Schlafens може да приспи вирусите, част 1

Резюме:

Генната фамилия Schlafen кодира протеини, участващи в различни биологични задачи, включително клетъчна пролиферация, диференциация и развитие на Т-клетки. Schlafens първоначално са открити при мишки и са изследвани в контекста на биологията на рака, както и тяхната роля в защитата на клетките по време на вирусна инфекция. Това семейство протеини осигурява антивирусни бариери чрез преки и непреки ефекти върху вирусната инфекция. Schlafens може да инхибира репликацията на вируси както с РНК, така и с ДНК геноми. В този преглед ние обобщаваме клетъчните функции и възникващата връзка между Schlafens и вродения имунитет. Ние също така обсъждаме функциите и отличията на това нововъзникващо семейство протеини като рестрикционни фактори на гостоприемника срещу вирусна инфекция. По-нататъшното изследване на функцията на протеина Schlafen ще даде представа за механизмите, които допринасят за вътрешния и вроден имунитет на гостоприемника.

Семейните кодове на гените са тясно свързани с имунитета. Множество генни семейства кодират протеини и молекули, представляващи специфични имунни клетки, които работят в тясно сътрудничество, за да координират и активират имунните отговори.

Едно от най-важните генни семейства е имуноглобулиновото семейство, известно също като имуноглобулиново суперсемейство. Това семейство кодира серия от имуноглобулинови молекули, включително IgG, IgM, IgA, IgE и IgD. Тези имуноглобулинови молекули могат да свързват чужди антигени и да активират специфични имунни отговори. В допълнение, членовете на семейството на имуноглобулините също могат да активират и регулират активността на имунните клетки чрез свързване с рецептори на повърхността на имунните клетки.

Друго важно генно семейство е семейството на човешки левкоцитен антиген (HLA), известно също като комплекс на хистосъвместимост. Това семейство кодира човешки левкоцитни антигени, които присъстват в основните човешки тъкани и могат да разпознават и свързват чужди антигени и да ги показват на Т клетки в имунната система, като по този начин предизвикват клетъчен имунен отговор.

В допълнение, има много други генни семейства, кодиращи протеини, свързани с имунитета, като семейството на хемокините, семейството на нитрит синтазата и т.н.

Следователно, протеините, кодирани от семейството на гените, са критични за регулиране на имунния отговор и повишаване на имунитета. Мутации или вариации в някои гени могат да доведат до анормална имунна функция, водеща до заболявания като автоимунни заболявания, имунодефицитни заболявания и инфекциозни заболявания. Следователно, изучаването на връзката между кодирането на генното семейство и имунитета е от голямо значение за превенцията и лечението на тези заболявания. Затова трябва да обърнем специално внимание на подобряването на имунитета си. Cistanche може да повиши имунитета, а полизахаридите в месото могат да регулират имунния отговор на човешката имунна система, да подобрят способността за стрес на имунните клетки и да подобрят бактерицидния ефект на имунните клетки.

Кликнете върху добавката Cistanche deserticola

Ключови думи:

Шлафен; SLFN; вроден имунитет; вирус; ограничителен фактор; имунно избягване.

1. Въведение

През 1998 г. генът Schlafen (SLFN за хора; Slfn за мишки) беше докладван за първи път при изследване на развитието на миши тимус. Първите открити Schlafens са миши гени Slfn1–4. Когато Slfn1 се експресира ектопично в NIH-3T3 фибробласти, той индуцира G0/G1 спиране на клетъчния цикъл; това наблюдение доведе до изковаването на термина "schlafen" от немската дума, означаваща "да спя" [1].

По-късно изследване установи, че Schlafens играят роля в различни клетъчни функции, включително антипролиферация и клетъчна диференциация [2–7], миграция на ракови клетки, пролиферация и предотвратяване на инвазия [8–11], сенсибилизиране на раковите клетки към ДНК-увреждания лекарства [12–17] и инхибиране на вирусната репликация [18–24]. Тъй като проучванията върху семейството Schlafen се разшириха през последните години, беше постигнат значителен напредък към разбирането как протеините в това семейство имат различни функции. Отлични скорошни прегледни статии описват тяхното значение за областта на раковата биология [25].

