PARP-ovi izazvani IFN-om—senzori stranih nukleinskih kiselina?

Abstract: Ćelije su razvile različite strategije za suočavanje s virusnim infekcijama. Ključ za pokretanje obrambenog odgovora protiv virusa je sposobnost razlikovanja stranih molekula od svojih. Jedan centralni mehanizam je percepcija stranih nukleinskih kiselina od strane proteina domaćina koji, zauzvrat, iniciraju efikasan imunološki odgovor. Receptori za prepoznavanje uzoraka koji osjećaju nukleinsku kiselinu su evoluirali, a svaki cilja na specifične karakteristike kako bi razlikovao virusnu od RNK domaćina. Oni su dopunjeni sa nekoliko proteina koji se vezuju za RNK koji pomažu u otkrivanju stranih RNA. Sve je više dokaza da interferonom inducibilne ADP-riboziltransferaze (ART; PARP9—PARP15) doprinose imunološkoj odbrani i slabljenju virusa. Međutim, njihova aktivacija, kasniji ciljevi i precizni mehanizmi ometanja virusa i njihovog širenja još uvijek su uglavnom nepoznati. Najpoznatiji po svojim antivirusnim aktivnostima i ulozi RNA senzora je PARP13. Pored toga, PARP9 je nedavno opisan kao senzor za virusnu RNK. Ovdje ćemo raspravljati o nedavnim nalazima koji sugeriraju da neki PARP funkcionišu u antivirusnom urođenom imunitetu. Proširujemo ove nalaze i integriramo ove informacije u koncept koji opisuje kako različiti PARP-ovi mogu funkcionirati kao senzori strane RNK. Nagađamo o mogućim posljedicama vezanja RNK u odnosu na katalitičke aktivnosti PARP-a, specifičnost supstrata i signalizaciju, što zajedno rezultira antivirusnim djelovanjem.

prednosti dodatka cistanche-povećavaju imunitet

Ključne riječi: ADP-ribozilacija; MARilacija; hidrolaza; interferon; makrodomena; PARP; RNA-virus

Šta radi cistanche herb—Anti-inflamatorno

1. Uvod

Da bi se uspostavio urođeni imuni odgovor na invaziju virusa, ćelije moraju biti u stanju da se razlikuju od stranih. To je dijelom omogućeno repertoarom proteina koji specifično osjećaju strane nukleinske kiseline. Ovi proteini pripadaju takozvanim receptorima za prepoznavanje uzoraka (PRR) koji prepoznaju i vezuju molekularne obrasce povezane s patogenom (PAMP), uključujući različite nukleinske kiseline povezane s patogenom [1–3]. Općenito, nakon vezanja PAMP-a, ovi PRR se aktiviraju kako bi pokrenuli nizvodne signalne događaje putem aktivacije faktora transkripcije, kao što su regulatorni faktori interferona 3 i 7 (IRF3, IRF7) i nuklearni faktor kapa B (NF-κB). Ovo rezultira aktivacijom programa ekspresije gena, koji uključuje indukciju interferona (IFN) kao i drugih gena za citokine. IFN djeluju na parakrini i autokrini način da indukuju ekspresiju interferonom stimuliranih gena (ISG) kojima se promovira antipatogeno stanje [1,3]. PRR senzori nukleinske kiseline mogu se podijeliti u dvije grupe, kompartment koji se koristi, endosomalni i senzor citosolne nukleinske kiseline. Podskup receptora sličnih Tollu (TLRs) pripada prvoj podgrupi, dok druga grupa uključuje receptore slične genu I (RIG-I) nalik na retinojsku kiselinu (RLR), Protein kinazu R (PKR), 20-50 oligoadenilat proteini sintetaze (OAS1-3), receptori slični domeni oligomerizacije (NOD) koji se vezuju za nukleotide (NLR), odsutni u receptorima sličnim melanomu 2 (AIM2) (ALR) i cikličkoj GMP-AMP sintazi (cGAS) [2 ,4–10]. Pored ovih klasičnih PRR, opisana je rastuća lista senzornih proteina nukleinske kiseline ili pomoćnih proteina. To uključuje helikaze, ubikvitin ligaze i ADP riboziltransferaze, koje mogu osjetiti određene nukleinske kiseline, pomoći ili posredovati u prepoznavanju stranih nukleinskih kiselina i ubrzati nizvodno signaliziranje čime doprinose i moduliraju antivirusni imunološki odgovor [11-15]. Najpoznatiji po aktivnostima vezanja virusne ribonukleinske kiseline (RNA) je PARP13 [11]. Osim toga, PARP9 je nedavno identificiran kao senzor strane RNK [15]. Za PARP13, RNK vezivanje je olakšano domenima cink prsta, dok je za PARP9 makrodomen identifikovan kao virusni modul za vezivanje RNK. PARP9 i PARP13 pripadaju porodici adenozin difosfat (ADP)-riboziltransferaza difterijskom toksinu (ARTD), od kojih je mala podskupina proteina povezana s urođenim imunitetom zbog njihove osjetljivosti na IFN (za daljnje čitanje o PARP-ovima kao ISG-ovima, možemo pogledajte nedavnu odličnu recenziju [16]). Ovi proteini dijele očuvani ADP-riboziltransferazni (ART) domen, koji, sa izuzetkom PARP13, posjeduje mono-ADP-ribozilacionu (MARilaciju) aktivnost. Sve ove PARP-ove karakterizira niz dodatnih proteinskih domena, među kojima su makrodomene, domene za prepoznavanje RNK ili cink prsti. Iako su funkcije ovih povezanih domena uglavnom nepoznate, mnoge od njih su povezane s RNA-vezivanjem. Dakle, oni daju ovim proteinima potencijalnu sposobnost da funkcionišu kao RNA senzori slično onome što je predloženo za PARP9 i PARP13 [11,15]. Zajedno pretpostavljamo da PARP-ovi inducirani IFN-om funkcionišu kao PRR-ovi koji se bave RNA i proširuju modalitete vezanja RNK poznatih klasičnih PRR-ova s ​​obzirom na specifičnosti sekvence i/ili strukture. Štaviše, vezivanje RNK može regulisati njihov način djelovanja i funkcionalnost.

2. Klasični receptori za prepoznavanje patogena

2.1. Kompartmentalizirani PRR

Toll-like receptori uključeni u senzibilizaciju patogenih nukleinskih kiselina su TLR3 i TLR7- 9 [4,17–19]. Ovi TLR su integrisani u membrane endosoma sa njihovim N-terminalnim ektodomenom koji vezuje nukleinsku kiselinu okrenut prema unutrašnjosti ovih vezikula [4,17,18]. Vezivanje nukleinske kiseline izaziva dimerizaciju dva TLR-a, nakon čega se pokreću različiti signalni procesi [4]. Zbog svoje lokalizacije, ovi TLR-i su sposobni da odgovore na endocitozirane ili fagocitirane patogene koji se mogu rastaviti u ovom odjeljku djelovanjem endosomalnih proteaza i nukleaza. Kao rezultat toga, RNA ili deoksiribonukleinska kiselina (DNK) izvedena iz patogena se obrađuje i izlaže, dajući PAMP-ove koji mogu komunicirati sa endosomskim TLR-ima [18]. Ovo pokreće prvi talas antivirusne signalizacije [4,18,19]. Da bi pokrili prepoznavanje širokog spektra različitih patogena, ovi TLR su razvili različite preferencije za nukleinske kiseline [4,18,19]. TLR3 prepoznaje i vezuje dvolančane RNK vrste na osnovu elektrostatičkih interakcija između pozitivno nabijenih aminokiselina kao dijela ponavljanja bogatih leucinom u ektodomenu i negativno nabijene ribozo-fosfatne kičme RNK. Vezivanje se dešava nezavisno od specifičnih RNA sekvenci [19]. Nedavno je pokazano njegovo aktiviranje RNA-DNK hibridima izvedenim iz ćelijske R-petlje, što provocira naknadnu imunološku signalizaciju koja rezultira aktivacijom IRF3 [20]. Međutim, ostaje nejasno kako je obrada R-petlje regulirana i kako ovi hibridi, izvorno generirani u jezgri, dospiju u citosol ili su čak sposobni aktivirati ovaj endosomalni receptor. Treba napomenuti da su sekvence koje formiraju R-petlju također identificirane među virusima, ali treba istražiti da li one zaista formiraju strukture R-petlje i mogu li pokrenuti aktivaciju TLR3 [21]. TLR7 i TLR8, koji su blisko povezani, osjete jednolančane RNK i RNK proizvode raspadanja. I TLR7 i TLR8 nose dva motiva vezanja RNK, od kojih prvi prepoznaje pojedinačni gvanozin ili uridin, dok je za drugi pokazano da posreduje u određenoj specifičnosti sekvence. TLR7 prvenstveno vezuje poliU 3-mere, dok TLR8 osjeti UG/UUG oligoribonukleotide [22,23]. Nasuprot tome, pokazalo se da se TLR9 vezuje za jednolančanu DNK koja sadrži CpG motiv [4,18].

