Schlafens може да приспи вирусите, част 2

5. SLFN5 като модулатор на вроден имунен сигнал

Въпреки че тип I IFN играят важна роля в защитата на гостоприемника срещу патогенна инфекция, тяхното производство трябва да бъде правилно регулирано, за да се избегнат прекомерно вредни имунни отговори. По този начин отрицателните регулатори са от съществено значение за клетките да се възстановят от сигнализирането на IFN, тъй като дисрегулацията на производството на IFN води до автоимунни разстройства. Някои ISG могат да регулират пътища, които влияят на тяхното изразяване, положително или отрицателно.

Например, ISG56 е свързан с адапторния протеин STING и нарушава взаимодействието на STING с молекулите надолу по веригата VISA/MAVS или TBK1, инхибирайки индуцираното от вируса IRF3 активиране, експресията на IFN и клетъчните антивирусни отговори. Друг отрицателен регулатор е ISG15 деконюгираща протеаза убиквитин-специфична пептидаза 18 (USP18). USP18 инхибира JAK-STAT сигнализирането чрез взаимодействие с IFNAR2 по протеаза-независим начин [64].

Разединяващата протеаза (uPA) е важна протеаза, която може да разгражда протеини в извънклетъчния матрикс и да участва във физиологични и патологични процеси като клетъчна миграция, туморни метастази и ангиогенеза. От друга страна, имунитетът е важен защитен механизъм на човешкото тяло срещу патогени и туморни клетки. И така, каква е връзката между uPA и имунитета?

Няколко проучвания показват, че uPA може да повлияе на функцията на имунната система чрез няколко механизма. Първо, експресията на uPA и неговия рецептор uPAR може да регулира миграцията и инфилтрацията на имунните клетки, като по този начин повлиява появата на възпаление и имунен отговор. Второ, uPA може да активира други протеази на повърхността на имунните клетки, като ММР, катепсини и т.н., като по този начин участва в биологични процеси като сигнална трансдукция, пролиферация и диференциация. Най-важното е, че uPA може също да повлияе на процеса на имунно наблюдение на тумора, правейки човешката имунна система неспособна да разпознава и атакува раковите клетки, като по този начин насърчава растежа на тумора и метастазите.

Като цяло, ролята на uPA в туморния растеж и патологията е широко проучена, докато ефектът му върху имунната система все още не е проучен допълнително. Бъдещите изследвания могат да започнат от аспектите на uPA в инфилтрацията на имунните клетки, имунната регулация и имунното избягване на тумора, да изследват връзката между uPA и имунната система и да осигурят нови идеи и цели за развитието на лечение на тумори и имунотерапия. От тази гледна точка трябва да обърнем внимание на подобряването на имунитета си. Цистанче може значително да подобри имунитета. Месната паста е богата на различни антиоксидантни вещества, като витамин С, витамин С, каротеноиди и др. Тези съставки могат да поглъщат свободните радикали и да намалят оксидативния стрес. Стимулират и подобряват устойчивостта на имунната система.

Click cistanche tubulosa ползи

Съобщава се, че човешкият SLFN5 е отрицателен регулатор на IFN-индуцирана генна транскрипция [65]. Беше установено, че STAT1 присъства като комплекс, който свързва SLFN5 протеина по тип I IFN-зависим начин и се свързва с ISRE елемента в промотора на ISG. SLFN5 изглежда служи като репресор на STAT1-индуцирана генна транскрипция чрез директно протеиново взаимодействие. В съответствие с това беше демонстрирано, че SLFN5 е обогатен върху промоторите на тип I IFN-индуцируеми ISG, където STAT1 се свързва.

Експериментите с микрочипове разкриха, че нокаутните клетки на SLFN5 експресират повече ISG, отколкото клетките от див тип, което предполага потенциална роля на SLFN5 в регулирането на STAT1-медиирано тип I IFN-индуцирано транскрипционно активиране на ISG [65]. По подобен начин, в човешки фибробласти на препуциума и HeLa клетки, базалното ниво ISG15, добре известен антивирусен протеин, се повишава поради изчерпването на SLFN5; освен това се наблюдава бързо индуциране на експресия на протеин ISG15 от ДНК вируси, като човешки цитомегаловирус (HCMV), [20]. Съответно, SLFN5 изглежда е транскрипционен репресор на IFN-генна транскрипция, както и IFN-стимулиран ген за отговор.

ZEB протеините са цинк-пръст Е хомеобокс-свързващи транскрипционни фактори, най-известни с ролята си в стимулирането на епителен към мезенхимален преход и метастази при някои видове рак, включително BRCA мутантни ракови клетки [66,67]. Те също така се експресират широко от имунните клетки и регулират важни транскрипционни мрежи, необходими за диференциацията, поддържането и функционирането на имунните клетки [68].

Наскоро беше установено, че човешки SLFN5 може да инхибира ZEB1 транскрипцията чрез директно свързване към SLFN5 свързващия мотив на ZEB1 промотора, като по този начин поддържа морфологията на епителните клетки и инхибира метастазите в BRCA мутантни ракови клетки [69,70]. SLFN5 увеличава PTEN чрез понижаване на транскрипцията на ZEB1. Чрез оста PTEN/PI3K/AKT/mTOR, увеличаването на PTEN инхибира растежа на белодробния аденокарцином и насърчава апоптозата [47].

Въпреки че взаимодействието на SLFN5 с промотора ZEB1 в имунните клетки не е потвърдено, тези доклади предполагат ролята на SLFN5 като многофункционален модулатор на имунните клетки. Интересно е, че SLFN12 инхибира ZEB1; въпреки това, за разлика от SLFN5, се предполага, че влияе върху пост-транскрипционната регулация поради неговата цитоплазмена локализация без сигналната последователност на ядрената локализация. Свръхекспресията на SLFN12 ускорява разграждането на ZEB1 протеазома и забавя транслацията на ZEB1 в тройно отрицателни клетки от рак на гърдата [9].

6. SLFN5, нож с две остриета в терапията с IFN

Някои злокачествени заболявания могат да бъдат лекувани с терапия с IFN в комбинация с химиотерапия и лъчетерапия. Хематологичните злокачествени заболявания и лимфоми могат да бъдат лекувани с този терапевтичен подход [71]. Рекомбинантен IFN 2b се дава на пациенти с рецидиви на меланоми [72]. Хепатит B и хепатит C се лекуват с IFN и други антивирусни лекарства, обикновено комбинирани [73,74]. Противораковите ефекти на IFN от тип I станаха широко признати през последните десетилетия, особено тяхното участие в медииране на взаимодействията между туморите и имунната система.

