тези CARD са интрамолекулярно свързани от хеликазния домен и CTD, провокирайки затворена конформация на протеина и по този начин предотвратявайки сигнализиране надолу по веригата в отсъствието на лиганд [7,25]. Разпознаването на нуклеинова киселина води до хидролиза на АТФ от RIG-I и провокира промяната към отворена конформация и нейната олигомеризация. Това позволява по-тясно взаимодействие на РНК-свързващата част с нуклеиновите киселини, докато CARD се освобождават, за да взаимодействат с митохондриалния интерактор на вирусното сигнализиране (MAVS) за сигнална трансдукция надолу по веригата [7,24]. Това автоинхибиторно състояние, показано за RIG-I, не възниква за MDA5. Вместо това, MDA5 показва отворена и гъвкава и по този начин неинхибирана конформация. Това води до сигнализиране надолу по веригата при свръхекспресия на MDA5 в отсъствието на РНК лиганд [26–28]. Поради липсата на CARDs, LGP2 не може директно да инициира сигнализиране надолу по веригата чрез MAVS. Но изглежда, че функционира като модулатор на MDA5 сигнализация. При ниски нива на протеин LGP2 ускорява и стабилизира взаимодействието на MDA5-RNA, докато високите нива на LGP2 водят до инхибиране на MDA5 [27,29,30]. И за трите членове на семейството разпознаването на нуклеиновите киселини се улеснява от централния хеликазен домен и CTD [2,7,24]. Тези протеинови домени улесняват сканирането на биохимични характеристики, разположени в 50 края на РНК молекулите. Въпреки че споделят сравними хеликазни домейни и CTD, RIG-I и MDA5 усещат малко по-различни характеристики в РНК [31]. RIG-I предпочита по-къси двойноверижни (ds) РНК или ssRNA и се активира от 5 0 -PPP-dsRNA или 50 -pp-dsRNA, докато 50 монофосфорилираната РНК остава неоткрита от RIG-I [32]. Освен това, РНК, обогатени с поли-U/UC или AU региони, както и кръгови вирусни РНК, се разпознават от RIG-I [33–35]. Предполага се, че свързването с кръгови РНК се медиира от структурни характеристики на РНК или чрез допълнителни РНК-свързващи протеини, които трябва да бъдат идентифицирани [33]. MDA5 преференциално се свързва с дълги dsRNA и богати на AU региони [28,36,37]. Доказано е, че LGP2 открива широк спектър от различни РНК. Нито статусът на фосфорилиране на 50-края, нито дължината на РНК изглежда влияят върху разпознаването и свързването от LGP2 [38,39]. Известно е също, че РНК усещането от PKR или OAS семейство протеини 1-3 допринася за антивирусен защитен отговор [9,10]. PKR разпознава dsRNA молекули, по-дълги от 30 bp, по независим от капачка начин [40], но са описани ssRNA и структурирано 5'-PPP-RNA свързване [41,42]. Свързването се улеснява от два тандемни РНК-свързващи домена, разположени в неговата N-терминална половина, които при РНК свързване инициират димеризация на PKR и последващо активиране на киназа [43]. OAS1-3 се свързва с dsRNA [10,44–46]. При свързване на dsRNA OAS1-3 синтезира 20-50 фосфодиестер-свързани олигоаденилати, които служат като втори посредник за задействане на димеризация и на свой ред активиране на рибонуклеаза (RNase) L и по този начин разцепване на РНК [10,47]. Разцепените РНК фрагменти служат за усилване на антивирусното сигнализиране, тъй като се усещат от PRR [9]. Допълнителна линия на имунна защита се показва от NLRs и ALRs [1,6,48]. При активиране е доказано, че някои NLRs и ALRs инициират сглобяването на така наречените инфламазоми, мултипротеинови ензимни комплекси, в които те олигомеризират и се свързват към асоцииран с апоптоза петноподобен протеин, съдържащ CARD (ASC) домейни, за да медиират протеолитичното активиране на каспаза -1. Това от своя страна позволява узряването на цитокини като интерлевкин 1 (IL-1) и IL-18, като по този начин допринася за антивирусен имунен отговор. Сред NLRs е доказано, че NLRP3 се активира от широк спектър от различни РНК [8,49]. Директното взаимодействие с РНК обаче не е доказано. Вместо това, NLRP3 се сглобява с допълнителни протеини, сред които DExD/H-box РНК хеликази или TRIM убиквитин лигази, за които е доказано, че позволяват РНК-чувствителност и впоследствие активирането на инфламазомата [8,49]. За разлика от NLRP3, AIM2 като представител на ALRs се активира от ДНК [6,48,50].
В допълнение към AIM2, cGAS функционира като цитозолен сензор на ДНК [5]. Пълното активиране на cGAS възниква при свързване с по-дълги ДНК молекули. Те позволяват димеризация на cGAS, предпоставка за пълно активиране. Доказано е обаче, че cGAS разпознава различни ДНК молекули, сред които dsDNA, ssDNA, осигуряваща вторични структури, които водят до dsDNA, или RNA-DNA хибриди (като например, получени от R-бримки). При свързване, сигнализирането се разпространява чрез cGAMP-медиирано активиране на стимулатора на интерферонови гени (STING), което води до активиране на IRF3 [5]. По този начин cGAS може да се активира от патогенна ДНК, но също и от клетъчна ДНК, например в отговор на цитозолна ДНК в резултат на неправилна сегрегация на хромозоми, микроядра и разрушаване на ДНК [51]. Освен тези класически PRR, бяха идентифицирани няколко допълнителни фактора на гостоприемника, служещи като сензори за чужди нуклеинови киселини, сред които DExD/H бокс хеликази, убиквитин лигази от семейството на трипартитен мотив (TRIM) и нарастващ брой различни допълнителни РНК свързващи протеини [12– 14,52,53]. Също така, много хетерогенното семейство от рецептори за почистване е замесено във вродения имунитет и някои членове са показали, че се свързват с чужди нуклеинови киселини [54]. За някои от тези РНК-свързващи протеини е замесена функцията на скеле [3,5,12]. Те усещат и свързват чужда РНК и я представят на RLR, като по този начин допринасят за и усилват антивирусното сигнализиране [3,5,12].