Prednosti suplemenata cistanche-kako ojačati imuni sistem

2.2. Cytosolic PRRs

Ključni senzori virusnih nukleinskih kiselina u citosolu, prisutni nakon infekcije virusom, su RLR [2,7,24]. Istoimeni član ovih citosolnih receptora je RIG-I. Dodatni članovi uključuju asocijacijski gen 5 za diferencijaciju melanoma (MDA5) i laboratorij za genetiku i fiziologiju 2 (LGP2). Sva tri proteina dijele sličnu organizaciju domena sa centralnim domenom RNA-helikaze koji zajedno sa njihovim C-terminalnim domenom (CTD) posreduje u vezivanju RNK [2,7,24]. Za razliku od LGP2, RIG-I i MDA5 dijele dvije domene za aktivaciju i regrutaciju kaspaze (CARDs) na svom N-terminusu koji pokreću nizvodne signalne događaje [2,7]. U slučaju RIG-I, ovi CARD su intramolekularno vezani domenom helikaze i CTD-om, provocirajući zatvorenu konformaciju proteina i na taj način sprečavajući nizvodnu signalizaciju u odsustvu liganda [7,25]. Prepoznavanje nukleinske kiseline podrazumijeva hidrolizu ATP-a pomoću RIG-I i izaziva promjenu u otvorenu konformaciju i njenu oligomerizaciju. Ovo omogućava bližu interakciju dijela koji se vezuje za RNK sa nukleinskim kiselinama, dok se CARD-ovi oslobađaju za interakciju sa mitohondrijskim interaktorom virusne signalizacije (MAVS) za nizvodnu transdukciju signala [7,24]. Ovo autoinhibitorno stanje prikazano za RIG-I ne javlja se za MDA5. Umjesto toga, MDA5 pokazuje otvorenu i fleksibilnu i stoga nesputanu konformaciju. Ovo uključuje nizvodnu signalizaciju nakon prekomjerne ekspresije MDA5 u odsustvu RNA liganda [26-28]. Zbog nedostatka CARD-a, LGP2 ne može direktno inicirati nizvodnu signalizaciju preko MAVS-a. Ali izgleda da funkcioniše kao modulator MDA5 signalizacije. Na niskim nivoima proteina, LGP2 ubrzava i stabilizuje interakciju MDA5-RNA, dok visoki nivoi LGP2 dovode do inhibicije MDA5 [27,29,30]. Za sva tri člana porodice, prepoznavanje nukleinskih kiselina olakšavaju centralni helikazni domen i CTD [2,7,24]. Ovi proteinski domeni olakšavaju skeniranje biohemijskih karakteristika koje se nalaze na 50 kraju molekula RNK. Uprkos dijeljenju uporedivih domena helikaze i CTD-a, RIG-I i MDA5 osjećaju neznatno različite karakteristike unutar RNK [31]. RIG-I preferira kraće dvolančane (ds)RNA ili ssRNA i aktivira ga 5 0 -PPP-dsRNA ili 50 -pp-dsRNA, dok 50 monofosforiliranih RNK ​​ostaje neotkriveno od strane RIG-I [32]. Nadalje, RIG-I prepoznaje RNK obogaćene poli-U/UC ili AU regijama, kao i kružne virusne RNK [33-35]. Predlaže se da vezivanje za kružne RNK bude posredovano strukturnim karakteristikama RNK ili preko pomoćnih proteina koji se vezuju za RNK, koje treba identifikovati [33]. MDA5 se prvenstveno vezuje za duge dsRNA i regije bogate AU [28,36,37]. Pokazalo se da LGP2 otkriva širok spektar različitih RNK. Čini se da ni status fosforilacije 50-kraja ni dužina RNK ne utiču na prepoznavanje i vezivanje od strane LGP2 [38,39]. Poznato je da sensing RNA pomoću proteina iz porodice PKR ili OAS 1-3 doprinosi odgovoru antivirusne odbrane [9,10]. PKR prepoznaje dsRNA molekule duže od 30 bp na način nezavisan od kapa [40], ali je opisano ssRNA i strukturirano 5'-PPP-RNA vezivanje [41,42]. Vezivanje je olakšano sa dva tandemska RNA-vezujuća domena koja se nalaze u njenoj N-terminalnoj polovini, koja nakon vezivanja RNK pokreću dimerizaciju PKR i naknadnu aktivaciju kinaze [43]. OAS1-3 se vezuje za dsRNA [10,44–46]. Nakon vezivanja dsRNA OAS1-3 sintetiše 20-50 oligoadenilata vezanih za fosfodiestar, koji služe kao drugi glasnik za pokretanje dimerizacije i zauzvrat aktivacije ribonukleaze (RNase) L i time cijepanja RNK [10,47]. Odcijepljeni RNA fragmenti služe za pojačavanje antivirusne signalizacije jer ih PRR senzibile [9]. Dodatnu liniju imunološke odbrane prikazuju NLR i ALR [1,6,48]. Nakon aktivacije, pokazalo se da neki NLR i ALR započinju sklapanje takozvanih inflamasoma, multiproteinskih enzimskih kompleksa u kojima se oligomeriziraju i vezuju za proteine ​​nalik na tačkice povezanu s apoptozom koji sadrže CARD (ASC) domene kako bi posredovali u proteolitičkoj aktivaciji kaspaze. -1. Ovo zauzvrat omogućava sazrijevanje citokina kao što su Interleukin 1 (IL-1) i IL-18, čime se doprinosi antivirusnom imunološkom odgovoru. Među NLR-ovima, pokazalo se da se NLRP3 aktivira širokim spektrom različitih RNK ​​[8,49]. Međutim, direktna interakcija sa RNK nije dokazana. Umjesto toga, NLRP3 se sastavlja sa pomoćnim proteinima, među kojima su DExD/H-box RNA helikaze ili TRIM ubikvitin ligaze, za koje se pokazalo da omogućavaju RNA-sensing, a potom i aktivaciju inflamasoma [8,49]. Za razliku od NLRP3, AIM2 kao predstavnik ALR-a aktivira DNK [6,48,50].

Pored AIM2, cGAS funkcioniše kao citosolni senzor DNK [5]. Potpuna aktivacija cGAS-a se javlja nakon vezivanja za duže molekule DNK. Oni omogućavaju dimerizaciju cGAS-a, što je preduslov za potpunu aktivaciju. Međutim, pokazalo se da cGAS prepoznaje različite molekule DNK, među kojima su dsDNA, ssDNK koje pružaju sekundarne strukture koje rezultiraju dsDNK, ili RNA-DNK hibride (kao npr. izvedene iz R-petlji). Nakon vezivanja, signalizacija se propagira kroz cGAMP posredovanu aktivaciju stimulatora gena interferona (STING), što rezultira aktivacijom IRF3 [5]. Prema tome, cGAS može biti aktiviran patogenom DNK, ali i ćelijskom DNK, na primjer kao odgovor na citosolnu DNK kao rezultat pogrešne segregacije hromozoma, mikronukleusa i razbijanja DNK [51]. Osim ovih klasičnih PRR-ova, identificirano je nekoliko dodatnih faktora domaćina koji služe kao senzori za strane nukleinske kiseline, među njima DExD/H box helikaze, ubikvitinske ligaze iz porodice tripartitnih motiva (TRIM) i sve veći broj različitih dodatnih proteina koji vezuju RNK [12- 14,52,53]. Takođe, veoma heterogena porodica receptora hvatača je uključena u urođeni imunitet i pokazalo se da se neki članovi vezuju za strane nukleinske kiseline [54]. Za neke od ovih proteina koji se vezuju za RNK, funkcija skele je implicirana [3,5,12]. Oni osjećaju i vezuju stranu RNK, te je predstavljaju RLR-ima, čime doprinose i pojačavaju antivirusnu signalizaciju [3,5,12].

