Schlafens može uspavati viruse 1. dio

sažetak:

Porodica Schlafen gena kodira proteine ​​uključene u različite biološke zadatke, uključujući proliferaciju, diferencijaciju i razvoj T-ćelija. Šlafeni su prvobitno otkriveni kod miševa, a proučavani su u kontekstu biologije raka, kao i njihove uloge u zaštiti ćelija tokom virusne infekcije. Ova porodica proteina pruža antivirusne barijere putem direktnih i indirektnih efekata na infekciju virusom. Schlafens može inhibirati replikaciju virusa sa genomima RNK i DNK. U ovom pregledu sumiramo ćelijske funkcije i nastajuću vezu između Schlafensa i urođenog imuniteta. Također raspravljamo o funkcijama i razlikama ove nove porodice proteina kao restriktivnih faktora domaćina protiv virusne infekcije. Dalja istraživanja funkcije proteina Schlafen pružit će uvid u mehanizme koji doprinose intrinzičnom i urođenom imunitetu domaćina.

Porodični kodovi gena su usko povezani sa imunitetom. Više familija gena kodira proteine ​​i molekule koji predstavljaju specifične imunološke ćelije koje blisko sarađuju kako bi koordinirali i aktivirali imunološke odgovore.

Jedna od najvažnijih familija gena je porodica imunoglobulina, poznata i kao superfamilija imunoglobulina. Ova porodica kodira niz molekula imunoglobulina, uključujući IgG, IgM, IgA, IgE i IgD. Ovi molekuli imunoglobulina mogu vezati strane antigene i aktivirati specifične imunološke reakcije. Pored toga, članovi porodice imunoglobulina takođe mogu aktivirati i regulisati aktivnost imunih ćelija vezivanjem za receptore na površini imunih ćelija.

Druga važna familija gena je porodica humanih leukocitnih antigena (HLA), takođe poznata kao kompleks histokompatibilnosti. Ova porodica kodira humane antigene leukocita, koji su prisutni u glavnim ljudskim tkivima i mogu prepoznati i vezati strane antigene i prikazati ih T ćelijama u imunološkom sistemu, čime se pokreće ćelijski imuni odgovor.

Osim toga, postoje mnoge druge familije gena koje kodiraju proteine ​​povezane s imunitetom, kao što je porodica hemokina, porodica nitrit sintaze, itd.

Stoga su proteini koje kodira porodica gena kritični za regulaciju imunološkog odgovora i jačanje imuniteta. Mutacije ili varijacije u nekim genima mogu dovesti do abnormalne imunološke funkcije, što dovodi do bolesti kao što su autoimune bolesti, bolesti imunodeficijencije i zarazne bolesti. Stoga je proučavanje veze između kodiranja genske porodice i imuniteta od velikog značaja za prevenciju i liječenje ovih bolesti. Stoga posebnu pažnju trebamo posvetiti poboljšanju našeg imuniteta. Cistanche može poboljšati imunitet, a polisaharidi u mesu mogu regulisati imuni odgovor ljudskog imunološkog sistema, poboljšati stresnu sposobnost imunoloških stanica i pojačati baktericidno djelovanje imunoloških stanica.

Click cistanche deserticola dodatak

Ključne riječi:

Schlafen; SLFN; urođeni imunitet; virus; faktor ograničenja; imunološka evazija.

1. Uvod

Godine 1998, Schlafen (SLFN za ljude; Slfn za miševe) gen je prvi put prijavljen u proučavanju razvoja timusa miša. Prvi otkriveni Schlafens bili su mišji geni Slfn1–4. Kada se Slfn1 eksprimira ektopično u NIH-3T3 fibroblastima, izaziva zaustavljanje G0/G1 ćelijskog ciklusa; ovo zapažanje dovelo je do skovanja termina "schlafen" od njemačke riječi koja znači "spavati" [1].