Cistanche ползи за мъжете - укрепване на имунната система
Щракнете тук, за да видите продуктите Cistanche Enhance Imunity
【Попитайте за повече】 Имейл:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692
3. PARP13—Сензор за вирусна РНК
Един от тези протеини на скелето, споменати по-горе, който участва във вродения имунен отговор, е антивирусният протеин цинков пръст (ZAP), известен също като PARP13 (Фигура 1). Въпреки че не притежава каталитична активност, той е известен със своята ефективна антивирусна активност [11]. PARP13 съществува в четири различни изоформи, възникващи от алтернативен сплайсинг и полиаденилиране [11,16]. Двете най-добре проучени изоформи са PARP13.1 (ZAPL) и PARP13.2 (ZAPS), като на последната липсва PARP-подобен домейн [11]. Докато PARP13.1 изглежда конститутивно експресиран, PARP13.2 се индуцира при сигнализиране на интерферон [55]. Взаимодействие с 30-те нетранслирани области (30 UTR) на интерфероновата информационна РНК (тРНК) е описано за PARP13.2, което следователно се счита за включено в отговор на отрицателна обратна връзка към IFN сигнализация [55]. Интересно е, че PARP13.2 се локализира заедно с RIG-I, когато се стимулира с 50 -PPP-двойноверижна РНК (dsRNA) и изглежда играе роля в насърчаването на производството на интерферон [56]. Всички изоформи на PARP13 имат РНК-свързващ домен (RBD), състоящ се от четири CH цинкови пръстови мотива (ZnF), вторият от които е известен със своя хидрофобен свързващ джоб с висок афинитет към CpG-динуклеотиди [11,57]. Другите ZnF показват слаб афинитет към РНК на неизвестни последователности [11]. PARP13 е в състояние да димеризира и дори мултимеризация на PARP13 върху таргетната РНК е предложена за ефективна защита срещу патогени [11]. Наскоро РНК интерактомен скрининг на тежък остър респираторен синдром на коронавирус тип 2 (SARS-CoV-2) идентифицира PARP13, както и неговия кофактор TRIM25, за директно свързване с вирусната РНК [58]. След извънматочна експресия на PARP13.1 и PARP13.2, PARP13.2, но не и PARP13.1 изглежда има антивирусен ефект, както се вижда от значително намаляване на SARS-CoV-2 неструктурен протеин 12 (nsP12) РНК нива, кодиращи вирусната РНК-зависима РНК полимераза [58]. За разлика от това, Nchioua и колеги съобщават за намаляване на натрупването на РНК с пълна дължина на SARS-CoV-2 само при прецизни експерименти с прецизност на PARP13.1 [59]. Въпреки това, и за двете изоформи се наблюдава намаляване на нивата на РНК на SARS-CoV-2 структурния спайк- и нуклеокапсиден протеин [59]. Разликите в клетъчната локализация могат да обяснят тези находки, тъй като PARP13.2 има дифузно цитоплазмено разпределение, докато PARP13.1 може да бъде S-фарнезилиран, което го локализира в ендолизозоми или ендоплазмения ретикулум (ER) [11]. SARS-CoV-2 образува двумембранни везикули, получени от ER, за репликация [60]. Наистина, по-късно беше демонстрирано, че S-фарнезилирането на PARP13.1 е необходимо за отслабването на SARS-CoV-2 [61]. Описана е и антивирусна активност срещу грипен вирус А (IAV). Докато PARP13.1 изглежда модулира експресията на вирусен протеин, за PARP13.2 е описано, че директно се насочва към IAV РНК [11,62]. Liu и колеги съобщават, че PARP13.1 насърчава поли-ADP-рибозилирането (PARylation) на IAV полимеразни протеини, което води до тяхното последващо убиквитиниране и разграждане [62].
Въпреки това, тъй като PARP13 няма докладвана каталитична активност, друг ADP-рибозилиращ протеин трябва да бъде включен в този процес. По-късата изоформа, PARP13.2, е в състояние да се свърже с IAV основна РНК полимераза 2 (PB2) иРНК и води до нейното разграждане, както и предотвратяване на транслацията й [63]. Този процес се противодейства от протеина на неструктурния протеин 1 (NS1) на IAV, за който е установено, че предотвратява свързването на вирусна РНК от PARP13.2 [63]. Интересно е, че NS1 иРНК изглежда не се влияе от PARP13.2 [63]. Потенциално това може да се отдаде на вторични структури в рамките на NS1 РНК, за които е доказано, че образуват фиби, което води до това, че големи части от тази РНК са двойно верижни [64]. Друг род вируси, ограничени от PARP13, са алфавирусите като вируса Sindbis, който е насочен от PARP13.1 в стрес гранули (SG) [55]. Наскоро различни групи откриха в експерименти за кристализация, че WWE2 джобът на PARP13 е в състояние да се свърже с ADP-рибоза (ADPr) -част от поли-ADP-рибоза (PAR) вериги [65,66]. Xue и колеги също потвърдиха тези резултати in vitro и разкриха съществена роля на две аминокиселини в домейна WWE2, W611 и Q668, за това свързване. Освен това те демонстрираха, че ZnF5, WWE1 и WWE2 на PARP13 се комбинират, за да образуват домейн, който те нарекоха централен домейн (CD) и че този CD се свързва с PAR в клетките. Показано е също, че дългата изоформа на PARP13, PARP13.1, свързва PAR в клетките, макар и не толкова ефективно, колкото изолирания CD [66]. Това свързване играе важна роля в стрес гранулите (SGs), където PAR свързването е предпоставка за PARP13-CD и прелокализация на PARP13.1 [66]. В допълнение, установено е, че мутационното увреждане на свързването на PARP13.1 към PAR отслабва неговата антивирусна активност [66]. Локализация към стресови гранули също е описана за PARP13.2, който се PARилира все повече при стрес [67]. По този начин стрес гранулите (SG) позволяват натрупването на РНК, PAR и PARP13 [66,68]. Дали клъстерирането допринася за антивирусната активност на PARP13, а именно насърчаване на разграждането на РНК или инхибиране на транслацията, ще трябва да бъде разгледано. Струва си да се спомене, че подобно на PARP13 е доказано, че допълнителни PARP протеини се свързват с SGs, което предполага съгласувано действие или синергична роля на PARPs в образуването и/или функцията на SG. В подобна посока сочи констатацията, че PARP13, въпреки че няма каталитична активност, е ADP-рибозилиран и следователно трябва да взаимодейства тясно с други PARP ензими [67]. Това ADP-рибозилиране може да контролира функцията на PARP13, както е показано например за PARP7, който MARylates цистеинови остатъци в ZnFs, като по този начин пречи на способността на PARP13 да взаимодейства с РНК [16]. Очакваме много допълнителни взаимодействия между PARP протеини, както и други PRR и ефектори надолу по веригата. По този начин, как PARP синергизират за ефективно разпознаване на нуклеинови киселини и защита срещу патогени са вълнуващи въпроси в областта на вродената имунна защита.
4. IFN-регулиран подклас на PARPs
4.1. Семейство PARP
Въз основа на организацията на домейна и структурния анализ PARP13 се причислява към семейството на ADP-рибозилтрансферази подобни на дифтериен токсин (ARTD), което обхваща общо 17 члена [69–71]. Всички те споделят силно запазен ART домейн, който с изключение на PARP13 позволява на тези протеини да катализират ADP-рибозилиране. ADP-рибозилирането е обратима посттранслационна модификация (PTM), която се характеризира с добавяне на една или няколко ADP-рибозни части към субстрат [70]. Въз основа отчасти на аминокиселинния състав на каталитичната триада отделните ензими могат или да катализират PARylation (PARP1, PARP2, TNKS1 и TNKS2) или MARylation (PARP3, PARP4, PARP7-PARP12, PARP14-PARP16 ) [70,72]. За да направят това, те консумират никотинамид аденин динуклеотид (NAD+) като кофактор и прехвърлят ADP-рибоза, или единична част (MARylation), или в итеративен процес (PARylation) множество единици с освобождаване на никотинамид [70]. PARP13 е единственият член на семейството, на който липсва активност на ADP-рибозилиране поради неспособността му да свърже правилно NAD+ [73]. По-долу ще се съсредоточим върху реагиращите на интерферон PARPs (PARP9-15; Фигура 1) [16], MARylation и (потенциалните) способности за отчитане на нуклеинова киселина на тази подгрупа PARPs.