cistanche koristi za muškarce - jača imuni sistem

Kliknite ovdje za pregled proizvoda Cistanche Enhance Immunity

【Zatražite više】 Email:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

3. PARP13—Senzor virusne RNK

Jedan od ovih skele navedenih proteina, koji je uključen u urođeni imuni odgovor, je antivirusni protein cinkovog prsta (ZAP), također poznat kao PARP13 (Slika 1). Iako ne posjeduje katalitičku aktivnost, poznat je po svom efikasnom antivirusnom djelovanju [11]. PARP13 postoji u četiri različite izoforme, koje proizlaze iz alternativnog spajanja i poliadenilacije [11,16]. Dvije najbolje proučavane izoforme su PARP13.1 (ZAPL) i PARP13.2 (ZAPS), potonjem nedostaje domen sličan PARP-u [11]. Dok se čini da je PARP13.1 konstitutivno izražen, PARP13.2 se indukuje interferonskom signalizacijom [55]. Interakcija sa 30 neprevedenih regiona (30 UTR) interferonske glasničke RNK (mRNA) je opisana za PARP13.2, za koju se stoga smatra da je uključen u odgovor negativne povratne sprege na IFN signalizaciju [55]. Zanimljivo je da se PARP13.2 kolokalizira sa RIG-I kada je stimuliran sa 50 -PPP-dvolančanom RNK (dsRNA) i čini se da igra ulogu u promociji proizvodnje interferona [56]. Sve izoforme PARP13 imaju RNA-vezujući domen (RBD) koji se sastoji od četiri motiva CH cinkovog prsta (ZnF), od kojih je drugi poznat po svom hidrofobnom veznom džepu sa visokim afinitetom za CpG-dinukleotide [11,57]. Ostali ZnF pokazuju slab afinitet prema RNK nepoznatih sekvenci [11]. PARP13 je u stanju da dimerizira, pa se čak i multimerizacija PARP13 na ciljnoj RNK predlaže za efikasnu odbranu od patogena [11]. Nedavno je RNA interaktomski ekran teškog akutnog respiratornog sindroma koronavirusa tipa 2 (SARS-CoV-2) identifikovao PARP13, kao i njegov kofaktor TRIM25, da se direktno vežu za virusnu RNK [58]. Nakon ektopične ekspresije PARP13.1 i PARP13.2, činilo se da PARP13.2, ali ne i PARP13.1, ima antivirusni efekat, što je dokazano značajnim smanjenjem SARS-CoV-2 nestrukturnog proteina 12 (nsP12) RNK nivoi, koji kodiraju virusnu RNA zavisnu RNA polimerazu [58]. Nasuprot tome, Nchioua i kolege izvijestili su o smanjenju akumulacije SARS-CoV-2 RNK pune dužine samo u eksperimentima sa prekomjernom preciznošću PARP13.1 [59]. Međutim, za obje izoforme, uočeno je smanjenje nivoa RNK SARS-CoV-2 strukturnog šiljka i proteina nukleokapsida [59]. Razlike u ćelijskoj lokalizaciji mogu objasniti ove nalaze, jer PARP13.2 ima difuznu citoplazmatsku distribuciju, dok PARP13.1 može biti S-farneziliran, što ga lokalizira na endolizozome ili endoplazmatski retikulum (ER) [11]. SARS-CoV-2 formira dvomembranske vezikule izvedene iz ER za replikaciju [60]. Zaista, kasnije je pokazano da je S-farnezilacija PARP13.1 potrebna za atenuaciju SARS-CoV-2 [61]. Antivirusno djelovanje je također opisano protiv virusa influence A (IAV). Dok se čini da PARP13.1 modulira ekspresiju virusnog proteina, opisano je da PARP13.2 direktno cilja IAV RNK [11,62]. Liu i kolege su izvijestili da PARP13.1 promovira poli-ADP-ribozilaciju (PARilaciju) proteina IAV polimeraze, što dovodi do njihove naknadne ubikvitinacije i degradacije [62].

Međutim, kako PARP13 nema prijavljene katalitičke aktivnosti, drugi ADP-ribozilirajući protein mora biti uključen u ovaj proces. Kraća izoforma, PARP13.2, je u stanju da se veže za mRNA IAV bazične RNA polimeraze 2 (PB2) i dovodi do njene degradacije, kao i do sprečavanja njenog prevođenja [63]. Ovom procesu suprotstavlja nestrukturni protein 1 (NS1) protein IAV, za koji je utvrđeno da sprečava vezivanje virusne RNK pomoću PARP13.2 [63]. Zanimljivo, čini se da i NS1 mRNA nije pod utjecajem PARP13.2 [63]. Potencijalno, ovo bi se moglo pripisati sekundarnim strukturama unutar NS1 RNK, za koje je pokazano da formiraju ukosnice što dovodi do toga da veliki dijelovi ove RNK budu dvolančani [64]. Drugi rod virusa ograničenih PARP13 su alfavirusi poput Sindbis virusa, koji je na meti PARP13.1 u granulama stresa (SG) [55]. Nedavno su različite grupe otkrile u eksperimentima kristalizacije da je WWE2 džep PARP13 u stanju da se veže za ADP-ribozu (ADPr)-delu poli-ADP-riboze (PAR) lanaca [65,66]. Xue i kolege su također potvrdili ove rezultate in vitro i otkrili esencijalnu ulogu dvije aminokiseline u WWE2 domeni, W611 i Q668, za ovo vezivanje. Nadalje, oni su pokazali da se ZnF5, WWE1 i WWE2 iz PARP13 kombinuju i formiraju domen koji su nazvali centralni domen (CD) i da se ovaj CD vezuje za PAR u ćelijama. Pokazalo se da duga izoforma PARP13, PARP13.1, vezuje PAR u ćelijama, iako ne tako efikasno kao izolovani CD [66]. Ovo vezivanje igra važnu ulogu u granulama stresa (SG), gdje je PAR vezivanje preduvjet za PARP13-CD i PARP13.1 relokalizaciju [66]. Osim toga, utvrđeno je da mutacijsko oštećenje vezivanja PARP13.1 za PAR slabi njegovu antivirusnu aktivnost [66]. Lokalizacija na granule stresa je također opisana za PARP13.2, koji je sve više PARiliran nakon stresa [67]. Dakle, granule stresa (SG) omogućavaju akumulaciju RNK, PAR i PARP13 [66,68]. Trebalo bi da se pozabavi pitanjem da li grupisanje doprinosi antivirusnoj aktivnosti PARP13, odnosno promociji degradacije RNK ili inhibiciji translacije. Vrijedi spomenuti da se, slično kao i PARP13, pokazalo da se dodatni PARP proteini povezuju sa SG, što sugerira usklađeno djelovanje ili sinergističku ulogu PARP-a u formiranju i/ili funkciji SG. U sličnom pravcu ukazuje i nalaz da je PARP13, iako nema samu katalitičku aktivnost, ADP-riboziliran i stoga mora u bliskoj interakciji sa drugim PARP enzimima [67]. Ova ADP-ribozilacija može kontrolisati funkciju PARP13 kao što je prikazano za PARP7, koji MARilira cisteinske ostatke u ZnFs, čime ometa sposobnost PARP13 da interaguje sa RNK [16]. Očekujemo mnoge dodatne interakcije između PARP proteina kao i drugih PRR-a i nizvodnih efektora. Stoga, kako PARP sinergiju za efikasno prepoznavanje nukleinskih kiselina i odbranu od patogena su uzbudljiva pitanja u polju urođene imunološke odbrane.

4. IFN-regulisana potklasa PARP-ova

4.1. Porodica PARP

Na osnovu organizacije domena i strukturne analize PARP13 pripada porodici ADP-riboziltransferaza sličnih difterijskom toksinu (ARTD), koja ukupno obuhvata 17 članova [69–71]. Svi dijele visoko konzerviran ART domen, koji sa izuzetkom PARP13 omogućava ovim proteinima da kataliziraju ADP-ribozilaciju. ADP-ribozilacija je reverzibilna posttranslaciona modifikacija (PTM), koju karakteriše dodavanje jednog ili više ADP-riboznih delova na supstrat [70]. Djelomično na osnovu sastava aminokiselina katalitičke trijade, pojedinačni enzimi mogu katalizirati PARilaciju (PARP1, PARP2, TNKS1 i TNKS2) ili MARilaciju (PARP3, PARP4, PARP7-PARP12, PARP14-PARP16 ) [70,72]. Da bi to učinili, oni troše nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) kao kofaktor i prenose ADP-ribozu, bilo jednu grupu (MARilacija) ili u iterativnom procesu (PARilacija) više jedinica uz oslobađanje nikotinamida [70]. PARP13 je jedini član porodice kome nedostaje aktivnost ADP-ribozilacije zbog svoje nesposobnosti da pravilno veže NAD+ [73]. U nastavku ćemo se koncentrisati na PARP-ove koji reaguju na interferon (PARP9-15; Slika 1) [16], MARilaciju i (potencijalne) sposobnosti senzora nukleinske kiseline ove podskupine PARP-a.

4.2. Regulacija i propagacija MARilacije

Kao i drugi PTM-ovi, MARilaciju treba pročitati i signal propagirati. Makrodomeni 2 i 3 PARP14 identifikovani su kao čitači MARylacije [70,74,75]. Nadalje, MARilacija pokazuje potpuno reverzibilni PTM omogućen hidrolitičkom aktivnošću koju posjeduju neki makrodomeni [70]. Ćelijska brisanja MARylacije uključuju MacroD1, MacroD2 i TARG1. De-MARilacija je omogućena njihovim aktivnim makrodomenom [70]. Makrodomenski nabor je visoko očuvan među svim vrstama života i ugrađen je u nestrukturne proteine ​​nekoliko pozitivnih čula jednolančanih ((+)ss) RNK virusa također [16,76,77]. Indukcija MARilirajućih PARP-ova urođenim IFN sistemom u kombinaciji sa sposobnošću nekoliko virusnih makrodomena da povrate MARilaciju ukazuje na antivirusnu ulogu PARP-ova inducibilnih IFN-a. Nadalje, pokazalo se da su PARP-ovi evoluirali pod jakom pozitivnom selekcijom, što dodatno ukazuje na funkciju urođenog imuniteta [78,79]. Međutim, uvid u mehanizme i tačnu funkciju PARP-a induciranog IFN-om ostaje nedostižan. Jedna od mogućnosti da IFN-inducibilni PARP mogu doprinijeti antivirusnom odgovoru je prepoznavanje stranih nukleinskih kiselina. Kao što je ranije navedeno, adapterski proteini poput DExD/H box helikaze ili PARP13 mogu poslužiti kao skele koje dovode nukleinske kiseline i efektorske proteine ​​u blizinu. Slično, PARP-ovi koji reaguju na IFN mogu funkcionirati kao skele, pomažući na taj način u prepoznavanju RNK od strane jednog od klasičnih PRR-ova. Povrh toga, njihova aktivnost MARilacije mogla bi dodati još jedan nivo regulacije za fino podešavanje urođenog imunološkog odgovora. Postoje indicije da bi prisustvo virusne RNK moglo izazvati MARilaciju aktivnosti ovih enzima [80,81]. Pretpostavljajući da vezivanje RNK određuje katalitičku aktivnost, može također omogućiti preusmjeravanje katalitičke aktivnosti na različite supstrate. To mogu biti i virusni i faktori domaćina. Štaviše, izmijenjena specifičnost također može utjecati na stabilnost proteina, na primjer smanjenjem automodifikacije, čime se postiže stabilnost određenih PARP enzima [82]. Dodatno, virusna RNK može predstavljati supstrat za MARilaciju, jer je identifikovano da je RNK MARilirana i in vitro i u ćelijama [83,84].