При миши злокачествен меланом и бъбречноклетъчен карцином, IFN насърчава експресията на Slfn1, Slfn2, Slfn3, Slfn5 и Slfn8. Загубата на Slfn2, Slfn4 или Slfn5 увеличава клетъчната пролиферация и независимия от закрепването злокачествен растеж, като същевременно намалява антипролиферативния ефект на IFN, което предполага решаваща роля на Schlafens в туморогенезата и контрола на растежа на неопластични клетки [75].

Цялата човешка експресия на мРНК на Schlafen се индуцира в нормални меланоцити чрез терапия с IFN, докато само SLFN5 се индуцира в клетки на злокачествен меланом и клетки на бъбречноклетъчен карцином [8,40]. Когато меланомните клетки се стимулират с IFN, експресията на SLFN5 се повишава значително, намалявайки пролиферацията на раковите клетки. Обратно, изчерпването на SLFN5 повишава способността на меланомите да образуват колонии, дори в присъствието на IFN [40].

Това предполага потенциална роля на SLFN5 в противораковите ефекти на IFN. Въпреки това, SLFN5 също потенциално намалява противораковия ефект на IFN в раковите клетки на глиома чрез транскрипционно ко-репресиране на STAT1-медиирани IFN отговори, за разлика от неговата полезна роля при меланома и бъбречноклетъчния карцином [65]. Намаляването на SLFN5 води до повишена клетъчна чувствителност към IFN-индуцирани антипролиферативни отговори в глиобластомни клетки, което предполага, че SLFN5 функционира като отрицателен регулатор на IFN отговора в раковите клетки на глиома [65].

По този начин, бъдещото терапевтично насочване на SLFN5 при злокачествени заболявания може да изисква прецизен анализ на други свързани фактори и дизайнът на терапевтично насочване на определен тумор може да е необходим за селективното насочване на SLFN5.

7. Функции на Viral Schlafen

Наличието на непокътнати v-Slfn ORF в някои OPV предполага, че може да се запази за критична функция. Въпреки че има малко изследвания на функцията на v-Slfn, докладвани са относително подробни in vitro и in vivo проучвания на v-Slfn от CMLV. Експресията на този ген се потвърждава 2 часа след инфекцията с CMLV и се експресира в ранния стадий на инфекцията, независимо от репликацията на вирусна ДНК [35].

За разлика от миши Slfn1, експресията на CMLV v-Slfn не влияе върху пролиферацията на миши фибробласти. Смята се, че това се дължи на липсата на сходство между първите 27 аминокиселини на миши Slfn1 и v-Slfn, регион, който е от съществено значение за инхибирането на растежа на фибробластните клетки, медиирано от миши Slfn1-. Когато протеинът CMLV v-Slfn се експресира във VACV без интактен v-Slfn, той не повлиява репликацията на рекомбинантния вирус или морфологията на плаките [35].

Освен това, интрадермалната инфекция на мишки с този рекомбинантен VACV не повлиява размера на кожната лезия [35]. Въпреки това, при мишки с интраназална инфекция v-Slfn причинява по-малка загуба на тегло и по-бързо възстановяване в сравнение с контролните групи. Три дни след in vivo инфекцията, вирусният титър е същият като в контролната група, но до седем дни се наблюдава v-Slfn-медиирано отслабване.

Това предполага, че v-Slfn експресията не възпрепятства вирусната репликация, а по-скоро ускорява вирусния клирънс от имунната система. Това е в съответствие с наблюдението, че v-Slfn-носещият рекомбинантен вирус е бил забавен в разпространението си в далака и е бил по-бързо изчистен от този орган. В допълнение, по-широко набиране на лимфоцити в заразената белодробна тъкан се наблюдава в присъствието на v-Slfn експресия, въпреки че тези клетки са по-слабо активирани. Силно вирулентните вируси могат бързо да победят своя гостоприемник, ограничавайки предаването на вируса. Идеята, че v-Slfn може да намали вирулентността на поксвирусите, позволявайки на вируса да се разпространява по подходящ начин в популацията на гостоприемника, е убедителна [35].

Наскоро беше открита нова характеристика на v-Slfn в поксвирусите (Фигура 1). Цикличната GMP-AMP синтаза (cGAS) открива цитозолна ДНК по време на вирусна инфекция и предизвиква антивирусно състояние. cGAS активира стимулатора на интерферонови гени (STING) чрез синтезиране на втори посредник, цикличен GMP-AMP (cGAMP) [76–78]. С откриването на вирусна cGAMP нуклеаза, наречена Poxin (поксвирусна имунна нуклеаза), имуномодулаторният потенциал на поксвирусите получи нова перспектива [6].

Скорошни проучвания показват, че Poxin, който е домейн на v-Slfns, може да разгради cGAMP и е необходим за избягване на активирането на cGAS-STING [79–81]. Беше открито, че Poxin е продукт на VACV ген B2R. Този ген е известен също като p26 в ентомопоксвирусите и бакуловирусите [80]. Повечето ортопоксвируси включват v-Slfn протеин, съставен от два домена, които са еволюирали от различен произход. Според анализа на аминокиселинната последователност, домейн, наподобяващ последователността на бакуловирус p26, е слят с N-края на v-Slfn домейн, подобен на мишата къса форма Schlafen [35]; този p26-подобен домейн е Poxin, cGAMP нуклеазата. VACV, в който активността на Poxin е докладвана за първи път, не запазва непокътнатия v-Slfn. Загубата на Poxin доведе до значително намаляване на VACV репликацията in vivo [80].

Значението на себе си, което включва домейна на Poxin, е изследвано широко при вируса на ектромелия (ECTV), който причинява миша шарка. Поксиновият домейн, но не Slfn-подобният домейн, беше достатъчен, за да инхибира cGAS-STING сигнализирането с cGAMP нуклеазна активност по начин, сравним със сливането на Poxin-Schlafen-подобен домейн с пълна дължина. Това предполага, че домейнът на ECTV Poxin запазва пълния потенциал на v-Slfn за предотвратяване на активирането на ДНК усещане чрез оста cGASSTING [79].