Kasnija istraživanja su otkrila da Schlafens igraju ulogu u različitim ćelijskim funkcijama, uključujući antiproliferaciju i diferencijaciju ćelija [2–7], migraciju ćelija raka, proliferaciju i prevenciju invazije [8–11], senzibilizaciju ćelija raka na oštećenja DNK. lijekovi [12–17] i inhibicija replikacije virusa [18–24]. Kako su se studije o porodici Schlafen proširile posljednjih godina, postignut je značajan napredak u razumijevanju kako proteini u ovoj porodici imaju različite funkcije. Odlični nedavni pregledni članci opisali su njihov značaj za područje biologije raka [25].

Schlafen proteini također imaju ulogu u kontroli virusa i imunološkog sistema domaćina. Ovdje se bavimo funkcionalnim sličnostima i razlikama među članovima porodice Schlafen u smislu njihove uloge u regulaciji virusoloških i imunoloških karakteristika. Ovi nedavni nalazi inspirišu buduća istraživanja ove porodice proteina u nastajanju.

2. Članovi porodice Schlafen i sastav proteina

Članovi porodice Schlafen gena su visoko homologni među mnogim vrstama sisara. Devet Schlafen proteina je eksprimirano kod miševa iz hromozoma 11, a šest je pronađeno kod ljudi iz hromozoma 17 (Slika 1) [3,26]. Iako je Slfn-like 1 (Slfn1L) izražen na hromozomu 4 miša, postoji mišljenje da se ne smatra 'bona file članom porodice Schlafen zbog izuzetno niske sličnosti sa Slfn genima [26,27]. Osim toga, Slfn6 i Slfn7 se smatraju sekvencama koje su izvedene iz izoforma Slfn3 ili Slfn4 ili drugih paraloga miša [1,27].

Članovi Schlafena dijele se u tri različite grupe, svaka sa svojim jedinstvenim skupom karakteristika i funkcija (slika 1). Grupa I ima divergentni domen povezan sa AAA ATPazom koji sadrži zajedničku Slfn-box regiju koja je nazvana Schlafen jezgrom domena i dijeli se s druge dvije grupe [2,28–31]. Domen jezgre Schlafen je u obliku potkovice i sadrži motive cink prstiju koji su visoko očuvani u svim članovima porodice Schlafen proteina.

Grupe II i III sadrže dodatni linker domen nakon Schlafen jezgrene domene, koji sadrži SWADL motiv definisan uzorkom aminokiselinske sekvence SW-(A/S)-(V/G/L)-D-(L/I/ V) sa nepoznatom funkcijom [3,29]. Samo proteini grupe III imaju prošireni karboksilni (C) terminalni domen koji odgovara superfamiliji I DNK/RNA helikaza [2]. U domenu jezgre Schlafen nedostaje Walkerov motiv. Walker A i B predstavljaju strukturne motive za vezivanje nukleotida i otkriveni su u AAA porodici ATPaza [32].

Zbog odsustva Walkerovih motiva, Schlafen proteini u grupama I i II mogu imati nedostatak aktivnosti ATPaze. Pretpostavljeni DNK/RNA helikazni domeni nekih članova grupe III Schlafen imaju AAA domene sa Walkerovim motivima za koje se čini da su enzimski funkcionalni [18,33,34]. Oni su nepotpuni kod mišjih i ljudskih Schlafen 14, koji posjeduju samo Walker B motiv [31]. Osim toga, proširenje C-terminala neke grupe III Schlafens posjeduje signal nuklearne lokalizacije (NLS) i može imati nuklearne funkcije (Slika 1) [20,24,25]