4.3. Organizacija domena PARP-ova regulisanih IFN-om

Treba napomenuti da svi PARP-ovi koji reaguju na IFN prikazuju domene i motive potencijalno uključene u vezivanje nukleinske kiseline (Slika 1).

Slika 1. Arhitektura domena PARP-ova koji reaguju na IFN. Svi članovi PARP porodice koji reaguju na IFN sadrže očuvan domen ADP-riboziltransferaze (ART) na svom C-terminusu. Osim PARP13, ART domen ostalih PARP-a posjeduje MARilaciju aktivnost [72,73]. PARP9, PARP14 i PARP15 sadrže ponavljanja makrodomene (MD), bilo 2 kao u slučaju PARP9 i PARP15. Slika 1. Arhitektura domena PARP-ova koji reaguju na IFN. Svi članovi PARP porodice koji reaguju na IFN sadrže očuvan domen ADP-riboziltransferaze (ART) na svom C-terminusu. Osim PARP13, ART domen ostalih PARP-a posjeduje MARilaciju aktivnost [72,73]. PARP9, PARP14 i PARP15 sadrže ponavljanja makrodomene (MD), ili 2 kao u slučaju PARP9 i PARP15, ili tri kao što se vidi za PARP14. Pored tri makrodomene, PARP14 je takođe opremljen sa dva motiva za prepoznavanje RNK (RRM) na svom N-kraju, za koje je poznato da posreduju u vezivanju RNK. Slično, PARP10 nosi dva RRM-a na svom N-kraju. PARP11-PARP14 sadrži jedan (PARP11, PARP14) ili dva WWE (PARP12, PARP13) modula, za koje je poznato da olakšavaju vezivanje poli-ADP-riboze. N-terminalno PARP12 i PARP13 sadrže DNK-vezujuće domene nalik krilatoj spirali (WH-l), praćene pet motiva cink prstiju (ZF), za koje se zna da posreduju u vezivanju za nukleinske kiseline. PARP10 je jedinstven, jer je jedini član porodice opremljen motivima ubikvitinske interakcije (UIM), kojih ima tri u svojoj C-terminalnoj polovini (Kreirano sa BioRender.com).

PARP12 podseća na ukupnu strukturu domena PARP13 i na sličan način je opremljen sa nekoliko ZnF-ova. Ovi domeni su dobro opisani kao moduli za vezivanje nukleinske kiseline, između ostalih funkcija, i kao takvi su široko uključeni u interakcije domaćin-patogen [85]. Ovo izaziva pitanja koja funkcija(e) se mogu dodijeliti ZnF-ovima PARP12 i da li su one uključene u RNA sensing. Postoji sve više dokaza da makrodomeni predstavljaju dodatni modul za vezivanje nukleinske kiseline. Nedavno je pokazano da se PARP9 vezuje za virusnu RNK posredovanu svojim prvim makrodomenom [15]. Sposobnost vezivanja za RNK je demonstrirana i za TARG1 [86]. Makrodomen kao vezni modul za nukleinske kiseline je također ustanovljen na osnovu nalaza s nekim virusnim makrodomenima (MD). Pokazalo se da vMD virusa Chikungunya (CHIKV) ili virusa venecuelanskog encefalitisa (VEEV) veže ssRNA [87], dok je pokazano da drugi i treći vMD (SARS jedinstveni domeni, SUD) SARS-korona virusa vežu G-kvadruplekse [88,89]. Pored PARP9, PARP14 i PARP15 pripadaju PARP-ovima stimulisanim IFN-om koji sadrže makrodomene. Dok je identifikovano da se PARP14 macro2 i macro3, kao i PARP15 macro2 vezuju za MAR [75,90], funkcija prvog makrodomena unutar oba proteina ostaje nedostižna. Međutim, na osnovu poređenja sekvenci, oni su filogenetski bliži hidrolitičkim makrodomenima koje kodiraju ssRNA virusi, što im možda omogućava da postuliraju i sposobnost vezanja RNK (slika 2). Pored svojih makrodomena, PARP14 prikazuje dva motiva za prepoznavanje RNK (RRM) u blizini svog N-kraja, koji su odvojeni intrinzično poremećenom regijom (IDR, prema analizi aminokiselinskih sekvenci korištenjem PONDR) od njegovih drugih funkcionalnih domena. Ovo je također slučaj za PARP10 (analiza od strane PONDR-a) (Slika 1). RRM, ali i IDR pojedinačno ili zajedno mogu posredovati u vezivanju RNK [91–93]. Općenito, višestruki RRM-ovi rade u tandemu i na taj način olakšavaju pravilno vezivanje RNK i daju RNK specifičnost [94]. Biće od interesa procijeniti načine vezivanja nukleinske kiseline ove podskupine PARP. Da li ovi domeni zaista osjećaju da strane nukleinske kiseline doprinose snažnom antivirusnom odgovoru?

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) analizirao je CLUSTAL 2.1 i fajl filogenetskog stabla je učitan u iTOL 6.6 da bi se generisalo ovo filogenetsko stablo [95].

4.4. IFN-regulisani PARP kao faktori ograničenja domaćina

Kao što je već rečeno, PARP12 ima sličnu organizaciju domena kao PARP13, ali njegov ART domen pokazuje enzimsku aktivnost [16] (Slika 1). Iako je PARP13 već poznat po svojoj ulozi PRR-a u urođenom imunološkom odgovoru, slična funkcija se može pretpostaviti za PARP12 [11,96]. Međutim, vezanje PARP12 RNA nije do sada eksperimentalno potvrđeno, ali postoje dokazi koji dolaze od toga da je PARP12 regrutovan za SG [67,97,98]. SG su kondenzati obogaćeni mRNA zbog kompleksa zastoja translacije ovisnih o stresu i PAR [67,99]. Lokalizacija PARP12 na ove kondenzate zavisi od njegovih ZnFs i WWE domena, što sugeriše da sposobnost potencijalnog vezanja i RNA i PAR provocira PARP12 da se lokalizuje na SG [97,98]. Treba napomenuti da, poput vezivanja RNK, PAR-vezivanje putem WWE domene PARP12 nije eksperimentalno potvrđeno. Funkcionalna uloga PARP12 u biološkim granulama SG tek treba da se pronađe, ali kako se o SG raspravlja kao o odgovoru prve linije na virusne infekcije, regulacija i/ili modulacija ovih kondenzata može biti jedan od načina antivirusnog djelovanja PARP12 [100 ]. Vrijedi istaći da su pored PARP13 i PARP12, PARP14 i PARP15 identifikovani i kao SG proteini, barem kada su prekomjerno eksprimirani [67]. Biće zanimljivo analizirati da li PARP12, analogno PARP13, reguliše promet RNK i/ili translaciju i da li je to ograničeno na virusne RNK ili bi moglo biti relevantno i za mRNA domaćina u inficiranim i stoga stresnim stanicama. Dodatna linija dokaza za PARP12 kao protein koji se vezuje za RNK izvedena je iz nedavnog istraživanja SARS-CoV-2. Identifikacija faktora domaćina koji su u interakciji sa SARS-CoV-2 RNA genomom otkrila je PARP12 i PARP13 kao proteine ​​u interakciji [58,101].