В няколко модела на инфекция с мишки, репликацията на ECTV без v-Slfn беше значително отслабена и мишките показаха силен IFN отговор [79]. Сливането на Poxin-Schlafen-подобен домейн на v-Slfn е силно запазено при ортопоксвируси, като ECTV, CMLV и възникващия зоонозен вирус на маймунска шарка, което предполага важността на cGAMP нуклеазната активност.

Ролята на Slfn-подобния домейн в активирането на Poxin е неясна. Поксинът запазва своята cGAMP нуклеазна активност в отсъствието на Slfn-подобен домейн. Независимо от това, остава необходимо да се проучи защо Slfn-подобният домейн се запазва в много OPV. Като се има предвид гореспоменатото наблюдение, че вирулентността на химерните вируси е намалена чрез добавяне на Slfn-подобен домейн на CMLV към VACV, е правдоподобна хипотеза, че регулирането на вирусната вирулентност може да допринесе за създаването на благоприятни условия за размножаване на вируса в природата.

8. Schlafens като антивирусни рестрикционни фактори

Антивирусните ограничителни фактори са клетъчни протеини на гостоприемника, които действат като първа линия на защита, предотвратявайки репликацията и разпространението на вируса. Рестрикционните фактори разпознават патогените и се намесват в специфични стъпки в инфекциозния цикъл на вируса. Уникалните свойства на рестрикционните фактори, които служат за ограничаване на вирусите в ранните етапи, включват конститутивна експресия, самодостатъчна активност и незабавно действие [82]. Рестрикционните фактори понякога се повишават в отговор на IFN. Въпреки че много типове клетки конститутивно експресират рестрикционни фактори на ниски нива, изисквани от клетките при липса на патогенна инвазия, ефективният контрол на патоген често изисква индуциране на рестрикционни фактори в отговор на инфекция [83]. Тъй като Schlafens принадлежат към група ISGs, чиято експресия е повишена в отговор на вирусна инфекция или стимулация с различни патоген-асоциирани молекулярни модели (PAMP) [36–39], се предполага, че те могат да имат антивирусна активност.

Наред с откриването на клетъчните биологични функции на Schlafens през последното десетилетие, бяха разкрити и взаимодействия с вируси. В този раздел ние описваме известните антивирусни функции на Schlafens, като ги разглеждаме в хронологичния ред, в който са докладвани (Фигура 2). Механизмите за избягване на имунитета, чрез които вирусите противодействат на много рестрикционни фактори, са изяснени. Освен това, в съответствие с темата, че вирусите могат да антагонизират рестрикционните фактори като част от механизмите за избягване на имунитета, има някои наскоро докладвани примери за вирусни стратегии за противодействие на антивирусното действие на Schlafens.

Съобщава се, че Schlafens, принадлежащи към различни групи, имат различни роли по време на инфекция с много вируси. Има някои доказателства, че неизправността на Slfn2 на мишка от група I предразполага клетките към вирусна инфекция по отношение на придобития имунитет [55]. Група II SLFN12 е кандидат за антивирусен фактор срещу вируса на везикулозен стоматит и различни ретровируси, включително HIV-1, вирус на инфекциозна анемия по конете (EIAV), човешки ендогенен ретровирус тип K (HERK-V), вирус на миша левкемия (MLV), и пенест вирус на примати (PFV) [84,85]. Липсват обаче проучвания за взаимодействието на тези къси или междинни форми на Schlafens с вируси и повечето проучвания досега са фокусирани върху антивирусната функция на група III Schlafens. Следователно, от решаващо значение е да се изследва дали С-терминалният разширен домейн на Schlafens играе значителна роля в тяхната функция на присъщия рестрикционен фактор.

8.1. Роли на SLFN11 по време на вирусна инфекция

Човешкият SLFN11 беше докладван за първи път през 2012 г. като мощен инхибитор на човешкия имунодефицитен вирус 1 (HIV-1), който пречи на производството на вирусен протеин [18]. Открит е от Li et al. че SLFN11 свързва трансферни РНК (тРНК) и потиска производството на протеин, селективно зависимо от използването на кодон [18]. По-нататъшни изследвания разкриха, че конският SLFN11 инхибира образуването на EIAV чрез механизъм, подобен на този, използван от човешкия SLFN11 [23]. Систематично изследване на цикъла на репликация на ХИВ показа, че SLFN11 не засяга обратната транскрипция, интеграцията или генерирането и ядрения износ на вирусна РНК, нито пречи на размножаването или освобождаването на вирусни частици. Вместо това беше установено, че индуцира селективно инхибиране на синтеза на вирусен протеин.

Чрез използване на специфично отклонение на вирусен кодон върху A/T нуклеотида, SLFN11 функционира в момента на производство на вирусен протеин. Въпреки че антивирусният ефект на SLFN11 е подобен на този на други вируси с необичайно отклонение на кодона, като например грип, той не е ефективен срещу аденоасоциирания вирус или вируса на херпес симплекс (HSV). Тези констатации установяват, че SLFN11 е високоефективен интерферон-индуцируем рестрикционен фактор за ретровируси, като ХИВ, който медиира антивирусните ефекти чрез дискриминация при използване на кодони [18]. Това интригуващо откритие може частично да обясни наблюдаваното по-рано IFN потискане на специфичния за вирусен протеин синтез в HIV-инфектирани клетки [18, 86]. Той също така подчертава как имунната система може да използва възможните разлики между себе си и не-себе си за клетките гостоприемници, за да насочва и елиминира вирусите. Изглежда, че няма предпочитание към tRNA тип при свързването на SLFN11 към tRNA [18].

Ще бъде необходимо да се проведат биохимични експерименти, за да се разкрие как SLFN11 модулира функцията на tRNA и влияе върху използването на специфичен за вируса кодон. SLFN11 е силно експресиран не само в CD4 плюс Т клетки, но и в моноцити и moDCs [37,87]. Известно е, че CD4 плюс Т клетките са основният резервоар за латентна ХИВ инфекция и латентността на ХИВ може да бъде установена и в моноцити и макрофаги [88]. По този начин се смята, че високата експресия на SLFN11 в тези клетки играе роля в HIV латентната инфекция и може да бъде ключов компонент на вродения имунен отговор към HIV.