4.2. Регулиране и разпространение на MARylation
Подобно на други PTM, MARylation трябва да се чете и сигналът да се разпространява. Макродомейните 2 и 3 на PARP14 са идентифицирани като четци на MARylation [70,74,75]. Освен това, MARylation показва напълно обратим PTM, активиран от хидролитичната активност, която притежават някои макродомени [70]. Клетъчните изтриватели на MARylation включват MacroD1, MacroD2 и TARG1. Де-MARилирането се активира от техния активен макродомейн [70]. Сгъването на макродомейна е силно запазено сред всички видове живот и е вградено също и в неструктурни протеини на няколко едноверижни ((+)ss) РНК вируси с положителен смисъл [16,76,77]. Индукцията на MARilating PARPs от вродената IFN система в комбинация със способността на няколко вирусни макродомена да върнат MARylation показва антивирусна роля на IFN-индуцирани PARPs. Освен това е показано, че PARPs са еволюирали при силна положителна селекция, което допълнително сочи към функция на вродения имунитет [78,79]. Въпреки това, прозренията в механизмите и точната функция на IFN-индуцирани PARP остават неуловими. Една възможност IFN-индуцирани PARPs да допринесат за антивирусен отговор е чрез разпознаване на чужди нуклеинови киселини. Както беше посочено по-горе, адапторни протеини като DExD/H box helicases или PARP13 могат да служат като скелета, привеждащи нуклеинови киселини и ефекторни протеини в непосредствена близост. По подобен начин, IFN-реагиращите PARP могат да функционират като скелета, като по този начин подпомагат разпознаването на РНК от един от класическите PRR. На всичко отгоре, тяхната активност на MARylation може да добави друго ниво на регулиране за фина настройка на вродения имунен отговор. Има индикации, че наличието на вирусна РНК може да задейства активността на MARylation на тези ензими [80,81]. Постулирайки, че РНК свързването определя каталитичната активност, то може също да позволи пренасочване на каталитичната активност към различни субстрати. Това могат да бъдат както вирусни, така и гостоприемни фактори. Освен това, променената специфичност може също да повлияе на стабилността на протеина, например чрез намаляване на автомодификацията, като по този начин придава стабилност на някои PARP ензими [82]. Освен това, вирусната РНК може да представлява субстрат за MARилиране, тъй като е установено, че РНК се MARилира както in vitro, така и в клетки [83,84].
4.3. Домейн организация на IFN-регулирани PARPs
Трябва да се отбележи, че IFN-реагиращите PARP всички показват домейн и мотиви, потенциално замесени в свързването на нуклеинова киселина (Фигура 1).
Фигура 1. Архитектура на домейна на IFN-реагиращите PARPs. Всички членове на фамилията PARP, отговарящи на IFN, съдържат запазения домен на ADP-рибозилтрансфераза (ART) в своя С-край. С изключение на PARP13, ART домейнът на другите PARPs притежава MARylation активност [72,73]. PARP9, PARP14 и PARP15 съдържат повторения на макродомен (MD), или 2, както в случая на PARP9 и PARP15. Фигура 1. Архитектура на домейна на IFN-реагиращите PARPs. Всички членове на фамилията PARP, отговарящи на IFN, съдържат запазения домен на ADP-рибозилтрансфераза (ART) в своя С-край. С изключение на PARP13, ART домейнът на другите PARPs притежава MARylation активност [72,73]. PARP9, PARP14 и PARP15 съдържат повторения на макродомен (MD), или 2, както в случая на PARP9 и PARP15, или три, както се вижда за PARP14. В допълнение към трите макродомена, PARP14 също е оборудван с два мотива за разпознаване на РНК (RRM) в своя N-край, за които е известно, че медиират РНК-свързването. По подобен начин, PARP10 носи два RRM в своя N-край. PARP11-PARP14 съдържа един (PARP11, PARP14) или два WWE (PARP12, PARP13) модула, за които е известно, че улесняват свързването на поли-ADP-рибоза. N-терминално PARP12 и PARP13 съдържат подобни на Winged-Helix (WH-l) ДНК-свързващи домени, последвани от пет мотива с цинков пръст (ZF), за които е известно, че медиират свързването с нуклеинови киселини. PARP10 е уникален, тъй като е единственият член на семейството, оборудван с мотиви за взаимодействие с убиквитин (UIM), от които носи три в своята С-терминална половина (Създадено с BioRender.com).
PARP12 наподобява цялостната структура на домейна на PARP13 и по подобен начин е оборудван с няколко ZnF. Тези домейни са добре описани като модули за свързване на нуклеинова киселина, наред с други функции, и като такива са широко включени във взаимодействията гостоприемник-патоген [85]. Това провокира въпроси кои функции могат да бъдат приписани на ZnFs на PARP12 и дали те са замесени в РНК отчитането. Има натрупващи се доказателства, че макродомените представляват допълнителен модул за свързване на нуклеинова киселина. Наскоро беше показано, че PARP9 се свързва с вирусна РНК, медиирана от неговия първи макродомен [15]. Способността за свързване с РНК е демонстрирана и за TARG1 [86]. Макродоменът като свързващ модул за нуклеинови киселини също е установен от находки с някои вирусни макродомени (MDs). Доказано е, че vMD на вируса Chikungunya (CHIKV) или вируса на венецуелския енцефалит (VEEV) свързва ssRNA [87], докато вторият и третият vMD (SARS уникални домейни, SUD) на SARS-Coronavirus са показали, че свързват G-квадруплекси [88,89]. Освен PARP9, PARP14 и PARP15 принадлежат към IFN-стимулираните PARPs, съдържащи макродомен. Докато за PARP14 macro2 и macro3, както и за PARP15 macro2 е установено, че се свързват с MAR [75,90], функцията на първия макродомен в рамките на двата протеина остава неуловима. Въпреки това, въз основа на сравнения на последователности, те са филогенетично по-близки до хидролитичните макродомени, кодирани от ssRNA вируси, което може би им позволява да постулират и способност за свързване на РНК (Фигура 2). В допълнение към своите макродомейни, PARP14 показва два мотива за разпознаване на РНК (RRMs) близо до своя N-край, които са разделени от присъщо неподредена област (IDR, според анализа на аминокиселинната последователност, използвайки PONDR) от другите му функционални области. Такъв е и случаят с PARP10 (анализ от PONDR) (Фигура 1). RRMs, но също така IDRs индивидуално или съвместно могат да медиират свързването на РНК [91–93]. Като цяло, множество RRM работят в тандем, като по този начин улесняват правилното свързване на РНК и придават специфичност на РНК [94]. Ще бъде от интерес да се оценят начините на свързване на нуклеинова киселина на тази подгрупа от PARPs. Дали тези домейни наистина усещат чужди нуклеинови киселини, за да допринесат за силен антивирусен отговор?
Figure 2. Phylogenetic tree of humans and some selected viral macrodomains. Amino acid sequences (>sp|O75367|184-370_MacroH2A1.1; >sp|Q9P0M6|184-370_MacroH2A1.2; >sp|Q9P0M6|184 -370_MacroH2A2; >sp|Q86WJ1|704-897_ALC1; >sp|Q9Y530|2-152_TARG; >sp|Q8IXQ6|107- 296_PARP9-macro1; >sp|Q8IXQ6|306-487_PARP9-macro2; >sp|Q460N5|791-978_PARP14- macro1; >sp|Q460N5|1003-1190_PARP14-macro2; >sp|Q460N5|1216-1387_PARP14-macro3; >sp|Q460N3|78-267_PARP15-macro1; >sp|Q460N3|293-464_PARP15-macro2; >sp|Q9BQ69|141- 322_MacroD1; >sp|A1Z1Q3|59-240_MacroD2; >sp|Q9NXN4|43-223_GDAP2; >sp|P36328|1330- 1489_VEEV-macro; >sp|Q8JUX6|1334-1493_CHIKV-macro; >sp|Q8QZ73|1335-1493_MAYVmacro; >sp|P0DTD1|1025-1194_SARSCoV2-macro1; >sp|P0DTD1|1231-1359_SARSCoV2- macro2; >sp|P0DTD1|1367-1494_SARSCoV-macro3; >sp|Q9WC28|775-921_HEV-macro; >sp|K9N7C7|1110-1276_MERS-macro1; >sp|K9N7C7|1278-1404_MERS-macro2) бяха анализирани от CLUSTAL 2.1 и файлът на филогенетичното дърво беше качен в iTOL 6.6, за да се генерира това филогенетично дърво [95].