Zaista, PARP12 je identificiran kao restrikcijski faktor za neke viruse [81,102,103]. Jedan potencijalni mehanizam o kojem se raspravlja je ograničavanje replikacije alfavirusa modulacijom ćelijskog prevođenja [102]. Nakon VEEV infekcije, čini se da je PARP12 složen sa ribozomima i nekoliko proteina za koje se zna da igraju ulogu u translaciji [102]. Ovo takođe može pružiti vezu sa biologijom SG i/ili modulacijom ovih kondenzata pošto su oni obogaćeni zaustavljenim translacijskim kompleksima [100]. Osim toga, PARP12 zapravo ograničava replikaciju Zika virusa (ZIKV) nakon interakcije s PARP11 preko njihovih WWE domena [104,105]. Ovdje je restriktivni efekat posredovan promoviranjem PARilacije virusnih nestrukturnih proteina NS1 i NS3 ciljajući ih na proteazomalnu degradaciju [104,105]. Ovo liči na način djelovanja prikazan za PARP13.1 s obzirom na IAV proteine ​​koje PAR priprema za proteazomsku degradaciju [62]. Opet, vjerovatno su i drugi PARP enzimi uključeni u ovaj proces, jer PARilaciju ne kataliziraju ni PARP12 ni PARP11 [72]. PARP11 je identifikovan kao regulator IFN signalizacije. Pokazalo se da katalizuje MARilaciju -TrcP, ubikvitin E3 ligaze. Ovo rezultira naknadnom ubikvitinacijom i prometom IFN/receptora 1 (IFNAR1) što ukazuje na povratnu kontrolu IFN signalizacije od strane PARP11 [106]. PARP9, zajedno sa PARP14 i PARP15, jedan je od PARP-ova koji sadrže makrodomene [16] (Slika 1). Međutim, do danas nije u potpunosti razjašnjeno za PARP9, bez obzira da li ima ADP-ribozilirajuću aktivnost ili ne [16]. Utvrđeno je da makrodomeni PARP9 vežu PAR omogućavajući kolokalizaciju PARP9 sa PARilirajućim enzimom PARP1 nakon oštećenja DNK [107,108]. Nadalje, raspravljalo se o antivirusnoj ulozi PARP9. U dendritskim ćelijama, influenca A, minus-lančani RNA virus, inducira ekspresiju PARP9 [15]. Nadalje, Xing i kolege su izvijestili o zaštitnom efektu PARP9 protiv minus-sense RNA virusa vezikularnog stomatitisa i dsRNA reovirusne infekcije kod miševa, dok se ovaj efekat ne javlja kod DNK-virusa Herpes simplex virusa tipa 1 (HSV-1 ) [15]. Otkrili su da je prvi makrodomen PARP9 bitan za vezivanje virusne dsRNA u rasponu od 1100 baznih parova (bp) do 1400 bp (Tabela 1). Nadalje, PARP9 značajno doprinosi proizvodnji IFN tipa I tako što aktivira signalni put fosfoinozitid-3-kinaze/protein kinaze B (PI3K/AKT) [15]. Za mnoge procese, međutim, PARP9 formira heterodimer sa E3 ubikvitin ligazom, briše E3 ubikvitin ligazu L (DTX3L). Zajedno igraju ulogu u popravljanju oštećenja DNK i antivirusnoj odbrani [15,108]. DTX3L/PARP9 heterodimer je sposoban da selektivno MARilira ubikvitin [108]. Autori sugeriraju da ova modifikacija ovisi o katalitičkoj aktivnosti PARP9 [108]. Russo i kolege su otkrili da heterodimer DTX3L/PARP9 igra centralnu ulogu u ADP-ribozilaciji izazvanoj indukcijom ISG. Čini se da je ovo neovisno o samoj aktivnosti PARP9, što sugerira potencijalno preslušavanje s drugim MARilirajućim PARP-ovima ili usklađeno djelovanje ovih proteina. Povećanje ukupne MARilacije je preokrenuto aktivnošću hidrolaze SARS-CoV-2 nsP3 makrodomena1 [109,110]. U 2016. godini, Iwata i kolege su otkrili da se pretvarač signala i aktivator transkripcije 1 (STAT1) i STAT6 in vitro ADP-ribozilira pomoću PARP14, procesa potisnutog od strane PARP9. Oni su dalje tvrdili da je STAT1 fosforilacija inhibirana PARP14 posredovanom STAT1 ADP-ribozilacijom [111]. Dodatno, uočena je antiinflamatorna uloga PARP14 u makrofagima, promovišući interleukin (IL)-4 odgovor i potiskujući IFN-inducirane odgovore [111]. Iako je ovaj rad dobio snažnu kritiku [112], barem je interakcija PARP9-PARP14 potvrđena u eksperimentima ko-imunoprecipitacije od strane drugih grupa [113]. Grunewald i kolege sugeriraju da PARP14 može regulisati IFN odgovor, ovisno o ADP-ribozilaciji, ali i neovisno o njegovoj katalitičkoj aktivnosti [114]. Nadalje, primijetili su povećanu virusnu replikaciju virusa mišjeg hepatitisa (MHV) u eksperimentima inhibicije i obaranja Parp14, što ukazuje na antivirusne kapacitete PARP14 [114]. U eksperimentima virusnog umrežavanja i pročišćavanja u čvrstoj fazi (VIR-CLASP) za virus Chikungunya (CHIKV), PARP14 i PARP9 su identificirani kao CHIKV-RNA interaktori [115]. Za razliku od toga, ispitivanje interaktora IAV genoma nije otkrilo interakciju nijednog od mono-ARTD [115]. PARP14 ima tri makrodomene i prijavljeno je da se makro2 i makro3 vezuju za MARilirani PARP10, ali izgleda da nemaju hidrolaznu aktivnost i stoga se smatraju čitačima MARilacije [75]. Zanimljivo je da je opisano da makrodomen PARP141 liči, barem na nivou sekvence, SARS-CoV-2 makrodomenu (slika 2) [116,117]. PARP14 je najveći od PARP enzima i ima motiv prepoznavanja RNK (RRM) na svom N-terminusu praćen dugom intrinzično poremećenom regijom, čija je funkcija još nepoznata [118]. PARP14 se vezuje za 3'UTR mRNA tkivnog faktora u sinergiji sa tristetraprolinom (TTP) nakon stimulacije lipopolisaharidom (LPS) (Tabela 1) [119]. Međutim, koji domeni PARP14 su uključeni u ovu interakciju ili da li PARP{140}posredovana ADP-ribozilacija doprinosi ovoj interakciji, ostaje da se utvrdi [119]. Vezivanje PARP14 nukleinskom kiselinom su takođe prijavili Riley i kolege, koji su pronašli dva navodna DNK motiva prepoznata od strane PARP14 (tabela 1). Ovi motivi su prisutni u promotorskoj regiji interleukina-4 (Il-4) i Il-5, a čini se da PARP14 ima ulogu u ekspresiji citokina T pomoćnog tipa 2 (Th2) [ 120]. Ovo dodatno potkrepljuju nalazi o ulozi PARP14 u alergijskim reakcijama kod miševa [121]. Utvrđeno je da je PARP14 uglavnom lokaliziran u citosolu i translocira se u jezgro nakon tretmana LPS-om [113]. Čini se da je također uključen u translokaciju drugih proteina u jezgro, posebno onih koji su inducibilni IFN [113]. PARP10 je visoko eksprimiran u hematopoetskim ćelijama, podržavajući funkcionalnu ulogu u urođenom imunitetu [122]. Kao i PARP12, pokazalo se da je PARP10 restriktivan za replikaciju virusa [81,102,103]. Atasheva i kolege su pokazali da ekspresija PARP10 iz drugog subgenomskog promotora unutar VEEV genoma rezultira inhibicijom translacije [102]. Međutim, ostaje otvoreno kako PARP10 ometa prevođenje. Slično tome, nejasno je da li ova moguća modulacija prevođenja doprinosi njegovom antivirusnom djelovanju.

Tabela 1. Pregled modaliteta vezanja RNK kod klasičnih PRR-ova i PARP-ova reguliranih IFN-om.

Nedavno je nestrukturni protein (nsP) 2 CHIKV identificiran kao PARP10 supstrat. MARilacija narušava proteolitičku aktivnost nsP2, koja je neophodna za replikaciju [81]. CHIKV nsP su prevedeni kao poliproteini koji se trebaju procesirati u pojedinačne nsP, koji potom formiraju funkcionalni replikacioni kompleks [123]. Stoga, antivirusna aktivnost PARP10 može biti posredovana barem dijelom modifikacijom i regulacijom virusnih proteina. Zanimljivo je da je MARilacija CHIKV-nsP2 uočena samo kada se oponaša virusna infekcija transfekcijom in vitro transkribovanog RNK replikona. Koekspresija GFP-nsP2 i PARP10 zasnovana na plazmidu nije bila dovoljna da izazove MARilaciju [81]. Slični rezultati uočeni su proučavanjem ADP-ribozilacije u kontekstu infekcije virusom mišjeg hepatitisa (MHV), koronavirusom. Utvrđeno je da je nukleokapsid (N) protein MHV samo ADP-riboziliran nakon infekcije MHV i da nije uspio modificirati kada se eksogeno eksprimira u stanicama [80]. Ovi nalazi potiču nagađanja. Da li je prisustvo virusne RNK neophodno za potpunu aktivaciju PARP10 kao i drugih PARP? N-terminal PARP10 posjeduje dva RRM-a u blizini N-terminusa. Nakon toga slijedi intrinzično poremećena domena bogata glicinom (Slika 1). Da li oni omogućavaju vezivanje nukleinske kiseline treba ispitati kako bi se odgovorilo na pitanje da li PARP10 može funkcionirati kao PRR. Kao što je gore istaknuto, RNK je identifikovana kao supstrat za MARilaciju [83,84,124,125]. Izolovani katalitički domeni PARP10 kao i PARP15 su sposobni da MARiliraju terminalni 50 fosfat ssRNA in vitro. Međutim, varijante pune dužine ovih proteina to nisu uspjele in vitro [83,84]. ADP-riboziltransferaza identifikovana u MARylate RNA kao protein pune dužine in vitro iu ćelijama je TRPT-1. Pokazalo se da MARilacija 50 -P-RNA sprječava translaciju [84].