Osim platipusa, monotreme, porodica Schlafen se nalazi u gotovo svim sisarima. Sekvence slične Schlafen genima otkrivene su kod vodozemca Xenopus laevis i vrste riba Callorhincuys milii, ali ne i kod bilo kojeg drugog nesisavačkog organizma. Zanimljivo je da su sekvence slične Schlafensu pronađene bioinformatičkom analizom genoma za ortopoksvirus (OPV), kao što su virusi vakcinije, variole (malih boginja) i kravljih boginja [1]. Naknadno sekvencioniranje virusa kamilnih boginja (CMLV) identificiralo je još jedan protein sličan Schlafenu nazvan 176R. Ovaj protein se sastoji od 502 aminokiseline i ima C-terminalnu sekvencu koja je uporediva sa Schlafen jezgrom domena mišjih Schlafena. Neki od ovih virusnih Schlafen (v-Slfn) gena zadržavaju cijeli otvoreni okvir čitanja (ORF).

Dok je ORF za v-Slfn netaknut u genomima virusa boginja kamile, majmunskih boginja, kravljih boginja, mišjih boginja i taterapoxa, ekspresija proteina je ograničena u drugim OPV, kao što je virus vakcinije (VACV), zbog fragmentacije ORF [1,26 ,35]. Utvrđeno je da su sekvence v-Slfn slične kao kod miševa i pacova grupe I Schlafen, ali im nedostaje C-terminalni domen. To implicira da, iako je progenitorski virus OPV-a možda dobio intaktni Schlafen od glodara, ORF je bio fragmentiran zbog mutacija stečenih tokom vremena [26,27].

3. Regulisana ekspresija Schlafensa u imunološkom sistemu

Otkriveno je da su članovi porodice Schlafen inducirani s nekoliko stimulansa, uključujući CpG-DNK [36], LPS [36–38] i patogene, kao što su Brucella, Listeria [39] i rhinovirus [37]. Tip I IFN i IFN receptori su uključeni u indukciju Schlafen gena, što implicira da su Schlafeni geni stimulirani IFN (ISG). Godine 2010. prvi put je objavljeno da IFN utiče na ekspresiju članova porodice Schlafen gena [40]. Podaci predstavljeni u ovoj studiji otkrivaju da je tip I IFN moćan induktor brojnih članova porodice Schlafen miševa, uključujući članove grupe I (Slfn1 i Slfn2), grupe II (Slfn3) i grupe III (Slfn5 i Slfn8). IFN-aktivirani Stat proteini i p38 MAP kinaza su različito djelovali u regulaciji ekspresije izazvane interferonom [41].

U deleciji Stat1 u mišjim embrionalnim fibroblastima, IFN-ovisna ekspresija svih Schlafen gena je smanjena u odnosu na roditeljske ćelije, u rasponu od djelomične redukcije Slfn3 do totalnih transkripcijskih defekata u Slfn1, 2, 5 i 8. Zanimljivo, ekspresija Slfn5 je bila u potpunosti nezavisno od Stat3, ali je povećan u Stat3 nokaut ćelijama. Funkcija p38 MAPK-aktiviranih signalnih kaskada je potrebna za potpunu transkripcijsku aktivaciju ISG-a. Međutim, dok je p38 MAPK potreban za IFN zavisnu ekspresiju Schlafen gena u grupama I i II, zanimljivo je da ekspresija gena grupe III ne zavisi od p38 MAPK.

U nedostatku p38 MAPK, IFN-zavisna mRNA ekspresija Slfn1, Slfn2 i u manjoj mjeri Slfn3 bila je potisnuta. Geni grupe III Schlafen, SLFN5 i SLFN8, s druge strane, inducirani su IFN na p38 MAPK nezavisan način [41]. Značajno je da ni Stat3 ni p38 MAPK nisu bili neophodni za indukciju Slfn5, što ukazuje da su alternativni regulatorni mehanizmi uključeni u ovaj proces.