Протеините Schlafen също играят роля в контролирането на вирусите и имунната система на гостоприемника. Тук разглеждаме функционалните прилики и разлики между членовете на семейство Schlafen по отношение на техните роли в регулирането на вирусологични и имунологични характеристики. Тези скорошни открития вдъхновяват бъдещи насоки за изследване на това нововъзникващо семейство протеини.

2. Членове на семейство Schlafen и протеинов състав

Членовете на семейството на ген Schlafen са силно хомоложни в много видове бозайници. Девет Schlafen протеина се експресират в мишки от хромозома 11, а шест са открити при хора от хромозома 17 (Фигура 1) [3,26]. Въпреки че Slfn-подобен 1 (Slfn1L) се експресира върху миша хромозома 4, има мнение, че той не се счита за „достоверен член на семейство Schlafen поради изключително ниското сходство със Slfn гените [26,27]. В допълнение, Slfn6 и Slfn7 се считат за последователности, получени от Slfn3 или Slfn4 изоформи или други миши паралози [1,27].

Членовете на Schlafen попадат в три отделни групи, всяка със своя уникален набор от характеристики и функции (Фигура 1). Група I има различен домен, свързан с AAA ATPase, съдържащ общ регион на Slfn-box, който е наречен основен домейн на Schlafen и се споделя с другите две групи [2, 28–31]. Ядреният домейн на Schlafen е с форма на подкова и съдържа мотиви от цинкови пръсти, които са силно запазени във всички членове на протеините от семейство Schlafen.

Групи II и III съдържат допълнителен линкер домейн след основния домейн на Schlafen, който съдържа SWADL мотива, дефиниран от модела на аминокиселинната последователност SW-(A/S)-(V/G/L)-D-(L/I/ V) с неизвестна функция [3,29]. Само протеини от група III имат разширен карбоксил (C)-краен домен, който съответства на суперсемейство I на ДНК/РНК хеликази [2]. В основния домейн на Шлафен липсва мотивът на Уокър. Walker A и B представляват структурни мотиви за нуклеотидно свързване и са открити в AAA семейството на АТФази [32].

Поради отсъствието на Walker мотиви, протеините на Schlafen в групи I и II може да нямат АТФазна активност. Предполагаемите ДНК/РНК хеликазни домени на някои членове на Шлафен от група III имат ААА домени с мотиви на Уокър, които изглеждат ензимно функционални [18,33,34]. Те са непълни при миши и човешки Schlafen 14, които притежават само мотива Walker B [31]. В допълнение, С-терминалното разширение на някои Schlafens от група III притежава сигнал за ядрена локализация (NLS) и може да има ядрени функции (Фигура 1) [20,24,25]

С изключение на птицечовката, еднопроходна, семейство Schlafen се среща при почти всички бозайници. Последователности, подобни на гените на Schlafen, са открити в земноводните Xenopus laevis и видовете риби Callorhincuys milii, но не и в други организми, различни от бозайници. Интересното е, че последователности, подобни на Schlafens, са открити чрез биоинформационен анализ на геноми за ортопоксвирус (OPV), като вируси на ваксиния, вариола (едра шарка) и кравешка шарка [1]. Последващото секвениране на вируса на камилската шарка (CMLV) идентифицира друг Schlafen-подобен протеин, наречен 176R. Този протеин се състои от 502 аминокиселини и има С-терминална последователност, която е сравнима с основния домен на Schlafen на миши Schlafens. Някои от тези вирусни Schlafen (v-Slfn) гени запазват цяла отворена четяща рамка (ORF).

Докато ORF за v-Slfn е непокътнат в геномите на вирусите на камилска шарка, маймунска шарка, кравешка шарка, миша шарка и татерапокс, протеиновата експресия е ограничена в други OPVs, като ваксиниа вируса (VACV), поради фрагментация на ORF [1,26 ,35]. Установено е, че последователностите на v-Slfn са подобни на Schlafen от мишка и плъх от група I, но им липсва С-терминален домейн. Това предполага, че докато прогениторният вирус на OPV може да е придобил интактен Schlafen от гризачи, ORF е фрагментиран поради мутации, придобити с времето [26,27].