4.4. IFN-регулирани PARPs като фактори за ограничаване на приемника
Както вече беше посочено, PARP12 притежава подобна организация на домейна като PARP13, но неговият ART домейн показва ензимна активност [16] (Фигура 1). Докато PARP13 вече е известен с ролята си на PRR във вродения имунен отговор, подобна функция може да бъде постулирана за PARP12 [11,96]. Въпреки това, PARP12 РНК свързването не е потвърдено досега експериментално, но има доказателства, идващи от PARP12, който е бил набран към SGs [67,97,98]. SGs са кондензати, обогатени с иРНК поради зависимите от стреса блокирани транслационни комплекси и PAR [67,99]. Локализацията на PARP12 към тези кондензати зависи от неговите ZnFs и WWE домейни, което предполага, че способността за потенциално свързване както на РНК, така и на PAR провокира PARP12 да се локализира към SGs [97,98]. Трябва да се отбележи, че подобно на РНК свързването, PAR-свързването от WWE домейна на PARP12 не е експериментално потвърдено. Функционалната роля на PARP12 в биологичните гранули на SG все още не е открита, но тъй като SGs се обсъждат като отговор от първа линия на вирусни инфекции, регулирането и/или модулирането на тези кондензати може да бъде един от начините на антивирусно действие на PARP12 [100]. ]. Струва си да се отбележи, че в допълнение към PARP13 и PARP12, PARP14 и PARP15 също са идентифицирани като SG протеини, поне когато са свръхекспресирани [67]. Ще бъде интересно да се анализира дали PARP12, аналогичен на PARP13, регулира оборота и/или транслацията на РНК и дали това е ограничено до вирусни РНК или може също да бъде от значение за иРНК на гостоприемника в заразени и по този начин стресирани клетки. Допълнителна линия от доказателства за PARP12 като РНК-свързващ протеин се извежда от скорошни изследвания на SARS-CoV-2. Идентифицирането на факторите на гостоприемника, взаимодействащи с генома на SARS-CoV-2 РНК, разкри PARP12 и PARP13 като взаимодействащи протеини [58,101].
Наистина, PARP12 е идентифициран като рестрикционен фактор за някои вируси [81,102,103]. Един потенциален обсъждан механизъм е ограничаване на репликацията на алфавирус чрез модулиране на клетъчния транслация [102]. При инфекция с VEEV PARP12 изглежда е сложен с рибозоми и няколко протеина, за които е известно, че играят роля в транслацията [102]. Това може също така да осигури връзка с биологията на SG и/или модулацията на тези кондензати, тъй като те са обогатени в блокирани транслационни комплекси [100]. В допълнение, PARP12 ограничава репликацията на вируса Zika (ZIKV) всъщност при взаимодействие с PARP11 чрез техните WWE домейни [104,105]. Тук ограничителният ефект се медиира чрез насърчаване на PARylation на вирусните неструктурни протеини NS1 и NS3, насочени към тях за протеазомно разграждане [104,105]. Това наподобява начина на действие, показан за PARP13.1 по отношение на IAV протеините, които се подготвят от PAR за протеазомно разграждане [62]. Отново, вероятно други PARP ензими също участват в този процес, тъй като PARилирането не се катализира нито от PARP12, нито от PARP11 [72]. PARP11 е идентифициран като регулатор на сигнализирането на IFN. Доказано е, че катализира MARилирането на -TrcP, убиквитин Е3 лигаза. Това води до последващо убиквитиниране и оборот на IFN / рецептор 1 (IFNAR1), което показва контрол с обратна връзка на сигнализирането на IFN от PARP11 [106]. PARP9, заедно с PARP14 и PARP15, е един от PARPs, съдържащи макродомейни [16] (Фигура 1). Въпреки това, към днешна дата не е напълно изяснено за PARP9, дали има или не ADP-рибозилираща активност [16]. Установено е, че макродомените на PARP9 свързват PAR, позволявайки колокализация на PARP9 с PARилиращия ензим PARP1 при увреждане на ДНК [107,108]. Освен това е обсъдена антивирусна роля на PARP9. В дендритни клетки инфлуенца А, РНК вирус с минус верига, индуцира експресията на PARP9 [15]. Освен това Xing и колеги съобщават за защитен ефект на PARP9 срещу минус-сенс РНК вируса на везикуларен стоматит и dsRNA реовирусна инфекция при мишки, докато този ефект не се проявява при ДНК-вируса Herpes simplex вирус тип 1 (HSV-1 ) [15]. Те откриха, че първият макродомен на PARP9 е от съществено значение за свързването на вирусна dsRNA, варираща от 1100 базови двойки (bp) до 1400 bp (Таблица 1). Освен това PARP9 допринася значително за производството на IFN от тип-I чрез активиране на сигналния път на фосфоинозитид-3-киназа/протеин киназа B (PI3K/AKT) [15]. За много процеси, обаче, PARP9 образува хетеродимер с E3 убиквитин лигаза, премахва E3 убиквитин лигаза L (DTX3L). Заедно те играят роля в възстановяването на увреждане на ДНК и антивирусната защита [15,108]. DTX3L/PARP9 хетеродимерът е способен селективно да MARилира убиквитин [108]. Авторите предполагат, че тази модификация зависи от каталитичната активност на PARP9 [108]. Русо и колеги откриха, че хетеродимерът DTX3L/PARP9 играе централна роля в ADP-рибозилирането, индуцирано при индуциране на ISG. Това изглежда е независимо от самата активност на PARP9, което предполага потенциално взаимодействие с други MARilating PARPs или съгласувано действие на тези протеини. Увеличаването на общото MARилиране се обръща от хидролазната активност на SARS-CoV-2 nsP3 макродомен1 [109,110]. През 2016 г. Ивата и колеги откриха, че сигналният преобразувател и активаторът на транскрипция 1 (STAT1) и STAT6 са ADP-рибозилирани in vitro от PARP14, процес, потиснат от PARP9. Освен това те твърдят, че STAT1 фосфорилирането се инхибира от PARP14 медиирано STAT1 ADP-рибозилиране [111]. Освен това е наблюдавана противовъзпалителна роля на PARP14 в макрофагите, стимулирайки реакцията на интерлевкин (IL)-4 и потискайки отговорите, предизвикани от IFN [111]. Въпреки че тази работа е получила силна критика [112], поне взаимодействието PARP9-PARP14 е потвърдено в експерименти за съвместна имунопреципитация от други групи [113]. Grunewald и колегите предполагат, че PARP14 може да регулира IFN отговора както в зависимост от ADP-рибозилирането, така и независимо от неговата каталитична активност [114]. Освен това те наблюдават повишена вирусна репликация на вируса на миши хепатит (MHV) в експерименти за инхибиране и нокдаун на Parp14, което предполага антивирусен капацитет на PARP14 [114]. В експерименти за вирусно омрежване и пречистване в твърда фаза (VIR-CLASP) за вируса Chikungunya (CHIKV), PARP14 и PARP9 бяха идентифицирани като CHIKV-RNA взаимодействащи [115]. Екран за интерактори на генома на IAV, за разлика от това, не разкри взаимодействието на нито един от моно-ARTD [115]. PARP14 има три макродомена и се съобщава, че макро2 и макро3 се свързват с MARylated PARP10, но изглежда им липсва хидролазна активност и следователно се считат за четци на MARylation [75]. Интересно е, че PARP14 макродомейн1 е описан като подобен, поне на ниво последователност, на SARS-CoV-2 макродомейн (Фигура 2) [116,117]. PARP14 е най-големият от PARP ензимите и има мотив за разпознаване на РНК (RRM) в неговия N-край, последван от дълъг присъщо неподреден регион, чиято функция все още не е известна [118]. PARP14 се свързва с 3'UTR на иРНК на тъканния фактор в синергия с тристетрапролин (TTP) при липополизахаридна (LPS) стимулация (Таблица 1) [119]. Въпреки това кои домейни на PARP14 участват в това взаимодействие или дали PARP14-медиираното ADP-рибозилиране допринася за това взаимодействие остава да се определи [119]. Свързването на нуклеинова киселина на PARP14 също е докладвано от Riley и колеги, които откриват два предполагаеми ДНК мотива, разпознати от PARP14 (Таблица 1). Тези мотиви присъстват в промоторната област на интерлевкин-4 (Il-4) и Il-5 и PARP14 изглежда има роля в експресията на Т хелперни тип 2 (Th2) цитокини [ 120]. Това допълнително се подкрепя от открития за ролята на PARP14 при алергични реакции при мишки [121]. Установено е, че PARP14 е локализиран главно в цитозола и се премества в ядрото при лечение с LPS [113]. Изглежда също, че участва в транслокацията на други протеини към ядрото, особено тези, които са индуцируеми от IFN [113]. PARP10 е силно експресиран в хематопоетичните клетки, поддържайки функционална роля във вродения имунитет [122]. Подобно на PARP12, PARP10 е доказано, че е ограничителен за вирусна репликация [81,102,103]. Аташева и колеги показаха, че експресията на PARP10 от втори субгеномен промотор в генома VEEV води до инхибиране на транслацията [102]. Как обаче PARP10 пречи на превода остава открит. По същия начин не е ясно дали тази възможна модулация на транслацията придава неговата антивирусна активност.
Таблица 1. Преглед на РНК-свързващите модалности на класическите PRRs и IFN-регулираните PARPs.
Наскоро неструктурен протеин (nsP) 2 на CHIKV беше идентифициран като PARP10 субстрат. MARилирането уврежда протеолитичната активност на nsP2, която е от съществено значение за репликацията [81]. CHIKV nsPs се превеждат като полипротеини, които трябва да бъдат обработени в отделните nsPs, които впоследствие образуват функционалния репликационен комплекс [123]. По този начин, антивирусната активност на PARP10 може да бъде медиирана поне отчасти чрез модификация и регулиране на вирусни протеини. Интересно е, че MARилирането на CHIKV-nsP2 се наблюдава само когато се имитира вирусна инфекция чрез трансфекция на in vitro транскрибиран РНК репликон. Базираната на плазмид коекспресия на GFP-nsP2 и PARP10 не е достатъчна, за да индуцира MARylation [81]. Подобни резултати са наблюдавани при изследване на ADP-рибозилиране в контекста на инфекция с вируса на миши хепатит (MHV), коронавирус. Установено е, че нуклеокапсидният (N) протеин на MHV е ADP-рибозилиран само при MHV инфекция и неуспешна модификация, когато се експресира екзогенно в клетки [80]. Тези констатации насърчават спекулациите. Необходимо ли е наличието на вирусна РНК за пълното активиране на PARP10, както и на други PARP? N-терминално PARP10 притежава два RRM близо до N-края. Това е последвано от вътрешно неподреден, богат на глицин домен (Фигура 1). Трябва да се проучи дали те позволяват свързването на нуклеинова киселина, за да се отговори на въпроса дали PARP10 може да функционира като PRR. Както беше посочено по-горе, РНК е идентифицирана като субстрат за MARylation [83,84,124,125]. Изолираните каталитични домени на PARP10, както и PARP15 са способни да MARилират крайния 50 фосфат на ssRNA in vitro. Въпреки това, вариантите с пълна дължина на тези протеини не успяха да направят това in vitro [83,84]. ADP-рибозилтрансферазата, идентифицирана в MARylate RNA като протеин с пълна дължина in vitro и в клетки, е TRPT-1. Доказано е, че MARилирането на 50 -P-RNA предотвратява транслацията [84].
4.5. Перспектива за IFN-регулирани PARPs като сензори на вирусна РНК
cistanche tubulosa - подобряват имунната система
Какво може да се извлече от тези открития? Съвсем ясно е, че PARP участват в антивирусната защита. Има все повече доказателства, свързващи тази подгрупа от IFN-реагиращи PARP ензими с вродения имунитет, както е обобщено в последните прегледи [16,109,118]. Въпреки това, тъй като това е доста нововъзникваща и бързо развиваща се изследователска област, има много отворени въпроси, които трябва да бъдат разгледани и отговорени. Освен индукция от IFN, ние едва ли разбираме как се регулира експресията на тези PARP гени и функцията на кодираните протеини. Как се регулира тяхната каталитична активност? Нужна ли е прецизна регламентация на дейността на MAR? Как се постига оборотът на тези протеини? Какви са функциите на различните протеинови домени, с които са оборудвани тези PARP протеини? Има ли кръстосано взаимодействие между тези различни домейни и, разширявайки се върху това, предоставят ли функционалност, отделена от дейността на MAR? Освен това, как отделните ензими си взаимодействат, за да допринесат за установяването на силен антивирусен отговор? Какви са субстратните молекули (протеин или нуклеинови киселини) за фина настройка на имунен отговор към един или друг патоген? Как се постига специфичност? В този последен раздел искаме да спекулираме относно възможните отговори на тези въпроси. Въз основа на тяхната организация на домейна (Фигура 1), ние спекулираме, че тази подгрупа от PARPs взаимодейства с чужди, но вероятно също и с клетъчни нуклеинови киселини. Вирусните РНК показват много вторични структури, които заедно с последователността и/или модификацията на РНК могат да позволят разпознаване и свързване [126,127]. Тези сложни вторични структури, разположени предимно в 5'UTR и 3'UTR на вирусни РНК, ги предпазват от разпознаване от много ssRNA сензори [128]. В допълнение, вирусите са развили различни стратегии, като изтръгване на капачка (кражба на капачката от иРНК на гостоприемника) или имитация на капачка, за да избегнат разпознаването от класическите PRR [129]. По този начин е възможно PARPs, като PARP9, да влязат в действие (Фигура 3). Чрез свързване на РНК те могат да подпомогнат активирането на класическите PRRs, както е показано за PARP13 в съгласие с RIG-I [11].
Фигура 3. IFN-регулирани PARP като сензори за чужда РНК и възможни последствия от това взаимодействие.