Indukcija ISG-a IFN-om tipa I zahtijeva prisustvo interferonom stimuliranih elemenata odgovora (ISREs) u promotorskom području ISG-a, što omogućava aktivaciju transkripcije putem vezivanja ISGF3 transkripcionog faktora, kompleksa fosforiliranih STAT1/STAT2 heterodimera, i IRF9 [42]. Inducibilnost Schlafensa IFN ili IFN stimulansima bila je niža nego za MxA, konvencionalni ISG [37].

Analiza mjesta vezivanja faktora transkripcije korištenjem programa MatInspector [43] pokazala je da MxA ima šest ISRE mjesta, dok većina ljudskih Schlafen gena ima samo jedan kanonski ISRE [37]. Iako porodica Schlafen pripada grupi klasičnih ISG reguliranih STAT kompleksom, neki Schlafeni se eksprimiraju kroz nekanonske IFN puteve ili nedefinirane mehanizme. Značajni nivoi Schlafena se eksprimiraju u različitim ćelijama, uključujući primarne fibroblaste i ćelije raka, u odsustvu aktivacije IFN-a [18,20,44].

Osetljivost Schlafen ekspresije na IFN varira u zavisnosti od tipa ćelije. Na primjer, ekspresija SLFN5 je potisnuta kod malignog melanoma u poređenju sa normalnim melanocitima. Stimulacija IFN-om, s druge strane, značajno je povećala ekspresiju SLFN5, dok SLFN11, SLFN12 i SLFN13 nisu bili pogođeni [40]. Nasuprot tome, stimulansi IFN-a, kao što su poli I:C i 50 pppdsRNA, malo su povećali ekspresiju Slfn5, ali ne značajno, u RAW 264.7 ćelijama makrofaga miša, dok je ekspresija Slfn14 bila značajno povećana [19].

U 50 - bočnom regionu gena Slfn2, pronađena je jedna kopija navodnog NF-κB vezivnog mjesta i dvije kopije AP-1 vezujućih sekvenci. Pokazano je da tretman makrofaga CpG-DNK i LPS zahtijeva funkcionalnu interakciju NF-κB i AP1 unutar promotorskog elementa [36]. Skeniranje promotorskog regiona Slfn4 sa JASPAR-om (jaspar.cgb.ki.se) otkrilo je prisustvo AP1 i PU. 1 vezujuća sekvenca, kao i dvije kopije IFN odgovornih sekvenci STAT1 i IRF1 [38].

Osim toga, Gli1 vezno mjesto također postoji unutar promotora. Gli1, Hedgehog signalni efektor, potreban je za aktivaciju promotora Slfn4, što znači da je uloga Slfn4 kritična u pojavi makrofaga koji eksprimiraju IL1 ili TNF [45]. U ćelijama raka, epigenetska inhibicija ekspresije gena preko hipermetilacije ostrva CpG promotora je česta pojava [46]. Nekoliko studija je prijavilo hipermetilaciju promotora gena SLFN11 [14,46–49]. Utišavanje SLFN11 hipermetilacijom CpG ostrva promotora povezano je sa većom otpornošću na jedinjenja platine za hemoterapiju raka [14]. Hipermetilacija ostrva CpG promotora inaktivira ekspresiju gena SLFN11.

Ovu metilaciju kataliziraju dvije glavne DNK metiltransferaze, DNMT1 i DNMT3B [14]. Činjenica da je ekspresija DNMT3B u monocitima vrlo niska, ili jedva uočljiva [50], može implicirati da su povišeni nivoi ekspresije SLFN11 u monocitima povezani sa hipermetilacijom. Takođe je poznato iz studija diferencijacije B ćelija germinalnog centra da modifikatori histona, kao što su EZH2 i HDAC, regulišu epigenetsku ekspresiju SLFN11 [48].

Osim toga, pokazalo se da ekspresija SLFN11 i represor PAX5, specifičan za lozu B ćelija, imaju skoro savršenu inverznu korelaciju [48]. Potencijalno mesto vezivanja PAX5 (GCGTGAC) postoji u promotorskom regionu SLFN11, što sugeriše da PAX5 može biti jedan od represora SLFN11 u B ćelijama.