3. Регулирана експресия на Schlafens в имунната система

Установено е, че членовете на семейство Schlafen се индуцират от няколко стимула, включително CpG-DNA [36], LPS [36–38] и патогени, като Brucella, Listeria [39] и риновирус [37]. Тип I IFN и IFN рецептори са замесени в индуцирането на Schlafen гени, което предполага, че Schlafens са IFN-стимулирани гени (ISG). През 2010 г. за първи път беше съобщено, че IFN влияе върху експресията на членовете на генното семейство Schlafen [40]. Данните, представени в това проучване, разкриват, че тип I IFN е мощен индуктор на многобройни миши членове на семейство Schlafen, включително членове на група I (Slfn1 и Slfn2), група II (Slfn3) и група III (Slfn5 и Slfn8). IFN-активираните Stat протеини и p38 MAP киназа действат по различен начин в тяхната регулация на индуцираната от интерферон експресия [41].

При делеция на Stat1 в миши ембрионални фибробласти, IFN-зависимата експресия на всички гени на Schlafen е намалена спрямо родителските клетки, варираща от частично намаляване на Slfn3 до тотални транскрипционни дефекти в Slfn1, 2, 5 и 8. Интересното е, че експресията на Slfn5 е напълно независимо от Stat3, но беше увеличено в Stat3 нокаут клетки. Функцията на p38 MAPK-активирани сигнални каскади е необходима за пълното транскрипционно активиране на ISG. Въпреки това, докато p38 MAPK е необходим за IFN-зависима експресия на Schlafen гени в групи I и II, интересно е, че генната експресия на група III не зависи от p38 MAPK.

В отсъствието на p38 MAPK, IFN-зависимата mRNA експресия на Slfn1, Slfn2 и в по-малка степен Slfn3 беше потисната. Гените на Schlafen от група III, SLFN5 и SLFN8, от друга страна, са индуцирани от IFN по p38 MAPK-независим начин [41]. Трябва да се отбележи, че нито Stat3, нито p38 MAPK са необходими за индукция на Slfn5, което показва, че в този процес са включени алтернативни регулаторни механизми.

Индукцията на ISG от тип I IFNs изисква наличието на интерферон-стимулирани отговорни елементи (ISREs) в промоторната област на ISG, което позволява транскрипционно активиране чрез свързване на ISGF3 транскрипционния фактор, комплекс от фосфорилирани STAT1/STAT2 хетеродимери, и IRF9 [42]. Индуцируемостта на Schlafens от IFN или IFN стимули е по-ниска, отколкото за MxA, конвенционален ISG [37].

Анализът на местата за свързване на транскрипционния фактор с помощта на програмата MatInspector [43] показа, че MxA има шест ISRE места, докато повечето човешки Schlafen гени имат само един каноничен ISRE [37]. Въпреки че семейството на Schlafen принадлежи към групата на класическите ISG, регулирани от STAT комплекса, някои Schlafens се експресират чрез неканоничните IFN пътища или недефинирани механизми. Значителни нива на Schlafens се експресират в различни клетки, включително първични фибробласти и ракови клетки, в отсъствието на IFN активиране [18, 20, 44].

Чувствителността на експресията на Schlafen към IFN варира в зависимост от типа клетка. Например, експресията на SLFN5 се потиска при злокачествен меланом в сравнение с нормалните меланоцити. Стимулирането с IFN, от друга страна, значително повишава експресията на SLFN5, докато SLFN11, SLFN12 и SLFN13 не са засегнати [40]. Обратно, IFN стимуланти, като поли I: C и 50 pppdsRNA, повишават леко, но не значително експресията на Slfn5 в миши макрофаги RAW 264.7 клетки, докато експресията на Slfn14 е значително повишена [19].

В 50 -страничния участък на гена Slfn2 са открити едно копие на предполагаемо място за свързване на NF-κB и две копия на последователности на свързване на AP{3}}. Доказано е, че лечението с CpG-DNA и LPS на макрофаги изисква функционалното взаимодействие на NF-κB и AP1 в рамките на промоторния елемент [36]. Сканирането на промоторната област на Slfn4 с JASPAR (jaspar.cgb.ki.se) разкрива наличието на AP1 и PU. 1 свързваща последователност, както и две копия на IFN отговорни елементи STAT1 и IRF1 свързващи последователности [38].

