Schlafens может усыпить вирусы, часть 1

Абстрактный:

Семейство генов Schlafen кодирует белки, участвующие в различных биологических задачах, включая клеточную пролиферацию, дифференцировку и развитие Т-клеток. Первоначально шлафены были обнаружены у мышей и изучались в контексте биологии рака, а также их роли в защите клеток во время вирусной инфекции. Это семейство белков обеспечивает противовирусные барьеры посредством прямого и косвенного воздействия на вирусную инфекцию. Schlafens может ингибировать репликацию вирусов с геномами как РНК, так и ДНК. В этом обзоре мы суммируем клеточные функции и возникающую связь между Schlafens и врожденным иммунитетом. Мы также обсуждаем функции и различия этого появляющегося семейства белков как факторов рестрикции хозяина против вирусной инфекции. Дальнейшее исследование функции белка Schlafen даст представление о механизмах, которые способствуют внутреннему и врожденному иммунитету хозяина.

Коды семейства генов тесно связаны с иммунитетом. Несколько семейств генов кодируют белки и молекулы, представляющие определенные иммунные клетки, которые тесно взаимодействуют друг с другом для координации и активации иммунных ответов.

Одним из наиболее важных семейств генов является семейство иммуноглобулинов, также известное как суперсемейство иммуноглобулинов. Это семейство кодирует ряд молекул иммуноглобулинов, включая IgG, IgM, IgA, IgE и IgD. Эти молекулы иммуноглобулина могут связывать чужеродные антигены и активировать специфические иммунные реакции. Кроме того, члены семейства иммуноглобулинов могут также активировать и регулировать активность иммунных клеток путем связывания с рецепторами на поверхности иммунных клеток.

Другим важным семейством генов является семейство человеческих лейкоцитарных антигенов (HLA), также известное как комплекс гистосовместимости. Это семейство кодирует антигены лейкоцитов человека, которые присутствуют в основных тканях человека и могут распознавать и связывать чужеродные антигены и отображать их на Т-клетках иммунной системы, вызывая тем самым клеточный иммунный ответ.

Кроме того, существует множество других семейств генов, кодирующих белки, связанные с иммунитетом, например, семейство хемокинов, семейство нитрит-синтаз и т. д.

Следовательно, белки, кодируемые семейством генов, имеют решающее значение для регуляции иммунного ответа и повышения иммунитета. Мутации или вариации в некоторых генах могут приводить к нарушению иммунной функции, что приводит к таким заболеваниям, как аутоиммунные заболевания, иммунодефицитные заболевания и инфекционные заболевания. Поэтому изучение взаимосвязи между кодированием семейства генов и иммунитетом имеет большое значение для профилактики и лечения этих заболеваний. Поэтому нам нужно уделять особое внимание повышению нашего иммунитета. Цистанхе может повышать иммунитет, а полисахариды в мясе могут регулировать иммунный ответ иммунной системы человека, улучшать стрессоустойчивость иммунных клеток и усиливать бактерицидный эффект иммунных клеток.

Нажмите Цистанхе пустынная добавка

Ключевые слова:

Шлафен; SLFN; врожденный иммунитет; вирус; фактор ограничения; уклонение от иммунитета.

1. Введение

В 1998 г. ген Schlafen (SLFN для людей; Slfn для мышей) впервые был обнаружен при изучении развития тимуса мышей. Первыми обнаруженными шлафенами были мышиные гены Slfn1-4. Когда Slfn1 эктопически экспрессируется в фибробластах NIH-3T3, он индуцирует остановку клеточного цикла G0/G1; это наблюдение привело к появлению термина «schlafen» от немецкого слова, означающего «спать» [1].

Более поздние исследования показали, что Schlafens играют роль в различных клеточных функциях, включая антипролиферацию и дифференцировку клеток [2–7], миграцию раковых клеток, пролиферацию и предотвращение инвазии [8–11], сенсибилизацию раковых клеток к повреждению ДНК. препараты [12–17] и ингибирование репликации вируса [18–24]. Поскольку в последние годы исследования семейства Schlafen расширились, был достигнут значительный прогресс в понимании того, как белки этого семейства выполняют различные функции. В превосходных недавних обзорных статьях описано их значение для биологии рака [25].

Белки Schlafen также играют роль в контроле вирусов и иммунной системы хозяина. Здесь мы обращаемся к функциональным сходствам и различиям между членами семейства Schlafen с точки зрения их роли в регуляции вирусологических и иммунологических особенностей. Эти недавние результаты вдохновляют будущие направления исследований этого нового семейства белков.

2. Члены семейства Schlafen и белковый состав

Члены семейства генов Schlafen высоко гомологичны у многих видов млекопитающих. Девять белков Schlafen экспрессируются у мышей из хромосомы 11, а шесть были обнаружены у людей из хромосомы 17 (рис. 1) [3,26]. Несмотря на то, что Slfn-like 1 (Slfn1L) экспрессируется на мышиной хромосоме 4, существует мнение, что он не считается «добросовестным членом семейства Schlafen» из-за чрезвычайно низкого сходства с генами Slfn [26,27]. Кроме того, Slfn6 и Slfn7 считаются последовательностями, происходящими либо от изоформ Slfn3, либо от Slfn4, либо от других паралогов мыши [1,27].