4.5. Perspektiva IFN-regulisanih PARP-ova kao senzora virusne RNK

cistanche tubulosa-poboljšava imuni sistem

Šta se može izvući iz ovih nalaza? Sasvim jasno, PARP su uključeni u antivirusnu odbranu. Sve je više dokaza koji povezuju ovaj podskup PARP enzima koji reaguju na IFN sa urođenim imunitetom, kao što je sažeto u nedavnim pregledima [16,109,118]. Međutim, kako je ovo polje istraživanja u nastajanju i brzom razvoju, postoji mnogo otvorenih pitanja na koja treba odgovoriti i odgovoriti. Osim indukcije IFN-ima, teško razumijemo kako se reguliše ekspresija ovih PARP gena i funkcija kodiranih proteina. Kako je regulirana njihova katalitička aktivnost? Da li je potrebna precizna regulacija MAR aktivnosti? Kako se postiže promet ovih proteina? Koje su funkcije različitih proteinskih domena kojima su ovi PARP proteini opremljeni? Postoji li preslušavanje između ovih različitih domena i, šireći se na ovo, da li pružaju funkcionalnost odvojenu od MAR aktivnosti? Nadalje, kako se pojedinačni enzimi sinergiziraju kako bi doprinijeli uspostavljanju snažnog antivirusnog odgovora? Šta su molekuli supstrata (proteini ili nukleinske kiseline) za fino podešavanje imunološkog odgovora na jedan ili drugi patogen? Kako se postiže specifičnost? U ovom posljednjem dijelu želimo spekulirati o mogućim odgovorima na ova pitanja. Na osnovu njihove organizacije domena (Slika 1), spekulišemo da ova podskupina PARP-ova interaguje sa stranim, ali moguće i ćelijskim nukleinskim kiselinama. Virusne RNK pokazuju mnogo sekundarnih struktura, koje zajedno sa sekvencom i/ili modifikacijom RNK mogu omogućiti prepoznavanje i vezivanje [126,127]. Ove složene sekundarne strukture, uglavnom locirane u 5'UTR i 3'UTR virusnih RNK, štite ih od prepoznavanja od strane mnogih senzora ssRNA [128]. Osim toga, virusi su razvili različite strategije, kao što je otimanje kape (krađa poklopca od mRNA domaćina) ili imitacija kapice kako bi izbjegli prepoznavanje od strane klasičnih PRR-ova [129]. Stoga je moguće da PARP, kao što je PARP9, dođu u igru ​​(slika 3). Vezivanjem RNK, oni mogu pomoći u aktivaciji klasičnih PRR-ova, kao što je pokazano za PARP13 u saradnji sa RIG-I [11].

Slika 3. PARP regulisani IFN-om kao senzori strane RNK i moguće posledice ove interakcije.

Direktna veza sa aktivacijom inflamasoma još nije razjašnjena, ali NLRP3, koji se aktivira na širokom spektru RNK, u potpunosti se oslanja na pomoćne proteine, jer nema intrinzičnu sposobnost vezanja RNK [49]. U takvim scenarijima, PARP bi mogli doći u igru ​​kako bi osjetili nukleinske kiseline i kao posljedicu se vezali i posredovali u aktivaciji PRR. Ovo bi moglo biti kontrolirano MARylacijom. Zaista, ADP-ribozilacija NLRP3 je već prikazana. PARilacija pomoću PARP1 doprinosi njegovoj aktivaciji i naknadnom sklapanju inflamasoma [130]. Pokazalo se da daljnja MARilacija NLRP3 bakterijskim toksinima doprinosi aktivaciji inflamasoma [131]. Biće zanimljivo testirati da li IFN-regulisani PARP mogu premostiti RNA-sensing i aktivaciju inflamasoma i da li je to nezavisno od MARilacije. Vezanje za RNA može pokrenuti aktivaciju PARP enzima i doprinijeti specifičnosti, kao što sugeriraju nalazi sa CHIKV-nsP2 ili N-proteinom MHV (Slika 3) [80,81]. U ovim studijama, modifikacija virusnih proteina mogla se uočiti tek nakon infekcije, a time i prisutnost virusne RNK. Koncept aktivacije enzima zavisne od nukleinske kiseline je dugo poznat za PARP1, koji se u potpunosti aktivira samo uz prisustvo urezane DNK zbog unakrsnog preslušavanja između ZnF III i ART domena [132]. Takvo preslušavanje domena je dobro zamislivo i za PARP-ove regulisane IFN-om. Drugi način aktivacije, iako trenutno vrlo spekulativan, može biti uporediv sa načinom na koji se aktivira RIG-I [25]. RRM-ovi i dugo intrinzično poremećena regija bogata glicinom prisutni u PARP10 i PARP14 mogu doprinijeti neaktivnoj konformaciji, koja se otvara kada proteini stupe u interakciju s RNK (slika 3). Takva otvorenija konformacija bi tada mogla omogućiti katalitičku aktivnost i/ili prepoznavanje supstrata. Stoga će biti zanimljivo razjasniti da li se takve intramolekularne interakcije javljaju i kako su one regulirane. Nadalje, nedavno se raspravljalo o promiskuitetu PARP enzima [133]. Promiskuitet bi mogli prevazići kofaktori. Na primjer, HPF-1 usmjerava aktivnost PARP1 ka modifikaciji serina, a diskutovano je da DTX3L daje katalitičku aktivnost PARP9 [108,134]. Zanimljiva ideja je da pored proteina koji djeluju kao kofaktori, RNK također može prenijeti specifičnost i na taj način mijenjati potencijalni repertoar supstrata (slika 3). Razmišljajući o ovome dalje, vezivanje RNK takođe može dovesti do specifične modifikacije supstrata umesto automodifikacije. Štaviše, pokazalo se da inhibicija katalitičke aktivnosti nekih PARP povećava njihovu stabilnost, što ukazuje da automodifikacija provocira proteazomsku degradaciju [82]. Prema tome, RNA-vezivanje ovih PARP-ova može smanjiti automodifikaciju zbog promjena u specifičnosti supstrata, čime se promoviše stabilnost PARP-ova koji reaguju na IFN. Ovo povećanje proteina može biti važno za povećanje kapaciteta ćelije da prepozna nukleinske kiseline patogena. Štaviše, kada se stres infekcije riješi i strana RNK se eliminira iz stanica, PARP bi se vratili na automatsku modifikaciju, promovišući njihovu degradaciju. Dakle, takav scenario bi u početku pojačao, a potom sudjelovao u pravovremenom isključivanju urođenog imunološkog odgovora, čime bi se spriječili toksični efekti zbog činjenice da imunitet prekoračuje. Kapaciteti PPARP enzima vezanja za RNK mogu ometati translaciju virusa. Alfavirusi, na primjer, sadrže visok sadržaj CpG i stoga ih PARP13 prepoznaje i cilja [129]. Zauzvrat, pokazalo se da PARP13 stupa u interakciju sa eukariotskim faktorom inicijacije translacije 4G (eIF-4G) i eIF-4A [129]. PARP-ovi povezani s makrodomenom mogu ometati translaciju SARS-CoV-2 RNK. SARS-CoV-2 nsP3 se lokalizuje na dvomembranske vezikule izvedene iz ER [60]. Pokazano je da SUD nsP3, koji se sastoji od dvije virusne makrodomene i domene koja prethodi ubikvitinu sličnom 2 (Ubl2) i papainu sličnoj proteazi 2 (PL2pro) (DPUP), stupa u interakciju s ribosomima i proteinom 1 koji se vezuje za poliadenilat ( PAIP1) [128]. Smatra se da je ova interakcija ključna za virusno prevođenje. Nadalje, poznato je da su makrodomeni u SUD-u sposobni da vežu G-kvadruplekse i, u slučaju macro3, vjerovatno poli-A [128]. Vezivanje virusne RNK za nsP3 SUD makrodomene takođe bi ih moglo zaštititi od prepoznavanja od strane ljudskih makrodomena. Međutim, ova pretpostavka je još uvijek prilično nejasna, jer još uvijek nije pokazano da se virusna RNK vezuje za CoV-2 SUD MD, niti da bi ljudski MD-ovi bili u mogućnosti da se uključe sa virusnom RNK ovdje. Alternativno, virusni makrodomeni se mogu vezati za mRNA domaćina i tako ometati njihovu translaciju zajedno sa nsP1 [128]. Međutim, u oba slučaja takođe je zanimljivo primetiti blizinu virusnog makro1 pored N-terminala SUD-u. Macro1 ima aktivnost hidrolaze, što sugerira da su PARP ili ADP-ribozilacija uključeni u atenuaciju virusa ometajući njihovo prevođenje [135]. Sama virusna RNK može biti supstrat (slika 3). In vitro studije nisu pokazale MARilaciju preko PARP10 ili PARP15 pune dužine [84]. Međutim, s obzirom na umjetnu prirodu 5'-P-RNA-stretcha korištenog u ovim in vitro eksperimentima, modifikacija RNK pomoću enzima PARP ne može se isključiti. Opet, strukturni i/ili sekvencijski motivi RNK mogu biti važni za vezivanje i za promjenu aktivnosti i/ili specifičnosti MARilacije, aspekata koji će biti razjašnjeni budućim istraživanjima. Interakcija i saradnja između PARP-a takođe može biti posredovana RNK. Čini se da nekoliko od ovih PARP-ova, barem kada su prekomjerno eksprimirani, formiraju kondenzate u stanicama [136]. RNK igra važnu ulogu kao skela u mnogim kondenzatima. MARilacija bi pored RNK mogla omogućiti regrutovanje ovih PARP-ova u takve kondenzate. Na osnovu studija sa TARG1, RNA vezivanje i vezivanje APD-riboze izgleda da nisu isključivi, što sugeriše da bi makrodomeni mogli biti sposobni da prepoznaju MAR signale kao i RNK u isto vrijeme [86]. Nakon ove prilično spekulativne ideje o PARP-ovima kao senzorima strane RNK i potencijalne posljedice ove RRNA interakcije, ostaje još jedno očigledno pitanje na koje treba odgovoriti. Da li je za PARP regulisane IFN potrebna stroga regulativa? Budući da su uključeni u urođeni imunitet, da li deregulacija ili aktivirajuće mutacije povezuju PARP s autoimunim poremećajima? Također je važno napomenuti da PARP enzimi mogu djelovati kao mač sa dvije oštrice, ne samo da igraju antivirusnu ulogu, već ih također iskorištavaju neki virusi. Jedan takav kandidat mogao bi biti PARP11, kao protivteža za IFN signalizaciju [106].