Наскоро беше открито, че миши Slfn2 се свързва с tRNA и инхибира разграждането му в среда на оксидативен стрес [89]. Въпреки че това проучване показа, че Slfn2 инхибира инфекцията с миши цитомегаловирус (MCMV), резултатът се дължи на Т-клетъчно медииран адаптивен имунитет [89]. Независимо от това, тези наблюдения заслужават задълбочено изследване на взаимодействието между tRNA модулацията на Slfn2 и миши ретровируси, както и паралелите и разликите с човешкия SLFN11. Тъй като N-терминалната част на SLFN11 участва в свързването на tRNA, може да има еволюционни прилики в последователността с късата форма Slfn2. Освен това, откритието, че SLFN13 и SLFN14 участват в tRNA модулацията, проправя пътя за бъдещи изследвания, за да се установи дали Schlafens споделят общи функции в tRNA биологията [24,90].

Тъй като входящият вирусен геном на едноверижни РНК вируси с положителен смисъл изисква незабавна транслация, за да позволи репликация, тези вируси са особено чувствителни към ефектите на SLFN11 върху протеиновия синтез. Това е доказано в рода Flavivirus, включително вируса на Западен Нил (WNV), вируса на денга (DENV) и вируса Zika (ZIKV) [21]. Има прилики и разлики в механизма на действие на Schlafen протеините срещу флавивируси и лентивируси. N-терминалната част на SLFN11 е от съществено значение и е достатъчна за антивирусна активност, тъй като предотвратява индуцирани от вирус промени в tRNA репертоара на заразените клетки. За разлика от WNV инфекцията, която засяга само подгрупа от тРНК в клетки с дефицит на SLFN11- [21], ХИВ-1 повишава нивата на тРНК като цяло в отсъствието на SLFN11 [18].

Способността на SLFN11 да регулира изобилието от tRNA пулове може да бъде свързана с чувствителността на клетките към агенти, увреждащи ДНК. Няколко проучвания са установили, че раковите клетки с по-висока експресия на SLFN11 са по-уязвими към агенти, увреждащи ДНК [12,33,91,92]. По-високите нива на SLFN11 могат да ограничат броя на определени тРНК, които влияят върху транслацията на протеини за възстановяване на ДНК, кодирани от предубедени към кодон отворени рамки за четене, като ATM и ATR [93]. В допълнение, SLFN11 необратимо инхибира репликацията на ДНК в местата на увреждане на ДНК по начин, зависим от С-крайния хеликазен домен [34,94]. Известно е, че различни вируси използват протеини, участващи в реакцията на увреждане на ДНК на клетките гостоприемници за тяхната ефективна репликация [95].

Участието на протеините за контрол на увреждането на ДНК ATM и ATR в HIV инфекцията е проучено широко. ATM има положителен ефект върху късната генна експресия на HIV и функцията на Rev, вирусен пост-транскрипционен регулатор [96]; междувременно, активността на ATR киназата е необходима за завършване на процеса на интегриране на вирусна ДНК и поддържане на оцеляването на трансдуцирани клетки [97]. При ZIKV инфекция ATM сигнализиращият път увеличава вирусната репликация [98]. Тези констатации предполагат, че Schlafens трябва да бъде допълнително изследван по отношение на резистентността на клетката гостоприемник към вируси, които благоприятно използват реакциите на увреждане на ДНК, за да осигурят ефективна репликация.

ZIKV предизвика широко безпокойство през последните години поради способността му да предизвиква аномалии при раждане при бебета и синдром на Guillain-Barré при възрастни. ZIKV може да се предава по полов път, да оцелее в мъжката репродуктивна система [99] и при жените да премине през плацентата, за да зарази плода [100]. Има ограничена информация за ефектите на ZIKV върху репродуктивното здраве и плодовитостта. Като се има предвид, че SLFN11 не се експресира в плацентата или тестисите [22], са необходими допълнителни изследвания, за да се установи дали е свързан и с пренатални и полово предавани инфекции.

Генът SLFN11 еволюира при повтаряща се положителна селекция при примати [22]. Освен това, антивирусната ефективност на SLFN11 е най-висока при нечовекоподобни видове примати, като гибони и мармозетки, но по-малко ефективна при хора и бонобо видове, които са еволюционно близки до хората, което показва, че ефектите на SLFN11 са станали силно специфични за видовете с течение на времето [22]. SLFN11 е функционален при отсъствие на инфекция и намалява производството на протеини от определени транскрипти на гостоприемник [18,93]. Това предполага, че SLFN11 може да инхибира протеиновия синтез от не-кодон-оптимизирани транскрипти като цяло, като по този начин предварително установява неблагоприятна клетъчна среда за вирусен протеинов синтез.

Вирусите са разработили начини, които противодействат на рестрикционните фактори на гостоприемника. Въпреки че е демонстрирана тенденция към намаляване на SLFN11 протеини в HCMV-инфектирани клетки [101], вирусни антагонисти за SLFN11 не са били открити от много години. Въпреки това, наскоро бяха демонстрирани антивирусният ефект на SLFN11 и неговият вирусен антагонистичен механизъм върху HCMV [102]. Късно експресираният протеин RL1 на HCMV е насочен към SLFN11 за разграждане на протеазома и е първото откритие на вирусен антагонист на този рестрикционен фактор. В това проучване беше разкрито, че клетъчният CRL4 E3 убиквитин лигазен комплекс е допълнително включен в разграждането на SLFN11 от RL1 [102].

Въпреки че SLFN11 има значително въздействие върху репликацията на HIV, WNV и ZIKV, тези вируси все още могат да се репликират в клетки, които експресират SLFN11. В сравнение с други флавивируси или HIV, репликацията на DENV е значително намалена от експресията на SLFN11 [21]. Това предполага, че DENV е по-чувствителен от другите вируси към ефектите на SLFN11. Следователно би могло да се очаква, че на DENV липсва антагонистичен механизъм за SLFN11, докато WNV, ZIKV и HIV -1 може да притежават завоалирани антагонистични механизми.