Члены Schlafen делятся на три отдельные группы, каждая из которых имеет свой уникальный набор характеристик и функций (рис. 1). Группа I имеет дивергентный домен, ассоциированный с AAA ATPase, содержащий общую область Slfn-box, которая была названа коровым доменом Schlafen и является общей с двумя другими группами [2, 28–31]. Коровой домен Schlafen имеет форму подковы и содержит мотивы цинковых пальцев, которые высоко консервативны во всех белках семейства Schlafen.

Группы II и III содержат дополнительный линкерный домен, следующий за коровым доменом Schlafen, который содержит мотив SWADL, определяемый паттерном аминокислотной последовательности SW-(A/S)-(V/G/L)-D-(L/I/ V) с неизвестной функцией [3,29]. Только белки группы III имеют расширенный карбоксильный (С)-концевой домен, который соответствует надсемейству I ДНК/РНК-геликаз [2]. В основном домене Schlafen отсутствует мотив Уокера. Walker A и B представляют собой структурные мотивы для связывания нуклеотидов и были обнаружены в AAA-семействе АТФаз [32].

Из-за отсутствия мотивов Уокера белки Schlafen в группах I и II могут не иметь АТФазной активности. Предполагаемые ДНК/РНК-хеликазные домены некоторых представителей группы III Schlafen имеют домены AAA с мотивами Walker, которые, по-видимому, являются ферментативно функциональными [18,33,34]. Они являются неполными в мышином и человеческом Schlafen 14, которые содержат только мотив Walker B [31]. Кроме того, С-концевое расширение некоторых Schlafens группы III обладает сигналом ядерной локализации (NLS) и может иметь ядерные функции (рис. 1) [20,24,25].

За исключением однопроходного утконоса, семейство Schlafen встречается практически у всех млекопитающих. Последовательности, подобные генам Schlafen, были обнаружены у земноводных Xenopus laevis и видов рыб Callorhincuys milii, но не у каких-либо других организмов, не относящихся к млекопитающим. Интересно, что последовательности, сходные с Schlafens, были обнаружены при биоинформатическом анализе геномов ортопоксвирусов (OPV), таких как вирусы коровьей оспы, натуральной оспы и коровьей оспы [1]. Последующее секвенирование вируса оспы верблюдов (CMLV) выявило другой Schlafen-подобный белок, названный 176R. Этот белок состоит из 502 аминокислот и имеет С-концевую последовательность, сравнимую с коровым доменом Schlafen мышиного Schlafen. Некоторые из этих вирусных генов Schlafen (v-Slfn) сохраняют всю открытую рамку считывания (ORF).

В то время как ORF для v-Slfn не повреждена в геномах вирусов оспы верблюдов, оспы обезьян, коровьей оспы, мышиной оспы и татерапокса, экспрессия белка ограничена в других OPV, таких как вирус коровьей оспы (VACV), из-за фрагментации ORF [1,26]. ,35]. Было обнаружено, что последовательности v-Slfn сходны с последовательностями мышиной и крысиной группы I Schlafen, но лишены С-концевого домена. Это означает, что, хотя вирус-предшественник OPV мог получить интактный Schlafen от грызунов, ORF была фрагментирована из-за мутаций, приобретенных с течением времени [26,27].

3. Регулируемая экспрессия Schlafens в иммунной системе

Было обнаружено, что члены семейства Schlafen индуцируются несколькими стимулами, включая CpG-ДНК [36], LPS [36–38] и патогены, такие как бруцеллы, листерии [39] и риновирусы [37]. IFN типа I и рецепторы IFN участвуют в индукции генов Schlafen, подразумевая, что Schlafen являются генами, стимулируемыми IFN (ISG). В 2010 г. впервые было сообщено, что IFN влияет на экспрессию членов семейства генов Schlafen [40]. Данные, представленные в этом исследовании, показывают, что IFN типа I является мощным индуктором многочисленных членов семейства Schlafen у мышей, включая представителей группы I (Slfn1 и Slfn2), группы II (Slfn3) и группы III (Slfn5 и Slfn8). IFN-активированные белки Stat и p38 MAP kinase действуют по-разному в регуляции индуцированной интерфероном экспрессии [41].

При делеции Stat1 в эмбриональных фибробластах мыши IFN-зависимая экспрессия всех генов Schlafen была снижена по сравнению с родительскими клетками, варьируя от частичной редукции Slfn3 до полных дефектов транскрипции Slfn1, 2, 5 и 8. Интересно, что экспрессия Slfn5 была полностью снижена. не зависит от Stat3, но он был повышен в клетках с нокаутом Stat3. Функция p38 MAPK-активируемых сигнальных каскадов необходима для полной активации транскрипции ISG. Однако, в то время как p38 MAPK необходим для IFN-зависимой экспрессии генов Schlafen в группах I и II, интересно, что экспрессия генов группы III не зависит от p38 MAPK.