В допълнение, място за свързване на Gli1 също съществува в промотора. Gli1, Hedgehog сигнализиращ ефектор, е необходим за активирането на Slfn4 промотора, което означава, че ролята на Slfn4 е критична при появата на макрофаги, експресиращи IL1 или TNF [45]. В раковите клетки епигенетичното инхибиране на генната експресия чрез хиперметилиране на CpG промоторния остров е често срещано явление [46]. Няколко проучвания съобщават за хиперметилиране на SLFN11 генния промотор [14,46–49]. Заглушаването на SLFN11 чрез хиперметилиране на промотор CpG остров е свързано с по-голяма резистентност към платинови съединения за химиотерапия на рак [14]. Хиперметилирането на CpG промоторния остров инактивира SLFN11 генната експресия.

Това метилиране се катализира от две основни ДНК метилтрансферази, DNMT1 и DNMT3B [14]. Фактът, че експресията на DNMT3B в моноцитите е много ниска или едва откриваема [50], може да означава, че повишените нива на експресия на SLFN11 в моноцитите са свързани с хиперметилиране. Също така е известно от проучвания за диференциация на В-клетъчни зародишни центрове, че модификаторите на хистони, като EZH2 и HDACs, регулират епигенетичната експресия на SLFN11 [48].

Освен това е доказано, че експресията на SLFN11 и специфичният за B клетъчната линия репресор PAX5 имат почти перфектна обратна корелация [48]. Потенциално място за свързване на PAX5 (GCGTGAC) съществува в промоторната област на SLFN11, което предполага, че PAX5 може да бъде един от репресорите на SLFN11 в В клетките.

Членовете на Schlafen се експресират в различни фази на развитие на тимоцити и периферна Т-клетъчна активация при мишки. Slfn1 и Slfn2 са драстично повишени по време на прехода от CD4 и CD8 двойно положителни към единично положителни етапи на зреене. Въпреки това нивата на експресия на двата гена намаляват след активиране на Т клетките [1,2,51]. Slfn3 е силно експресиран в единични положителни Т клетки по време на развитието на тимоцитите. Slfn3 също се експресира на по-високо ниво в естествени CD4 плюс CD25 плюс регулаторни Т клетки, отколкото в CD4 плюс CD25- клетки. Експресията на Slfn3 се повишава в CD4 плюс CD25- Т клетки при активиране, но намалява в CD4 плюс CD25 плюс Т клетки след активиране с анти-CD3/CD28 стимулация. TGF-стимулацията също намалява експресията на Slfn3 в CD4 плюс Т клетъчната подгрупа, което предполага, че Slfn3 може да бъде нов маркер за Т клетъчно активиране [52]. Slfn4 се открива рано и намалява по време на развитието на тимоцитите, което показва противоположния феномен на Slfn1 [1,2].

Нивата на Slfn4 mRNA се регулират нагоре по време на активиране на макрофаги, докато те се регулират надолу по време на диференциация. Миелопоезата е нарушена от конститутивната експресия на Slfn4 в миелоидната линия, което предполага, че регулирането на генната експресия на Slfn4 по време на диференциацията на макрофагите е критично и Slfn4 може да действа като модулатор на тази линия [38]. За разлика от другите групи, Slfn5, 8, 9 и 10 в група III не се променят количествено по време на развитието на тимоцитите. По време на активирането на Т клетките обаче имаше значително понижаване на експресията на Slfn5 и Slfn8, докато експресията на Slfn9 се увеличи и експресията на Slfn10 остана относително постоянна [2]. Тъй като SLFN14 се експресира на изключително ниско ниво в Т-клетките, малко вероятно е той да бъде свързан със съдбата на Т-клетките [37].

Човешкото семейство Schlafen също е свързано с пролиферацията на имунните клетки и узряването на Т-клетките. С изключение на SLFN14, всички човешки Schlafen протеини се експресират естествено в моноцити, дендритни клетки, получени от моноцити (moDCs) и Т клетки [37]. Нивата на експресия на SLFN5 в Т клетки и SLFN11 в моноцити и moDCs са особено високи. Експресията на SLFN5 и SLFN11 се променя леко по време на диференциацията на moDC.

Експресията на SLFN12L и SLFN13 е относително скромна в моноцитите в покой, но изглежда е повишена по време на диференциация в moDCs, докато експресията на SLFN12 е значително намалена [37]. По този начин регулирането надолу и регулирането нагоре на всеки протеин от семейство Schlafen може да представлява различни изисквания за тези протеини в moDC функцията.