Съобщава се за механизма, чрез който фосфорилирането на SLFN11 от каталитична субединица G на протеин фосфатаза 1 (PPP1CC) регулира способността за разцепване на tRNA тип II [103]. Добре известно е, че активността на клетъчния протеин се регулира от вирусни кинази [104]. Все още не са открити доказателства в подкрепа на хипотезата, че вирусите регулират фосфорилирането на SLFN11 чрез кодирани от вирус кинази или индиректно чрез кинази на гостоприемни клетки, като PPP1CC. Необходими са по-нататъшни изследвания, за да се проучи възможността вирусите да използват протеиновото фосфорилиране, за да заобиколят антивирусната активност на Schlafens, както се наблюдава при други фактори на ограничаване на гостоприемника [105–112].

8.2. Роли на SLFN13 по време на вирусна инфекция

Кристалографският анализ разкрива, че SLFN13 е нов клас tRNA/rRNA нуклеази [24]. Освен това се съобщава също, че SLFN13 има антивирусна функция срещу ХИВ и ZIKV чрез инхибиране на протеиновия синтез чрез нуклеолитична активност, подобно на SLFN11. Въпреки това, ключовият фактор за разцепването на тРНК от SLFN13, който блокира протеиновия синтез, е вторичната структура на тРНК и не е свързан с антикодоновата последователност [24], която изглежда е различна от механизма, базиран на използването на кодон на SLFN11.

Последователността на N-терминалния домен на SLFN13, която е необходима за ензимната функция, е запазена в други Schlafen протеини. Въпреки това, специфичните положително заредени аминокиселинни остатъци са различни. Беше потвърдено, че някои членове на семейството, като човешки SLFN5 и миши Slfn1, не участват в разцепването на tRNA [24]. По този начин е вероятно разпределението на положително заредени аминокиселинни остатъци вътре в N-терминалния домейн да може да определи способността и тенденциите за селекция на tRNA/rRNA разцепване, както и антивирусните спектри за други Schlafens.

Наблюдава се, че инфекциите с вируса на грип A (PR8) и B (Victoria) индуцират експресия на SLFN13 mRNA в клетки на човешки белодробен аденокарцином A549 [19]. Тази индукция е по-силна при вирусна NS{4}}дефицитна мутантна инфекция, вероятно поради способността на NS1 да потиска RIG-I-медиираното активиране на IFN промотора [113]. Освен това, изчерпването на SLFN13 повишава развитието на плаки от вируса на грип A и B, което предполага, че SLFN13 насърчава антивирусните отговори на тези вируси [19]. Не е известно обаче дали антивирусната функция на SLFN13 срещу грипния вирус е свързана с разцепването на tRNA/rRNA. Следователно, има нужда да се определи дали нуклеолитичната активност на Schlafen е общ механизъм за медиираната от Schlafen антивирусна функция. Липсата на антивирусен ефект на SLFN11 срещу вирус с едноверижен РНК геном с отрицателен смисъл [21] предполага съществуването на механизъм, независим от антигрипната вирусна функция на SLFN13.

8.3. Роли на SLFN14 по време на вирусна инфекция

Антивирусни функции също са докладвани за SLFN14 и експресията се увеличава от инфекция с грип А [19]. Изчерпването на SLFN14 ограничава регулирането нагоре на IP-10, основен ISG, след грипна инфекция. Тези резултати предполагат възможен механизъм, чрез който SLFN14 разпознава вирусния РНК геном, усилва активиращия RIG-I медииран сигнал и инхибира репликацията на грип [19]. Необходимо е обаче да се потвърди дали SLFN14, същото като за хеликазите, като DDX1 или RIG-I, наистина открива вирусния геном [114]. SLFN14 забавя ядрената транслокация на нуклеопротеин NP. Забавената ядрена транслокация на NP може да наруши вирусната репликация чрез увреждане на вирусния рибонуклеопротеинов ядрен транспорт.

В допълнение към ефектите си върху РНК вируси, SLFN14 също е доказано, че притежава антивирусна активност срещу ДНК вируси, като вируса на варицела-зостер (VZV). Инфекцията с VZV индуцира експресия на SLFN14 и инхибира производството на вирусен антиген в клетки, свръхекспресиращи SLFN14 [19]. Въпреки че се приема, че антивирусният механизъм на SLFN14 срещу РНК вируси и ДНК вируси е различен, за по-подробен анализ на механизма са необходими допълнителни изследвания на предполагаемия хеликазен домейн на SLFN14 и асоциирането на RIG-I-медиирано IFN сигнализиране. В допълнение, тъй като клетъчните типове, експресиращи SLFN14, са много ограничени или нивото на експресия е ниско [115], истинската функция на SLFN14 в инфектирани с вирус клетки остава да бъде оценена.

Установено е, че SLFN14 има свързана с рибозома ендонуклеазна активност и може да разгражда tRNA, rRNA и mRNA [90]. Няма специфичност на последователността или специфичност на предпочитаната структура при разцепването на РНК и тази ензимна активност е строго Mg2 плюс - и Mn2 плюс -зависима и ATP-независима [90]. Въпреки това, само С-терминално съкратената къса версия на SLFN14 проявява ензимна активност, докато SLFN14 с пълна дължина няма ендонуклеазна активност и не се свързва с рибозоми [90]. Тази функция изглежда е начин за поддържане на целостта на клетъчните РНК. Тъй като протеинът SLFN14 присъства на ниски нива в повечето клетки и се среща в ядрото, неактивно прекурсорно състояние, подобно на каспазата, може да защити клетъчните РНК срещу неспецифична ендонуклеазна активност. Вирусните инфекции индуцират експресия на SLFN14 като тази на РНКаза L [116] и може да участва в клирънса на общата клетъчна РНК, за да инхибира вирусната репродукция. Въпреки това, все още се изисква да се докаже, че SLFN14 се преработва в активна форма след инфекция или в определени среди.

8.4. Роли на SLFN5 по време на вирусна инфекция

В човешките клетки SLFN5, заедно със SLFN11, е най-разпространеният протеин от семейство Schlafen [18]. SLFN5 е ядрен член на семейство Schlafen, което е свързано с пролиферацията и диференциацията на имунните клетки [28,117].