Директната връзка с активирането на инфламазома все още не е изяснена, но NLRP3, който се активира върху широк спектър от РНК, разчита изцяло на допълнителни протеини, тъй като няма присъща способност за свързване на РНК [49]. В такива сценарии PARP могат да влязат в действие, за да усетят нуклеиновите киселини и като следствие да се свържат с и да медиират PRR активирането. Това може да се контролира от MARylation. Наистина, ADP-рибозилирането на NLRP3 вече е показано. Парилирането от PARP1 допринася за неговото активиране и последващо сглобяване на инфламазома [130]. Доказано е, че по-нататъшното MARилиране на NLRP3 от бактериални токсини допринася за активиране на инфламазома [131]. Ще бъде интересно да се тества дали IFN-регулираните PARP могат да преодоляват РНК-чувствителност и активиране на инфламазома и дали това е независимо от MARylation. РНК-свързването може да задейства активирането на PARP ензимите и да допринесе за специфичността, както се предполага от откритията с CHIKV-nsP2 или N-протеина на MHV (Фигура 3) [80,81]. В тези проучвания модификацията на вирусните протеини може да се наблюдава само след инфекция и следователно наличието на вирусна РНК. Концепцията за активиране на ензим, зависим от нуклеинова киселина, е известна отдавна за PARP1, който се активира напълно само при наличието на нарязана ДНК поради кръстосаното взаимодействие между ZnF III и ART домейна [132]. Подобно пресичане на домейни е добре представимо и за IFN-регулираните PARPs. Друг начин на активиране, макар и силно спекулативен в момента, може да бъде сравним с това как се активира RIG-I [25]. RRM и дългата вътрешно разстроена богата на глицин област, присъстваща в PARP10 и PARP14, могат да допринесат за неактивна конформация, която се отваря, когато протеините взаимодействат с РНК (Фигура 3). Такава по-отворена конформация може след това да позволи каталитична активност и/или разпознаване на субстрати. По този начин ще бъде интересно да се изясни дали възникват такива вътрешномолекулни взаимодействия и как те се регулират. Освен това наскоро се обсъжда разнородността на PARP ензимите [133]. Промискуитетът може да бъде преодолян от кофактори. Например, HPF-1 насочва активността на PARP1 към модификация на серина и се обсъжда, че DTX3L придава каталитична активност на PARP9 [108,134]. Интересна идея е, че в допълнение към протеините, действащи като кофактори, РНК може също да предаде специфичност, като по този начин измества потенциален репертоар от субстрати (Фигура 3). Мислейки по-нататък, РНК свързването може също да доведе до специфична модификация на субстрата вместо автомодификация. Освен това е показано, че инхибирането на каталитичната активност на някои PARP повишава тяхната стабилност, което показва, че автомодифицирането провокира протеазомно разграждане [82]. По този начин, РНК-свързването на тези PARPs може да намали автомодификацията поради промените в субстратната специфичност, като по този начин насърчава стабилността на IFN-реагиращите PARPs. Това увеличение на протеина може да е важно за повишаване на клетъчния капацитет за разпознаване на патогенни нуклеинови киселини. Освен това, след като инфекциозният стрес бъде разрешен и чуждата РНК се елиминира от клетките, PARP ще се върнат обратно към автоматична модификация, насърчавайки тяхното разграждане. По този начин такъв сценарий първоначално ще засили и впоследствие ще участва в навременното изключване на вродения имунен отговор, като по този начин ще предотврати токсичните ефекти поради факта на превишаване на имунитета. РНК-свързващият капацитет на PPARP ензимите може да попречи на вирусната транслация. Алфавирусите, например, съдържат високо съдържание на CpG и следователно се разпознават и насочват от PARP13 [129]. На свой ред е показано, че PARP13 взаимодейства с еукариотния фактор за иницииране на транслацията 4G (eIF-4G) и eIF-4A [129]. Свързаните с макродомейни PARP може да попречат на транслацията на SARS-CoV-2 РНК. SARS-CoV-2 nsP3 се локализира в двумембранни везикули, получени от ER [60]. Показано е, че SUD на nsP3, състоящ се от два вирусни макродомена и домейна, предхождащ убиквитин-подобна 2 (Ubl2) и папаиноподобна протеаза 2 (PL2pro) (DPUP), взаимодейства с рибозоми и протеин 1, взаимодействащ с полиаденилат-свързващ протеин ( PAIP1) [128]. Смята се, че това взаимодействие е от решаващо значение за вирусния превод. Освен това е известно, че макродомейните в SUD са способни да свързват G-квадруплекси и, в случай на макро3, вероятно поли-А [128]. Свързването на вирусна РНК към макродомейните nsP3 SUD може също да ги предпази от разпознаване от човешки макродомени. Въпреки това, това предположение все още е доста неясно, тъй като все още не е доказано, че вирусната РНК се свързва с CoV-2 SUD MD, нито че човешките MDs биха могли да се ангажират с вирусната РНК тук. Алтернативно, вирусните макродомени могат да се свържат с мРНК на гостоприемника и по този начин да възпрепятстват транслацията им заедно с nsP1 [128]. Въпреки това, и в двата случая е интересно да се отбележи близостта на вирусния макро1, съседен на N-терминала до SUD. Macro1 има хидролазна активност, което предполага, че PARPs или ADP-рибозилирането участват в атенюирането на вируси чрез намеса в техния транслация [135]. Самата вирусна РНК може да бъде субстрат (Фигура 3). Проучванията in vitro не успяха да покажат MARилиране чрез PARP10 или PARP15 в пълна дължина [84]. Обаче, като се има предвид изкуствената природа на 5'-P-RNA-разтягането, използвано в тези in vitro експерименти, не може да се изключи модификация на RNA от PARP ензими. Отново, структурни и/или последователни мотиви на РНК могат да бъдат важни за свързване и за промяна на активността и/или специфичността на MARylation, аспекти, които трябва да бъдат изяснени от бъдещи изследвания. Взаимодействието и сътрудничеството между PARP може също да бъде медиирано от РНК. Няколко от тези PARP, поне когато са свръхекспресирани, изглежда образуват кондензати в клетките [136]. РНК играе важна роля като скеле в много кондензати. MARилирането може в допълнение към РНК да позволи набирането на тези PARPs към такива кондензати. Въз основа на проучвания с TARG1, РНК свързването и свързването с APD-рибоза изглежда не са изключителни, което предполага, че макродомейните може да са способни да разпознават MAR сигнали, както и РНК по едно и също време [86]. След тази доста спекулативна идея за PARPs като сензори на чужда РНК и потенциалните последици от това взаимодействие с RRNA, все още има един очевиден въпрос, на който трябва да се отговори. Регулираните с IFN PARP имат ли нужда от строго регулиране? Тъй като те участват във вродения имунитет, дали дерегулацията или активиращите мутации свързват PARP с автоимунни заболявания? Трябва да се отбележи също, че PARP ензимите могат да действат като нож с две остриета, не само да играят антивирусна роля, но и да бъдат използвани от някои вируси. Един такъв кандидат може да бъде PARP11, като противовес на сигнализирането на IFN [106].
cistanche tubulosa - подобрява имунната система
5. Изводи
През последните години бяха създадени няколко линии доказателства, показващи, че подгрупа от MARylating ARTDs играе роля във вродения имунитет. С протеините и напоследък също РНК, които са субстрати на потенциалните механизми на MARylation и как те осигуряват силен антивирусен отговор, се обсъждат и оценяват. В допълнение към ART домейна и модулацията чрез каталитична активност, потенциалните роли на различни други домейни, с които са оборудвани IFN-регулираните PARPs, влизат във фокуса за техния възможен принос към антивирусните дейности. Разбира се, ние сме далеч от разбирането на необходимите подробности за функциите на тези PARP протеини, за да начертаем цялостна картина на тяхното участие във вродения имунитет. Въпреки това, в този преглед ние представяме възможности за това как допълнителните домейни освен домейна ART могат да допринесат за вроденото имунно сигнализиране. Получаването на по-пълно разбиране на техните функции и взаимодействие с вирусни и гостоприемни фактори, както протеини, така и РНК, със сигурност ще определи нови отправни точки за фармакологична намеса.