Schlafen članovi su eksprimirani u različitim fazama razvoja timocita i periferne aktivacije T-ćelija kod miševa. Slfn1 i Slfn2 su drastično povišeni tokom tranzicije sa CD4 i CD8 dvostruko pozitivnih na jednopozitivne faze sazrevanja. Međutim, nivoi ekspresije oba gena se smanjuju nakon aktivacije T ćelija [1,2,51]. Slfn3 je visoko eksprimiran u pojedinačnim pozitivnim T ćelijama tokom razvoja timocita. Slfn3 je takođe eksprimiran na višem nivou u prirodnim CD4 plus CD25 plus regulatornim T ćelijama nego u CD4 plus CD25− ćelijama. Ekspresija Slfn3 je povećana u CD4 plus CD{19}} T ćelijama nakon aktivacije, ali smanjena u CD4 plus CD25 plus T ćelijama nakon aktivacije sa anti-CD3/CD28 stimulacijom. TGF-stimulacija takođe smanjuje ekspresiju Slfn3 u podskupu CD4 plus T ćelija, što sugeriše da Slfn3 može biti novi marker aktivacije T ćelija [52]. Slfn4 se rano otkriva i smanjuje tokom razvoja timocita, pokazujući suprotan fenomen od Slfn1 [1,2].

Nivoi mRNA Slfn4 se povećavaju tokom aktivacije makrofaga, dok se smanjuju tokom diferencijacije. Mijelopoeza je poremećena konstitutivnom ekspresijom Slfn4 u mijeloidnoj liniji, što implicira da je smanjenje ekspresije Slfn4 gena tokom diferencijacije makrofaga kritično, a Slfn4 može djelovati kao modulator ove loze [38]. Za razliku od ostalih grupa, Slfn5, 8, 9 i 10 u grupi III se ne menjaju kvantitativno tokom razvoja timocita. Tokom aktivacije T ćelija, međutim, došlo je do značajnog smanjenja ekspresije Slfn5 i Slfn8, dok se ekspresija Slfn9 povećala, a ekspresija Slfn10 je ostala relativno konstantna [2]. Pošto je SLFN14 eksprimiran na izuzetno niskom nivou u T ćelijama, malo je verovatno da će biti povezan sa sudbinom T ćelija [37].

Ljudska porodica Schlafen je također povezana sa proliferacijom imunoloških ćelija i sazrevanjem T-ćelija. Osim SLFN14, svi humani proteini Schlafen su nativno eksprimirani u monocitima, dendritskim ćelijama izvedenim iz monocita (moDC) i T ćelijama [37]. Nivoi ekspresije SLFN5 u T ćelijama i SLFN11 u monocitima i moDC-ima su izrazito visoki. Ekspresija SLFN5 i SLFN11 se neznatno menja tokom diferencijacije moDC.

Ekspresija SLFN12L i SLFN13 je relativno skromna u monocitima u mirovanju, ali izgleda da je povišena tokom diferencijacije u moDC, dok je ekspresija SLFN12 značajno smanjena [37]. Stoga, smanjenje i regulacija svakog proteina porodice Schlafen može predstavljati različite zahtjeve za ove proteine ​​u moDC funkciji.

Intrigantno, čini se da postoji regulatorni mehanizam povratne sprege za kontrolu transkripcije unutar porodice Schlafen [53]. Gubitak Slfn3 nokautom smanjuje ekspresiju Slfn4, Slfn8 i Slfn9 u ilealnoj sluznici dok povećava Slfn1 i Slfn5. Osim toga, nedostatak Slfn3 smanjuje ekspresiju Slfn4 i povećava ekspresiju Slfn8 i Slfn9 u timusu i slezeni, gdje imunološke stanice sazrijevaju i/ili proliferiraju [53]. Promotori svih članova porodice Schlafen sadrže regije za vezivanje faktora transkripcije Kruppel-like -6 (KLF6).
Predviđa se da će se faktori ING4, ZNF333 i KLF4 vezani za NFAT vezati za većinu Schlafen promotora. Ovi faktori transkripcije iz porodice KLF igraju različite uloge u diferencijaciji i proliferaciji gastrointestinalnih ćelija i imaju različite obrasce ekspresije [54]. Ovo sugerira da članovi porodica KLF i Schlafen mogu imati povratne petlje koje djeluju kao regulatori sudbine gastrointestinalnih i imunoloških stanica na različite načine [53].