Проучванията съобщават, че грипният вирус, WNV и риновирусната инфекция водят до повишена експресия на SLFN5 [37,118,119]. Въпреки това, функцията на SLFN5 срещу тези вируси не е изследвана и за разлика от SLFN11, експериментално е установено, че SLFN5 няма антивирусна активност срещу HIV инфекция [18]. Скорошно изследване на SLFN5 разкри антивирусно действие и механизъм срещу HSV-1, вирус с двойноверижен ДНК геном [20]. В това проучване факторите на гостоприемника, свързани с ДНК на HSV-1, са изолирани с помощта на протеомична техника, наречена Изолиране на протеини върху зараждаща се ДНК (iPOND), която идентифицира протеини, натрупващи се върху новосинтезирана ДНК [120–122]. Когато се прилага към HSV-1 инфекция с див тип и мутантни вируси, тази техника разкри, че SLFN5 претърпява протеазомно разграждане в резултат на ускорено убиквитиниране от вирусен протеин ICP0.

HSV{{0}} незабавно-ранният протеин ICP0 улеснява транскрипцията на вирусен ген и реактивирането на вируса след латентност. ICP0 включва убиквитин Е3 убиквитин лигазен домен, който противодейства на защитата на гостоприемника чрез протеазомно разграждане на присъщите антивирусни фактори на гостоприемника [123,124]. Установено е, че ДНК на HSV-1 е свързана с няколко мишени за разграждане на ICP{{10}}, за които също е доказано, че инхибират производството на вирусни гени и/или активирането на антивирусни клетъчни сигнали [124 ]. Въпреки че предишни проучвания идентифицираха ICP0 субстрати като рестрикционни фактори, механизмът за потискане на експресията на вирусен ген не е напълно разбран. В това скорошно проучване беше потвърдено биохимично, че ICP0 специфично убиквитинира и разгражда SLFN5 чрез протеазомата [20].

Установено е, че директното взаимодействие между ICP{{0}} и SLFN5 се осъществява чрез разширения С-терминален домейн на SLFN5, регион, който липсва в SLFN11, който не е бил насочен за разграждане. С-терминалният регион на SLFN5 съдържа присъщо нарушен регион, честа характеристика на клетъчните протеини, свързани с вирусни фактори, като ICP0 [125]. Антивирусният ефект на SLFN5 върху HSV-1 се наблюдава по-ясно при мутантни вируси, на които липсва E3 лигазна активност на ICP0, отколкото при вируси от див тип. Наблюденията, че HSV-1 е насочен към SLFN5 [20] и HCMV е насочен към SLFN11 [102] предполагат, че протеазомно-медиираното разграждане може да бъде по-честа вирусна стратегия, използвана за антагонизиране на ограничението на Schlafen.

Предполага се, че антивирусният механизъм на SLFN5 се свързва с вирусна ДНК и инхибира натоварването на РНК полимераза II върху промотори на вирусен ген [20]. Освен това беше доказано, че за разлика от други Schlafens, той не повлиява разграждането на иРНК. Въпреки че предполагаемата активност на хеликаза може да бъде механизмът, чрез който SLFN5 потиска транскрипцията на ген на вирусна ДНК, хеликазният мотив Walker A на SLFN5 не засяга неговата антивирусна функция [20]. SLFN5 изглежда няма никаква специфичност на ДНК последователността. Изследването на свързването на SLFN5 към промоторни и генни области на тялото не разкрива видимо предпочитание; въпреки това, имаше забележима тенденция да се свързва повече с вирусна ДНК спрямо клетъчна ДНК [20]. Скорошно проучване на структурата на SLFN5 демонстрира висок афинитет към двойноверижна ДНК и идентифицира остатъците, участващи в свързването на нуклеинова киселина [31]. Въпреки че SLFN5 свързва tRNA, той не споделя ендорибонуклеазната активност, докладвана за други Schlafens [31]. Показано е също, че SLFN5 има предпочитание за свързване със свободна ДНК пред свързана с нуклеозома ДНК [31]. Може би лесният достъп до еухроматична вирусна ДНК в средата на литична инфекция може да допринесе за селективно свързване с вирусна геномна ДНК [126].

Взаимодействието между SLFN5 и вирусна ДНК беше открито както за входящите вирусни геноми, така и за активно репликиращите се вирусни геноми в отделенията за вирусна репликация [20]. PML протеинът на гостоприемника, добре известен HSV{3}} рестрикционен фактор, както и ICP0 субстрат, също има достъп до входящата вирусна ДНК и инхибира вирусната генна транскрипция [127–130]. Въпреки че са необходими допълнителни биохимични изследвания, ICP0-медиираното разграждане на SLFN5 изглежда по-малко ефективно от разграждането на PML [20]. Веднага след заразяването по-голямата част от HSV-1 ДНК е заобиколена от PML протеин; обаче, когато ICP0 се експресира, PML се елиминира бързо и вирусната ДНК отново се улавя от SLFN5 протеин [20].

Това предполага, че PML и SLFN5 могат да работят съвместно, за да създадат неблагоприятна среда за експресия на вирусен ген. Следователно ролята на SLFN5 може да бъде втора линия на защита, поддържаща антивирусната функция на PML (Фигура 3). Наблюдението, че SLFN5 регулира имунните отговори и също така е насочен към ICP0, предполага, че той може да формира част от „самозащитен“ имунен път за наблюдение на инфекцията. По този начин разграждането на SLFN5 от ICP0 може да предизвика активиране на вторични имунни отговори. Тази предпазна хипотеза наскоро беше предложена за MORC3, друга цел на ICP0 [131]. Необходими са допълнителни проучвания, за да се разберат връзките между SLFN5 и други регулатори на HSV-1 инфекцията.

Скорошен анализ на едноклетъчния транскриптом на HSV-1 разкри, че набирането на -катенин в отделението за вирусна репликация е необходимо за генната експресия на HSV-1 [132]. Известно е, че SLFN5 инхибира клетъчната миграция и пролиферация чрез инхибиране на експресията на катенин [133,134], което предполага, че SLFN5 може също косвено да повлияе генната експресия на HSV-1.

Въпреки че SLFN5 няма антивирусна активност срещу ретровируси, той има антивирусен ефект срещу HSV-2, alphaherpesvirinae, близък до HSV-1. Интересното е, че резултатите за betaherpesvirinae HCMV се различават в зависимост от стадия на инфекцията [20]. В рамките на първите 24 часа след заразяването, изчерпването на SLFN5 насърчава експресията на вирусни непосредствени ранни и ранни генни транскрипти; това обаче се обръща в късната фаза, което води до намалена експресия на тези вирусни гени в отсъствието на SLFN5. В резултат на това добивът на репликация на HCMV е леко намален в клетки с дефицит на SLFN5-. Една разлика между HSV-1 и HCMV е времевият ход на инфекцията, като репликацията на HSV-1 е много по-бърза от HCMV.