Препратки
1. Карти, М.; Гай, С.; Bowie, AG Откриване на вирусни инфекции чрез вроден имунитет. Biochem. Pharmacol. 2021, 183, 114316. [CrossRef] [PubMed]
2. Чоу, КТ; Гейл, М., младши; Loo, YM RIG-I и други РНК сензори в антивирусния имунитет. Annu. Rev. Immunol. 2018, 36, 667–694. [CrossRef] [PubMed]
3. Said, EA; Трембле, Н.; Ал-Балуши, MS; Ал-Джабри, АА; Lamarre, D. Вируси, наблюдавани от нашите клетки: Ролята на вирусните РНК сензори. J. Immunol. Рез. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]
4. Фицджералд, Калифорния; Kagan, JC Toll-подобни рецептори и контрол на имунитета. Cell 2020, 180, 1044–1066. [CrossRef]
5. Hopfner, KP; Hornung, V. Молекулярни механизми и клетъчни функции на cGAS-STING сигнализиране. Нац. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 21, 501–521. [CrossRef]
6. Lugrin, J.; Martinon, F. AIM2 инфламазома: Сензор за патогени и клетъчни смущения. Immunol. Rev. 2018, 281, 99–114. [CrossRef]
7. Rehwinkel, J.; Gack, MU RIG-I-подобни рецептори: Тяхната регулация и роли в РНК отчитането. Нац. Rev. Immunol. 2020, 20, 537–551. [CrossRef]
8. Джао, К.; Zhao, W. NLRP3 Inflammasome-ключов играч в антивирусните реакции. Преден. Immunol. 2020, 11, 211. [CrossRef]
9. Шли, М.; Хартман, Г. Разграничаване на себе си от не-себе си при отчитане на нуклеинова киселина. Нац. Rev. Immunol. 2016, 16, 566–580. [CrossRef]
10. Шварц, SL; Conn, GL РНК регулиране на антивирусния протеин 20 -50 -олигоаденилат синтетаза. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 2019, 10, e1534. [CrossRef]
11. Фикарели, М.; Нийл, SJD; Swanson, CM Целенасочено ограничаване на експресията и репликацията на вирусен ген от антивирусната система ZAP. Annu. Вирол. 2021, 8, 265–283. [CrossRef]
12. Ошиуми, Х.; Kouwaki, T.; Seya, T. Допълнителни фактори на цитоплазмени вирусни РНК сензори, необходими за антивирусен вроден имунен отговор. Преден. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]
13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-box helicases: Мултифункционални регулатори в антивирусния вроден имунитет. клетка. Mol. Life Sci. 2021, 79, 2. [CrossRef]
14. Уилямс, FP; Haubrich, K.; Perez-Borrajero, C.; Hennig, J. Възникващи РНК-свързващи роли в TRIM семейството на убиквитин лигази. Biol. Chem. 2019, 400, 1443–1464. [CrossRef]
15. Xing, J.; Джан, А.; Du, Y.; Фанг, М.; Minze, LJ; Liu, YJ; Li, XC; Zhang, Z. Идентифициране на поли (ADP-рибоза) полимераза 9 (PARP9) като неканоничен сензор за РНК вирус в дендритни клетки. Нац. Общ. 2021, 12, 2681. [CrossRef]
16. Люшер, Б.; Verheirstraeten, М.; Krieg, S.; Korn, P. Вътреклетъчни моно-ADP-рибозилтрансферази в интерфазата гостоприемник-вирус. клетка. Mol. Life Sci. 2022, 79, 288. [CrossRef]
17. Дуан, Т.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, RF Toll-подобно рецепторно сигнализиране и неговата роля в клетъчно-медиирания имунитет. Преден. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]
18. Линд, NA; Rael, VE; Пестал, К.; Лиу, Б.; Barton, GM Регулиране на чувствителните към нуклеинова киселина Toll-подобни рецептори. Нац. Rev. Immunol. 2022, 22, 224–235. [CrossRef]
19. Vierbuchen, T.; Щайн, К.; Heine, H. РНК взема своите жертви: Въздействие на РНК-специфични Toll-подобни рецептори върху здравето и болестта. Алергия 2019, 74, 223–235. [CrossRef]
20. Кросли, MP; Песен, C.; Бочек, MJ; Чой, JH; Kousorous, J.; Sathirachinda, A.; Lin, C.; Brickner, JR; Бай, Г.; Lans, H.; et al. Цитоплазмени РНК-ДНК хибриди, получени от R-контур, активират имунен отговор. Nature 2023, 613, 187–194. [CrossRef]
21. Вонгсурават, Т.; Гупта, А.; Jenjaroenpun, P.; Оуенс, С.; Forrest, JC; Nookaew, I. R-loop-forming Sequences Analysis в хиляди вирусни геноми идентифицират нов общ елемент в херпесвирусите. Sci. Rep. 2020, 10, 6389. [CrossRef] [PubMed]
22. Танджи, Х.; Ohto, U.; Шибата, Т.; Таока, М.; Yamauchi, Y.; Изобе, Т.; Мияке, К.; Shimizu, T. Toll-подобен рецептор 8 усеща продуктите на разграждане на едноверижна РНК. Нац. Структура. Mol. Biol. 2015, 22, 109–115. [CrossRef] [PubMed]
23. Джан, З.; Ohto, U.; Шибата, Т.; Краюхина, Е.; Таока, М.; Yamauchi, Y.; Танджи, Х.; Изобе, Т.; Учияма, С.; Мияке, К.; et al. Структурен анализ разкрива, че Toll-подобен рецептор 7 е двоен рецептор за гуанозин и едноверижна РНК. Имунитет 2016, 45, 737–748. [CrossRef] [PubMed]
24. Торесен, Д.; Wang, W.; Галс, Д.; Guo, R.; Xu, L.; Pyle, AM Молекулярният механизъм на RIG-I активиране и сигнализиране. Immunol. Rev. 2021, 304, 154–168. [CrossRef] [PubMed]
25. Wang, W.; Pyle, AM Рецепторът RIG-I приема две различни конформации за разграничаване на лигандите на гостоприемника от вирусната РНК. Mol. Клетка 2022, 82, 4131–4144.e6. [CrossRef]
26. Берке, IC; Li, Y.; Modis, Y. Структурна основа на вроденото имунно разпознаване на вирусна РНК. клетка. Microbiol. 2013, 15, 386–394. [CrossRef]
27. Bruns, AM; Horvath, CM LGP2 синергия с MDA5 в RLR-медиирано РНК разпознаване и антивирусно сигнализиране. Цитокин 2015, 74, 198–206. [CrossRef]
28. Ву, Б.; Peisley, A.; Richards, C.; Яо, Х.; Zeng, X.; Lin, C.; Чу, Ф.; Валц, Т.; Hur, S. Структурна основа за разпознаване на dsRNA, образуване на нишки и активиране на антивирусен сигнал от MDA5. Cell 2013, 152, 276–289. [CrossRef]
29. Сато, Т.; Kato, H.; Kumagai, Y.; Йонеяма, М.; Сато, С.; Мацушита, К.; Tsujimura, T.; Фуджита, Т.; Акира, С.; Takeuchi, O. LGP2 е положителен регулатор на RIG-I- и MDA5-медиирани антивирусни отговори. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2010, 107, 1512–1517. [CrossRef]
30. Джу, З.; Джан, X.; Wang, G.; Zheng, H. Лабораторията по генетика и физиология 2: Нововъзникващи прозрения за противоречивите функции на този рецептор, подобен на RIG-I. BioMed Res. Вътр. 2014, 2014, 960190. [CrossRef]