cistanche tubulosa-poboljšava imuni sistem

5. Zaključci

Posljednjih godina stvorilo se nekoliko linija dokaza koji ukazuju na to da podskup MARILirajućih ARTD-a igra ulogu u urođenom imunitetu. S obzirom da su proteini, a nedavno i RNA supstrati mehanizama potencijalnog MARilacije, raspravlja se i procjenjuje kako oni daju snažan antivirusni odgovor. Pored ART domena i modulacije katalitičkom aktivnošću, potencijalne uloge raznih drugih domena, kojima su opremljeni IFN-regulisani PARP-ovi, dolaze u fokus zbog njihovog mogućeg doprinosa antivirusnim aktivnostima. Naravno, daleko smo od razumijevanja neophodnih detalja funkcija ovih PARP proteina da bismo napravili sveobuhvatnu sliku njihove uključenosti u urođeni imunitet. Ipak, u ovom pregledu predstavljamo mogućnosti kako dodatni domeni osim ART domena mogu doprinijeti urođenoj imunološkoj signalizaciji. Postizanje potpunijeg razumijevanja njihovih funkcija i interakcije s virusnim faktorima i faktorima domaćina, i proteinima i RNK, sasvim sigurno će definirati nove polazne tačke za farmakološku intervenciju.

Reference

1. Carty, M.; Guy, C.; Bowie, AG Detekcija virusnih infekcija urođenim imunitetom. Biochem. Pharmacol. 2021, 183, 114316. [CrossRef] [PubMed]

2. Chow, KT; Gale, M., Jr.; Loo, YM RIG-I i drugi RNA senzori u antivirusnom imunitetu. Annu. Rev. Immunol. 2018, 36, 667–694. [CrossRef] [PubMed]

3. Said, EA; Tremblay, N.; Al-Balushi, MS; Al-Jabri, AA; Lamarre, D. Virusi koje vide naše ćelije: Uloga virusnih RNA senzora. J. Immunol. Res. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]

4. Fitzgerald, KA; Kagan, JC Toll-like Receptors and the Control of Immunity. Cell 2020, 180, 1044–1066. [CrossRef]

5. Hopfner, KP; Hornung, V. Molekularni mehanizmi i ćelijske funkcije cGAS-STING signalizacije. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 21, 501–521. [CrossRef]

6. Lugrin, J.; Martinon, F. Inflamasom AIM2: Senzor patogena i staničnih perturbacija. Immunol. Rev. 2018, 281, 99–114. [CrossRef]

7. Rehwinkel, J.; Gack, MU Receptori slični RIG-I: Njihova regulacija i uloga u RNA sensingu. Nat. Rev. Immunol. 2020, 20, 537–551. [CrossRef]

8. Zhao, C.; Zhao, W. NLRP3 Inflammasome-Ključni igrač u antivirusnim odgovorima. Front. Immunol. 2020, 11, 211. [CrossRef]

9. Schlee, M.; Hartmann, G. Diskriminacija sebe od ne-ja u sensingu nukleinske kiseline. Nat. Rev. Immunol. 2016, 16, 566–580. [CrossRef]

10. Schwartz, SL; Conn, GL RNA regulacija antivirusnog proteina 20 -50 -oligoadenilat sintetaze. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 2019, 10, e1534. [CrossRef]

11. Ficarelli, M.; Neil, SJD; Swanson, CM Ciljano ograničenje ekspresije virusnih gena i replikacije od strane ZAP antivirusnog sistema. Annu. Rev. Virol. 2021, 8, 265–283. [CrossRef]

12. Oshiumi, H.; Kouwaki, T.; Seya, T. Dodatni faktori citoplazmatskih virusnih RNA senzora potrebnih za antivirusni urođeni imuni odgovor. Front. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]

13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-box helikaze: Multifunkcionalni regulatori u antivirusnom urođenom imunitetu. Cell. Mol. Life Sci. 2021, 79, 2. [CrossRef]

14. Williams, FP; Haubrich, K.; Perez-Borrajero, C.; Hennig, J. Emerging RNA-binding role u TRIM porodici ubikvitin ligaza. Biol. Chem. 2019, 400, 1443–1464. [CrossRef]

15. Xing, J.; Zhang, A.; Du, Y.; Fang, M.; Minze, LJ; Liu, YJ; Li, XC; Zhang, Z. Identifikacija poli(ADP-riboza) polimeraze 9 (PARP9) kao nekanonskog senzora za RNA virus u dendritskim ćelijama. Nat. Commun. 2021, 12, 2681. [CrossRef]

16. Luscher, B.; Verheirstraeten, M.; Krieg, S.; Korn, P. Intracelularne mono-ADP-riboziltransferaze u interfazi domaćin-virus. Cell. Mol. Life Sci. 2022, 79, 288. [CrossRef]

17. Duan, T.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, RF signalizacija receptora nalik na naplatu i njegova uloga u imunitetu posredovanom ćelijama. Front. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]

18. Lind, NA; Rael, VE; Pestal, K.; Liu, B.; Barton, GM Regulacija receptora sličnih Toll-u koji osjećaju nukleinsku kiselinu. Nat. Rev. Immunol. 2022, 22, 224–235. [CrossRef]

19. Vierbuchen, T.; Stein, K.; Heine, H. RNK uzima svoj danak: Uticaj RNA-specifičnih Toll-like receptora na zdravlje i bolest. Allergy 2019, 74, 223–235. [CrossRef]

20. Crossley, MP; Song, C.; Bocek, MJ; Choi, JH; Kousorous, J.; Sathirachinda, A.; Lin, C.; Brickner, JR; Bai, G.; Lans, H.; et al. Citoplazmatski RNA-DNK hibridi izvedeni iz R-petlje aktiviraju imuni odgovor. Nature 2023, 613, 187–194. [CrossRef]

21. Wongsurawat, T.; Gupta, A.; Jenjaroenpun, P.; Owens, S.; Forrest, JC; Nookaew, I. Analiza sekvenci koje formiraju R-petlje u hiljadama virusnih genoma identificiraju novi zajednički element u herpesvirusima. Sci. Rep. 2020, 10, 6389. [CrossRef] [PubMed]

22. Tanji, H.; Ohto, U.; Shibata, T.; Taoka, M.; Yamauchi, Y.; Isobe, T.; Miyake, K.; Shimizu, T. Toll-like receptor 8 osjeti produkte degradacije jednolančane RNK. Nat. Struktura. Mol. Biol. 2015, 22, 109–115. [CrossRef] [PubMed]

23. Zhang, Z.; Ohto, U.; Shibata, T.; Krayukhina, E.; Taoka, M.; Yamauchi, Y.; Tanji, H.; Isobe, T.; Uchiyama, S.; Miyake, K.; et al. Strukturna analiza otkriva da je Toll-like receptor 7 dvostruki receptor za gvanozin i jednolančanu RNK. Imunitet 2016, 45, 737–748. [CrossRef] [PubMed]

24. Thoresen, D.; Wang, W.; Galls, D.; Guo, R.; Xu, L.; Pyle, AM Molekularni mehanizam RIG-I aktivacije i signalizacije. Immunol. Rev. 2021, 304, 154–168. [CrossRef] [PubMed]