Тъй като SLFN5 инхибира STAT1-медиираната транскрипция на ISG [65], изчерпването на SLFN5 може да доведе до повишено ISG сигнализиране, което намалява репликацията на HCMV. Наистина, унищожаването на SLFN5 доведе до по-високи нива на експресия на ISG15, които се увеличиха допълнително след HCMV инфекция [20]. В резултат на това SLFN5 участва пряко в намаляването на ранната експресия на вирусен ген и изглежда има отчетлив ефект върху HSV-1 на по-късни етапи. Друг ДНК вирус, аденовирусът, не беше повлиян от SLFN5 и вирусната инфекция не доведе до разграждане на SLFN5 протеин [20]. Заедно тези данни предполагат специфичност на антивирусната активност в семейството на Schlafen протеини, подобно на това, което се наблюдава за други семейства на рестрикционни фактори на гостоприемника.

9. Заключения и бъдещи перспективи

Непрекъснатите и задълбочени изследвания на семейство Schlafen постигнаха значителен напредък към изясняване на ролите на протеините Schlafen през последните години. Текущи проучвания показват, че Schlafen протеините играят критична роля в регулирането както на имунния отговор, така и на клетъчния цикъл. Някои от тези протеини са свързани с чувствителността към лечение на тумори и лекарствената резистентност [13–15,135]; по този начин, биологичната функция на протеините от семейство Schlafen в туморните клетки предоставя нови методи и идеи за откриване и лечение на тумори. В допълнение, протеините на Schlafen проявяват относително широк инхибиторен ефект върху ретровирусите чрез РНК модулация за инхибиране на транслацията. Schlafen протеините също са замесени във вирусна инфекция индиректно чрез интерфероново сигнализиране. Откриването на механизъм за директно инхибиране на експресията на вирусен ген чрез свързване на SLFN5 към вирусна ДНК в ядрото подчертава потенциалното разнообразие в антивирусните механизми на семейството Schlafen.

Многобройни открития до момента показват, че семейство Schlafen има роля в различни клетъчни реакции, включително развитие на имунни клетки и вътрешен/вроден имунитет. Това семейство протеини безспорно е важна цел за лечение на рак, както и за изследвания за разбиране и предотвратяване на вирусни инфекции. Въпреки това, функционалните изследвания на протеините Schlafen са все още в начален стадий и много важни въпроси остават да бъдат решени. Въпреки че семейство Schlafen споделя няколко подобни домейна, те показват функционални разлики. Тези разграничения предполагат, че членовете на семейство Schlafen придават специфичност на своите антивирусни дейности, подчертавайки важността на изучаването на структурни свойства и функционални механизми.

За щастие, структурите са определени за плъши Slfn13 [24] и човешки SLFN5 [31], предоставяйки представа за текущи изследвания на протеини от семейство Schlafen. Освен това трябва да се преодолеят ограниченията на експериментите с животни за клинично приложение. Семейството Schlafen показва бърза еволюционна тенденция при няколко гризачи и степента на запазване между гените Schlafen на гризачи и хора не е висока. Например, SLFN5 и SLFN11 са най-разпространените и силно изследвани в различни клетки, но приликата между мишки и хора на SLFN5 е само 59 процента въз основа на идентичността на аминокиселинната последователност и няма SLFN11 ортолог при мишки. SLFN5 и SLFN14 са единствените ортолози, споделени между мишки и хора (Фигура 1). Следователно има нужда от разработване на нова платформа, като модели на органоиди, които могат да заменят in vivo изследванията.

Като се имат предвид разнообразните функции на протеините от семейство Schlafen, се очаква различни свързващи партньорски протеини в клетката да играят роля в тяхното регулиране. Въпреки че не е публикуван доклад за резултатите от глобален протеомичен подход към интерактома, изключително важно е да се открие и проучи ролята на свързващите партньори като фактори, които диференцират функцията и регулирането на вътреклетъчната активност на протеините от семейството на Schlafen. Изследването на асоциациите между нивото на експресия на Schlafen и прогнозата за рак може да се приложи към вирусно-медиирано туморно изследване или лечение с използване на вирусни вектори. Въпреки името си полето Шлафен далеч не е заспало. Текущите проучвания ще осигурят важен поглед върху биологията на вируса и тумора и ще предложат начини, по които техните уникални дейности могат да бъдат използвани за терапевтични приложения.

Авторски принос:

Концептуализация, ETK и MDW; писане—изготвяне на оригинална чернова, ЕТК; писане—преглед и редактиране, MDW; визуализация, ETK Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране:

Тази работа беше подкрепена от Програма за фундаментални научни изследвания чрез Националната изследователска фондация на Корея (NRF), финансирана от Министерството на образованието (2021R1A2C1010313). MDW беше подкрепено отчасти от грантове от Националните здравни институти (AI115104 и NS082240) и средства от Детската болница във Филаделфия.

Благодарности:

Благодарим на Joe Dybas за коментарите му по ръкописа.

Конфликти на интереси:

Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Препратки

1. Шварц, DA; Катаяма, CD; Hedrick, SM Schlafen, ново семейство от регулаторни гени на растежа, които влияят върху развитието на тимоцитите. Имунитет 1998, 9, 657–668. [CrossRef]

2. Гезерик, П.; Кайзер, Ф.; Klemm, U.; Кауфман, ТЯ; Zerrahn, J. Модулиране на Т клетъчното развитие и активиране от нови членове на генното семейство Schlafen (slfn), съдържащо мотив, подобен на РНК хеликаза. Вътр. Immunol. 2004, 16, 1535–1548. [CrossRef] [PubMed]

3. Нойман, Б.; Zhao, L.; Мърфи, К.; Gonda, TJ Субклетъчна локализация на протеиновото семейство Schlafen. Biochem. Biophys. Рез. Общ. 2008, 370, 62–66. [CrossRef] [PubMed]

4. Kuang, C.; Янг, Т.; Джан, Й.; Джан, Л.; Wu, Q. Schlafen 1 инхибира пролиферацията и образуването на тръби на ендотелни прогениторни клетки. PLoS One 2014, 9, e109711. [CrossRef] [PubMed]