Интересно е, че изглежда има регулаторен механизъм за обратна връзка за транскрипционен контрол в семейството на Schlafen [53]. Загубата на Slfn3 чрез нокаут намалява експресията на Slfn4, Slfn8 и Slfn9 в лигавицата на илеума, докато увеличава Slfn1 и Slfn5. В допълнение, дефицитът на Slfn3 намалява експресията на Slfn4 и увеличава експресията на Slfn8 и Slfn9 в тимуса и далака, където имунните клетки узряват и/или пролиферират [53]. Промоторите на всички членове на семейство Schlafen съдържат региони за свързване на транскрипционния фактор на Круппел-подобен фактор -6 (KLF6).
Свързаните с NFAT фактори ING4, ZNF333 и KLF4 също се предвижда да се свържат с повечето Schlafen промотори. Тези транскрипционни фактори от семейството на KLF играят различни роли в диференциацията и пролиферацията на стомашно-чревните клетки и имат различни модели на експресия [54]. Това предполага, че членовете на семействата KLF и Schlafen може да имат вериги за обратна връзка, които действат като регулатори на съдбата на стомашно-чревните и имунните клетки по различни начини [53].

4. Имунодефицит на Schlafen Mutants

Наблюдавано е, че мутантът Elektra е хомозиготна мутация на миши Slfn2 и придава уязвимост към вирусни и бактериални инфекции [55]. Степента на смъртност на мишки след инфекция с миши цитомегаловирус (MCMV) е значително висока в сравнение с тази на контролните мишки от див тип [55]. При мишки с фенотип Elektra, CD8 плюс и CD4 плюс Т лимфоцитите не успяват да се разширят. В сравнение с клетките от див тип, тези клетки имат по-висок процент на апоптоза.

Смята се, че в отговор на сигналите за активиране на Т клетки, тази мутация причинява апоптоза [9]. Мишките Elektra също показват значително по-ниско ниво на Т клетки в отговор на инфекция с вируса на лимфоцитен хориоменингит. Т-клетките Elektra, подобно на наскоро активираните Т-клетки, не успяват да поддържат клетъчно покой и навлизат в постмитотична фаза. Т клетките губят потенциала си за пролиферация и умират в отговор на сигнали за пролиферация/активиране, което води до намалени популации на Т клетки в мутантните мишки Elektra [9].

Има съобщения за пациент с голяма хетерозиготна загуба на гените SLFN11, SLFN12 и SLFN13 на хромозома 17 [56]. Установено е, че този пациент има значителни аномалии в Т-клетъчната пролиферация и регулацията на клетъчния цикъл. Интересно е, че пациентът е имал карцином на горната част на бедрото на Меркел, вид карцином, свързан с вирусна инфекция, и се е считало за податлив на рак, след като е бил диагностициран с Т-клетъчен лимфом.

Кръвта и плазмата на пациента съдържаха значителна ДНК на вируса на Epstein-Barr и Torque teno вируса, което показва, че пациентът е уязвим към вирусни инфекции. Пациентът е имал нормално разпределение на CD4 плюс /CD8 плюс имунни клетки и типично разпределение на наивни и паметови клетки, но е имал аберантна Т клетъчна пролиферация и прекомерна Т клетъчна смърт [56].

Мутациите в SLFN14 са свързани с макротромбоцитопения и прекомерно кървене [57–61]. В допълнение, функцията на тромбоцитите е намалена при пациенти с тези мутации [61]. Тази SLFN14 мутация представя специфичен за вида фенотип, с аномалии на тромбоцитите при хора и тежка микроцитна еритроцитоза при мишки [62].

По този начин, SLFN14 може да бъде основен играч в хематопоезата на бозайниците и може да играе роля в определянето на ангажираността на тромбоцитната и еритроидната линия при определени видове. Освен това сега е известно, че тромбоцитите играят роля в различни вродени и адаптивни имунологични реакции, което далеч надхвърля класическата концепция за тромбоцитите като само хемостатични и тромболитични агенти [63]. Следователно може да се докаже, че SLFN14 е дълбоко замесен в имунологичния контрол чрез образуване на тромбоцити и регулиране на функцията.

For more information:1950477648nn@gamil.com