31. Санчес Дейвид, RY; Combredet, C.; Сисмейро, О.; Дилис, Масачузетс; Ягла, Б.; Coppee, JY; Мура, М.; Guerbois Galla, M.; Despres, P.; Танги, Ф.; et al. Сравнителен анализ на вирусни РНК сигнатури върху различни RIG-I-подобни рецептори. Elife 2016, 5, e11275. [CrossRef]
32. Рен, X.; Линехан, ММ; Ивазаки, А.; Pyle, AM RIG-I селективно дискриминира 50 -монофосфатната РНК. Cell Rep. 2019, 26, 2019–2027.e2014. [CrossRef]
33. Ли, X.; Liu, CX; Xue, W.; Джан, Й.; Jiang, S.; Ин, QF; Wei, J.; Яо, RW; Янг, Л.; Chen, LL Координирана circRNA биогенеза и функция с NF90/NF110 при вирусна инфекция. Mol. Cell 2017, 67, 214–227.e217. [CrossRef]
34. Сайто, Т.; Оуен, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Вроден имунитет, индуциран от зависимо от състава RIG-I разпознаване на РНК на вируса на хепатит С. Nature 2008, 454, 523–527. [CrossRef]
35. Шнел, Г.; Loo, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Уридиновият състав на поли-U/UC тракта на HCV РНК дефинира несаморазпознаване от RIG-I. PLoS Pathog. 2012, 8, e1002839. [CrossRef]
36. Пейсли, А.; Джо, MH; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, М.; Валц, Т.; Hohng, S.; Hur, S. Кинетичен механизъм за дискриминация на дължината на вирусна dsRNA от MDA5 филаменти. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2012, 109, E3340–E3349. [CrossRef]
37. Пейсли, А.; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, М.; Лиу, М.; Валц, Т.; Hur, S. Кооперативно сглобяване и динамично разглобяване на MDA5 нишки за разпознаване на вирусна dsRNA. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2011, 108, 21010–21015. [CrossRef]
38. Pippig, DA; Хелмут, JC; Cui, S.; Kirchhofer, A.; Lammens, K.; Lammens, A.; Schmidt, A.; Rothenfusser, S.; Hopfner, KP Регулаторният домейн на ATPase LGP2 от семейството RIG-I усеща двойноверижна РНК. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 2014–2025. [CrossRef]
39. Учикава, Е.; Летие, М.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Структурен анализ на свързването на dsRNA с антивирусни рецептори за разпознаване на модели LGP2 и MDA5. Mol. Cell 2016, 62, 586–602. [CrossRef]
40. Лемер, Пенсилвания; Андерсън, Е.; Lary, J.; Cole, JL Механизъм на PKR активиране от dsRNA. J. Mol. Biol. 2008, 381, 351–360. [CrossRef]
41. Джън, X.; Bevilacqua, PC Активиране на протеин киназата PKR чрез къси двойноверижни РНК с едноверижни опашки. РНК 2004, 10, 1934–1945. [CrossRef] [PubMed]
42. Налагатла, SR; Hwang, J.; Toroney, R.; Джън, X.; Камерън, CE; Bevilacqua, PC 50 -трифосфат-зависимо активиране на PKR от РНК с къси стволови бримки. Наука 2007, 318, 1455–1458. [CrossRef] [PubMed]
43. Cole, JL Активиране на PKR: отворен и затворен случай? Trends Biochem. Sci. 2007, 32, 57–62. [CrossRef] [PubMed]
44. Донован, Дж.; Dufner, М.; Korennykh, A. Структурна основа за наблюдение на цитозолна двойноверижна РНК от човешка олигоаденилат синтетаза 1. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2013, 110, 1652–1657. [CrossRef]
45. Ибсен, MS; Гад, HH; Thavachelvam, K.; Boesen, T.; Despres, P.; Хартман, Р. Ензимите 20 -50 -олигоаденилат синтетаза 3 мощно синтезират 20 -50 -олигоаденилатите, необходими за активиране на РНКаза L. J. Virol. 2014, 88, 14222–14231. [CrossRef]
46. Кул, А.; Део, С.; Booy, EP; Orriss, GL; Генунг, М.; McKenna, SA Влияние на характеристиките на двойноверижната РНК върху активирането на човешка 20 -50 -олигоаденилат синтетаза 2 (OAS2). Biochem. клетка. Biol. 2020 г., 98, 70–82. [CrossRef]
47. Хуанг, Х.; Zeqiraj, E.; Донг, Б.; Jha, BK; Дъфи, NM; Орлики, С.; Thevakumaran, N.; Талукдар, М.; Пилон, MC; Чекарели, DF; et al. Димерната структура на псевдокиназа РНКаза L, свързана с 2-5A, разкрива основа за индуцирана от интерферон антивирусна активност. Mol. Cell 2014, 53, 221–234. [CrossRef]
48. Ман, SM; Карки, Р.; Kanneganti, TD AIM2 инфламазома при инфекция, рак и автоимунитет: Роля в ДНК усещането, възпалението и вродения имунитет. Евро. J. Immunol. 2016, 46, 269–280. [CrossRef]
49. Xiao, TS Инфламазомите, чувствителни към нуклеинова киселина. Immunol. Rev. 2015, 265, 103–111. [CrossRef]
50. Kumar, V. Триединството на cGAS, TLR9 и ALRs Пазители на клетъчната галактика срещу собствена ДНК, получена от хост. Преден. Immunol. 2020, 11, 624597. [CrossRef]
51. Крупина, К.; Гогинашвили, А.; Cleveland, DW Причини и последствия от микроядра. Curr. мнение Cell Biol. 2021, 70, 91–99. [CrossRef]
52. Bohn, JA; DaSilva, J.; Kharytonchyk, S.; Мерцедес, М.; Vosters, J.; Телесницки, А.; Hatziioannou, Т.; Smith, JL Гъвкавостта в свързването на нуклеинова киселина е централна за антивирусната активност на APOBEC3H. J. Virol. 2019, 93, e01275-19. [CrossRef]
53. Фулам, А.; Schroder, M. DExD/H-box РНК хеликази като медиатори на антивирусен вроден имунитет и основни фактори на гостоприемника за вирусна репликация. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1829, 854–865. [CrossRef]
54. Кантон, Дж.; Neculai, D.; Grinstein, S. Scavenger рецептори в хомеостазата и имунитета. Нац. Rev. Immunol. 2013, 13, 621–634. [CrossRef]
55. Шверк, Й.; Soveg, FW; Райън, AP; Томас, KR; Хатфийлд, LD; Озаркар, С.; Forero, A.; Кел, AM; Роби, JA; И така, Л.; et al. Изоформите на РНК-свързващия протеин ZAP-S и ZAP-L имат различни антивирусни и имунни разделителни функции. Нац. Immunol. 2019, 20, 1610–1620. [CrossRef]
56. Хаякава, С.; Ширатори, С.; Ямато, Х.; Камеяма, Т.; Kitatsuji, C.; Кашиги, Ф.; Гото, С.; Камеока, С.; Фуджикура, Д.; Ямада, Т.; et al. ZAPS е мощен стимулатор на сигнализиране, медиирано от РНК хеликазата RIG-I по време на антивирусни реакции. Нац. Immunol. 2011, 12, 37–44. [CrossRef]