5. Брейди, Г.; Boggan, L.; Боуи, А.; O'Neill, LAJ Schlafen-1 причинява спиране на клетъчния цикъл чрез инхибиране на индукцията на циклин D1. J. Biol. Chem. 2005, 280, 30723–30734. [CrossRef]

6. О, П.-С.; Пател, VB; Сандърс, Масачузетс; Kanwar, SS; Ю, Й.; Nautiyal, J.; Пател, BB; Majumdar, APN Schlafen-3 намалява експресията на маркер на ракови стволови клетки и автокринно/юкстакринно сигнализиране в резистентни на FOLFOX ракови клетки на дебелото черво. Am. J. Physiol. Гастроинтест. Liver Physiol. 2011, 301, G347–G355. [CrossRef]

7. Пател, В.Б.; Ю, Й.; Das, JK; Пател, BB; Majumdar, APN Schlafen-3: нов регулатор на чревната диференциация. Biochem. Biophys. Рез. Общ. 2009, 388, 752–756. [CrossRef]

8. Сасано, А.; Мавроматис, Е.; Арслан, АД; Крочинска, Б.; Beauchamp, EM; Khuon, S.; Chew, T.-L.; Грийн, KJ; Munshi, HG; Верма, Аляска; et al. Човешки Schlafen 5 (SLFN5) е регулатор на подвижността и инвазивността на клетките на бъбречно-клетъчния карцином. Mol. клетка. Biol. 2015, 35, 2684–2698. [CrossRef]

9. Ал-Марсумми, С.; Vomhof-DeKrey, E.; Basson, MD Schlafen12 Намалява агресивността на тройно негативния рак на гърдата чрез пост-транскрипционна регулация на ZEB1, която стимулира диференциацията на стволовите клетки. клетка. Physiol. Biochem. 2019, 53, 999–1014. [CrossRef]

10. Ал-Марсумми, С.; Pacella, J.; Доктър, К.; Содерберг, М.; Сингхал, Словакия; Vomhof-Dekrey, EE; Basson, MD Schlafen 12 е прогностично благоприятен и намалява C-Myc и пролиферацията при белодробен аденокарцином, но не и при белодробен плоскоклетъчен карцином. Ракови заболявания 2020, 12, 2738. [CrossRef]

11. Companioni Nápoles, O.; Цао, AC; Sanz-Anquela, JM; Сала, Н.; Bonet, C.; Пардо, ML; Динг, Л.; Симо, О.; Saqui-Salces, М.; Blanco, VP; et al. Експресията на SCHLAFEN 5 корелира с чревна метаплазия, която прогресира до рак на стомаха. J. Gastroenterol. 2016, 52, 39–49. [CrossRef] [PubMed]

12. Зополи, Г.; Regairaz, М.; Лео, Е.; Рейнхолд, WC; Варма, С.; Балестреро, А.; Дорошоу, JH; Pommier, Y. Предполагаема ДНК/РНК хеликаза Schlafen-11 (SLFN11) сенсибилизира раковите клетки към агенти, увреждащи ДНК. Proc. Natl. акад. Sci. САЩ 2012, 109, 15030–15035. [CrossRef] [PubMed]

13. Тиен, Л.; Песен, С.; Лиу, X.; Wang, Y.; Xu, X.; Hu, Y.; Xu, J. Schlafen-11 сенсибилизира клетките на колоректален карцином към иринотекан. Противоракови. Наркотици 2014, 25, 1175–1181. [CrossRef] [PubMed]

14. Ногалес, В.; Рейнхолд, WC; Варма, С.; Martinez-Cardus, A.; Моутиньо, К.; Moran, S.; Heyn, H.; Sebio, A.; Барнадас, А.; Pommier, Y.; et al. Епигенетичното инактивиране на предполагаемата ДНК/РНК хеликаза SLFN11 при човешки рак придава резистентност към платинени лекарства. Oncotarget 2015, 7, 3084–3097. [CrossRef] [PubMed]

15. Стюарт, Калифорния; Тонг, П.; Cardnell, RJ; Сен, Т.; Li, L.; Гей, CM; Masrorpour, F.; Фен, Й.; Бара, Румъния; Фън, Ю.; et al. Динамичните вариации в прехода от епител към мезенхим (EMT), ATM и SLFN11 управляват реакцията към PARP инхибитори и цисплатин при дребноклетъчен рак на белия дроб. Oncotarget 2017, 8, 28575–28587. [CrossRef] [PubMed]

16. Ший, К.; Уелс, JD; Jiang, A.; Милър, TW. Интегрираната генна експресия на панрак и анализ на чувствителността към лекарства разкрива SLFN11 mRNA като солиден туморен биомаркер, предсказващ чувствителността към ДНК-увреждаща химиотерапия. PLoS One 2019, 14, e0224267. [CrossRef]

17. Winkler, C.; Армения, J.; Джоунс, GN; Тобалина, Л.; Продажба, MJ; Петреус, Т.; Бейрд, Т.; Serra, V.; Wang, AT; Lau, A.; et al. SLFN11 информира за стандарта на грижа и нови лечения в широк спектър от модели на рак. бр. J. Рак 2021, 124, 951–962. [CrossRef]

18. Ли, М.; Као, Е.; Гао, X.; Sandig, H.; Лимър, К.; Pavon-Eternod, М.; Jones, TE; Landry, S.; Пъхтя.; Weitzman, MD; et al. Базирано на използване на кодон инхибиране на синтеза на HIV протеин от човешки шлафен 11. Nature 2012, 491, 125–128. [CrossRef]

19. Seong, R.-K.; Seo, S.; Kim, J.-A.; Fletcher, SJ; Морган, Невада; Кумар, М.; Choi, Y.-K.; Shin, OS Schlafen 14 (SLFN14) е нов антивирусен фактор, участващ в контрола на вирусната репликация. Имунобиология 2017, 222, 979–988. [CrossRef]

20. Ким, ЕТ; Dybas, JM; Кулей, К.; Reyes, ED; Цена, AM; Ахтар, LN; Orr, A.; Гарсия, бакалавърска степен; Boutell, C.; Weitzman, MD Сравнителната протеомика идентифицира Schlafen 5 (SLFN5) като рестрикционен фактор на вируса на херпес симплекс, който потиска вирусната транскрипция. Нац. Microbiol. 2021, 6, 234–245. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com