4. Imunodeficijencija Schlafen mutanata

Uočeno je da je mutant Elektra homozigotna mutacija mišjeg Slfn2 i daje osjetljivost na virusne i bakterijske infekcije [55]. Stopa mortaliteta miševa nakon infekcije mišjim citomegalovirusom (MCMV) bila je značajno visoka u poređenju sa onom kod kontrolnih miševa divljeg tipa [55]. Kod miševa sa fenotipom Elektra, CD8 plus i CD4 plus T limfociti ne uspijevaju da se prošire. U poređenju sa ćelijama divljeg tipa, ove ćelije su imale veću stopu apoptoze.

Kao odgovor na signale aktivacije T ćelija, smatra se da ova mutacija uzrokuje apoptozu [9]. Elektra miševi su također pokazali značajno niži nivo T ćelija kao odgovor na infekciju virusom limfocitnog koriomeningitisa. Elektra T ćelije, slično nedavno aktiviranim T ćelijama, ne uspijevaju održati stanični mir i ulaze u postmitotsku fazu. T ćelije gube svoj potencijal proliferacije i umiru kao odgovor na signale proliferacije/aktivacije, što rezultira smanjenom populacijom T ćelija kod miševa Elektra mutanta [9].

Bilo je izveštaja o pacijentu sa velikim heterozigotnim gubitkom gena SLFN11, SLFN12 i SLFN13 na hromozomu 17 [56]. Otkriveno je da ovaj pacijent ima značajne abnormalnosti u proliferaciji T-ćelija i regulaciji ćelijskog ciklusa. Zanimljivo je da je pacijent imao karcinom Merkelovih ćelija natkoljenice, vrstu karcinoma povezanu s virusnom infekcijom, i smatralo se da je osjetljiv na rak, budući da mu je dijagnosticiran limfom T ćelija.

Pacijentova krv i plazma imale su značajnu DNK virusa Epstein-Barr i Torque teno virusa, što ukazuje da je pacijent osjetljiv na virusne infekcije. Pacijent je imao normalnu distribuciju CD4 plus/CD8 plus imunih ćelija i tipičnu distribuciju naivnih i memorijskih ćelija, ali je imao aberantnu proliferaciju T ćelija i prekomernu smrt T ćelija [56].

Mutacije u SLFN14 su povezane sa makrotrombocitopenijom i prekomernim krvarenjem [57–61]. Osim toga, funkcija trombocita je smanjena kod pacijenata s ovim mutacijama [61]. Ova SLFN14 mutacija predstavlja fenotip specifičan za vrstu, sa abnormalnostima trombocita kod ljudi i teškom mikrocitnom eritrocitozom kod miševa [62].

Dakle, SLFN14 može biti bitan igrač u hematopoezi sisara i može igrati ulogu u određivanju privrženosti trombocita i eritroidne loze kod određenih vrsta. Nadalje, sada je poznato da trombociti imaju ulogu u različitim urođenim i adaptivnim imunološkim odgovorima, što daleko nadilazi klasičnu koncepciju trombocita kao samo hemostatskih i trombolitičkih agenasa [63]. Stoga se može pokazati da je SLFN14 duboko uključen u imunološku kontrolu kroz formiranje trombocita i regulaciju funkcije.

For more information:1950477648nn@gamil.com