25. Wang, W.; Pyle, AM Receptor RIG-I usvaja dvije različite konformacije za razlikovanje domaćina od virusnih RNK ​​liganada. Mol. Cell 2022, 82, 4131–4144.e6. [CrossRef]

26. Berke, IC; Li, Y.; Modis, Y. Strukturna osnova urođenog imunološkog prepoznavanja virusne RNK. Cell. Microbiol. 2013, 15, 386–394. [CrossRef]

27. Bruns, AM; Horvath, CM LGP2 sinergija sa MDA5 u RLR-posredovanom RNK prepoznavanju i antivirusnoj signalizaciji. Cytokine 2015, 74, 198–206. [CrossRef]

28. Wu, B.; Peisley, A.; Richards, C.; Yao, H.; Zeng, X.; Lin, C.; Chu, F.; Walz, T.; Hur, S. Strukturna osnova za prepoznavanje dsRNA, formiranje filamenta i aktivaciju antivirusnog signala pomoću MDA5. Cell 2013, 152, 276–289. [CrossRef]

29. Satoh, T.; Kato, H.; Kumagai, Y.; Yoneyama, M.; Sato, S.; Matsushita, K.; Tsujimura, T.; Fujita, T.; Akira, S.; Takeuchi, O. LGP2 je pozitivan regulator RIG-I- i MDA{4}posredovanih antivirusnih odgovora. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2010, 107, 1512–1517. [CrossRef]

30. Zhu, Z.; Zhang, X.; Wang, G.; Zheng, H. Laboratorija genetike i fiziologije 2: Novi uvidi u kontroverzne funkcije ovog receptora sličnog RIG-I. BioMed Res. Int. 2014, 2014, 960190. [CrossRef]

31. Sanchez David, RY; Combredet, C.; Sismeiro, O.; Dillies, MA; Jagla, B.; Coppee, JY; Mura, M.; Guerbois Galla, M.; Despres, P.; Tangy, F.; et al. Komparativna analiza virusnih RNK ​​potpisa na različitim receptorima sličnim RIG-I. Elife 2016, 5, e11275. [CrossRef]

32. Ren, X.; Linehan, MM; Iwasaki, A.; Pyle, AM RIG-I selektivno diskriminira 50 -monofosfatnu RNK. Cell Rep. 2019, 26, 2019–2027.e2014. [CrossRef]

33. Li, X.; Liu, CX; Xue, W.; Zhang, Y.; Jiang, S.; Yin, QF; Wei, J.; Yao, RW; Yang, L.; Chen, LL Koordinirana circRNA biogeneza i funkcija s NF90/NF110 u virusnoj infekciji. Mol. Cell 2017, 67, 214–227.e217. [CrossRef]

34. Saito, T.; Owen, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Urođeni imunitet izazvan RIG-I prepoznavanjem RNA virusa hepatitisa C ovisno o sastavu. Nature 2008, 454, 523–527. [CrossRef]

35. Schnell, G.; Loo, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Kompozicija uridina poli-U/UC trakta HCV RNK definiše nesamoprepoznavanje od strane RIG-I. PLoS Patog. 2012, 8, e1002839. [CrossRef]

36. Peisley, A.; Jo, MH; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Walz, T.; Hohng, S.; Hur, S. Kinetički mehanizam za diskriminaciju dužine virusne dsRNA pomoću MDA5 filamenata. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2012, 109, E3340–E3349. [CrossRef]

37. Peisley, A.; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Liu, M.; Walz, T.; Hur, S. Kooperativno sastavljanje i dinamičko rastavljanje MDA5 filamenata za prepoznavanje virusne dsRNA. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2011, 108, 21010–21015. [CrossRef]

38. Pippig, DA; Hellmuth, JC; Cui, S.; Kirchhofer, A.; Lammens, K.; Lammens, A.; Schmidt, A.; Rothenfusser, S.; Hopfner, KP Regulatorni domen ATPaze LGP2 porodice RIG-I osjećuje dvolančanu RNK. Nukleinske kiseline Res. 2009, 37, 2014–2025. [CrossRef]

39. Uchikawa, E.; Lethier, M.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Strukturna analiza vezivanja dsRNA za antivirusne receptore za prepoznavanje uzoraka LGP2 i MDA5. Mol. Cell 2016, 62, 586–602. [CrossRef]

40. Lemaire, PA; Anderson, E.; Lary, J.; Cole, JL Mehanizam aktivacije PKR pomoću dsRNA. J. Mol. Biol. 2008, 381, 351–360. [CrossRef]

41. Zheng, X.; Bevilacqua, PC Aktivacija protein kinaze PKR kratkim dvolančanim RNA sa jednolančanim repovima. RNA 2004, 10, 1934–1945. [CrossRef] [PubMed]

42. Nallagatla, SR; Hwang, J.; Toroney, R.; Zheng, X.; Cameron, CE; Bevilacqua, PC 50 -aktivacija PKR-a zavisna od trifosfata pomoću RNK sa kratkim petljama stabla. Science 2007, 318, 1455–1458. [CrossRef] [PubMed]

43. Cole, JL Aktivacija PKR: Otvoren i zatvoren slučaj? Trends Biochem. Sci. 2007, 32, 57–62. [CrossRef] [PubMed]

44. Donovan, J.; Dufner, M.; Korennykh, A. Strukturna osnova za nadzor citosolne dvolančane RNK pomoću humane oligoadenilat sintetaze 1. Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2013, 110, 1652–1657. [CrossRef]

45. Ibsen, MS; Gad, HH; Thavachelvam, K.; Boesen, T.; Despres, P.; Hartmann, R. Enzimi 20 -50 -oligoadenilat sintetaze 3 snažno sintetiziraju 20 -50 -oligoadenilate potrebne za aktivaciju RNaze L. J. Virol. 2014, 88, 14222–14231. [CrossRef]

46. ​​Koul, A.; Deo, S.; Booy, EP; Orriss, GL; Genung, M.; McKenna, SA Utjecaj karakteristika dvolančane RNK na aktivaciju humane 20 -50 -oligoadenilat sintetaze 2 (OAS2). Biochem. Cell. Biol. 2020, 98, 70–82. [CrossRef]

47. Huang, H.; Zeqiraj, E.; Dong, B.; Jha, BK; Duffy, NM; Orlicky, S.; Thevakumaran, N.; Talukdar, M.; Pilon, MC; Ceccarelli, DF; et al. Dimerna struktura pseudokinaze RNaze L vezane za 2-5A otkriva osnovu za antivirusno djelovanje izazvano interferonom. Mol. Cell 2014, 53, 221–234. [CrossRef]

48. Man, SM; Karki, R.; Kanneganti, TD AIM2 inflamazom u infekciji, raku i autoimunosti: Uloga u DNK sensingu, upali i urođenom imunitetu. EUR. J. Immunol. 2016, 46, 269–280. [CrossRef]

49. Xiao, TS Inflamasomi koji osjetljivi na nukleinsku kiselinu. Immunol. Rev. 2015, 265, 103–111. [CrossRef]

50. Kumar, V. Trojstvo cGAS-a, TLR9 i ALR-a Čuvari ćelijske galaksije protiv vlastite DNK izvedene iz domaćina. Front. Immunol. 2020, 11, 624597. [CrossRef]

52. Krupina, K.; Goginashvili, A.; Cleveland, DW Uzroci i posljedice mikronukleusa. Curr. Opin. Cell Biol. 2021, 70, 91–99. [CrossRef]

52. Bohn, JA; DaSilva, J.; Kharytonchyk, S.; Mercedes, M.; Vosters, J.; Telesnitsky, A.; Hatziioannou, T.; Smith, JL Fleksibilnost u vezivanju nukleinske kiseline je centralna za APOBEC3H antivirusnu aktivnost. J. Virol. 2019, 93, e{4}}. [CrossRef]

53. Fullam, A.; Schroder, M. DExD/H-box RNA helikaze kao posrednici antivirusnog urođenog imuniteta i bitni faktori domaćina za replikaciju virusa. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1829, 854–865. [CrossRef]

54. Canton, J.; Neculai, D.; Grinstein, S. Scavenger receptori u homeostazi i imunitetu. Nat. Rev. Immunol. 2013, 13, 621–634. [CrossRef]

55. Schwerk, J.; Soveg, FW; Ryan, AP; Thomas, KR; Hatfield, LD; Ozarkar, S.; Forero, A.; Kell, AM; Roby, JA; Dakle, L.; et al. Izoforme proteina koji se vezuju za RNK ZAP-S i ZAP-L imaju različite funkcije antivirusnog i imunološkog rješavanja. Nat. Immunol. 2019, 20, 1610–1620. [CrossRef]

56. Hayakawa, S.; Shiratori, S.; Yamato, H.; Kameyama, T.; Kitatsuji, C.; Kashigi, F.; Goto, S.; Kameoka, S.; Fujikura, D.; Yamada, T.; et al. ZAPS je snažan stimulator signalizacije posredovane RNA helikazom RIG-I tokom antivirusnih odgovora. Nat. Immunol. 2011, 12, 37–44. [CrossRef]