В отсутствие p38 MAPK подавлялась IFN-зависимая экспрессия мРНК Slfn1, Slfn2 и в меньшей степени Slfn3. С другой стороны, гены Schlafen группы III, SLFN5 и SLFN8, индуцировались IFN независимым от p38 MAPK образом [41]. Примечательно, что ни Stat3, ни p38 MAPK не были необходимы для индукции Slfn5, что указывает на то, что в этот процесс вовлечены альтернативные механизмы регуляции.

Индукция ISG с помощью IFN типа I требует присутствия интерферон-стимулируемых ответных элементов (ISRE) в промоторной области ISG, что обеспечивает активацию транскрипции посредством связывания фактора транскрипции ISGF3, комплекса фосфорилированных гетеродимеров STAT1/STAT2, и IRF9 [42]. Индуцируемость Schlafens с помощью IFN или IFN-стимулов была ниже, чем для MxA, обычного ISG [37].

Анализ сайтов связывания факторов транскрипции с помощью программы MatInspector [43] показал, что MxA имеет шесть сайтов ISRE, тогда как большинство генов Schlafen человека имеют только один канонический ISRE [37]. Хотя семейство Schlafen принадлежит к группе классических ISG, регулируемых комплексом STAT, некоторые Schlafen экспрессируются через неканонические пути IFN или неопределенные механизмы. Значительные уровни Schlafens экспрессируются в различных клетках, включая первичные фибробласты и раковые клетки, в отсутствие активации IFN [18, 20, 44].

Чувствительность экспрессии Schlafen к IFN варьируется в зависимости от типа клеток. Например, экспрессия SLFN5 подавлена ​​при злокачественной меланоме по сравнению с нормальными меланоцитами. С другой стороны, стимуляция IFN значительно увеличивала экспрессию SLFN5, тогда как SLFN11, SLFN12 и SLFN13 не затрагивались [40]. Напротив, стимуляторы IFN, такие как poly I:C и 50 pppdsRNA, незначительно, но незначительно увеличивали экспрессию Slfn5 в мышиных макрофагах RAW 264.7, тогда как экспрессия Slfn14 была значительно увеличена [19].

В 50 -фланкирующей области гена Slfn2 обнаружена одна копия предполагаемого сайта связывания NF-kB и две копии последовательностей связывания AP-1. Было продемонстрировано, что обработка макрофагов CpG-ДНК и ЛПС требует функционального взаимодействия NF-κB и AP1 в промоторном элементе [36]. Сканирование промоторной области Slfn4 с помощью JASPAR (jaspar.cgb.ki.se) выявило присутствие AP1 и PU. 1, а также две копии последовательностей связывания STAT1 и IRF1 элементов ответа IFN [38].

Кроме того, в промоторе также существует сайт связывания Gli1. Gli1, сигнальный эффектор Hedgehog, необходим для активации промотора Slfn4, что означает, что роль Slfn4 является критической в ​​появлении макрофагов, экспрессирующих IL1 или TNF [45]. В раковых клетках эпигенетическое ингибирование экспрессии генов посредством гиперметилирования промоторных островков CpG является частым явлением [46]. В нескольких исследованиях сообщалось о гиперметилировании промотора гена SLFN11 [14,46–49]. Замалчивание SLFN11 за счет гиперметилирования CpG-острова промотора связано с большей устойчивостью к соединениям платины для химиотерапии рака [14]. Гиперметилирование промоторного островка CpG инактивирует экспрессию гена SLFN11.

Это метилирование катализируют две основные ДНК-метилтрансферазы, DNMT1 и DNMT3B [14]. Тот факт, что экспрессия DNMT3B в моноцитах очень низкая или едва обнаруживается [50], может означать, что повышенные уровни экспрессии SLFN11 в моноцитах связаны с гиперметилированием. Из исследований дифференцировки В-клеток зародышевого центра также известно, что модификаторы гистонов, такие как EZH2 и HDAC, регулируют эпигенетическую экспрессию SLFN11 [48].

Кроме того, было показано, что экспрессия SLFN11 и специфичный для линии В-клеток репрессор PAX5 имеют почти идеальную обратную корреляцию [48]. Потенциальный сайт связывания PAX5 (GCGTGAC) существует в промоторной области SLFN11, что позволяет предположить, что PAX5 может быть одним из репрессоров SLFN11 в В-клетках.

Члены Schlafen экспрессируются на разных фазах развития тимоцитов и активации периферических Т-клеток у мышей. Slfn1 и Slfn2 резко повышаются во время перехода от двойного положительного CD4 и CD8 к одиночному положительному этапу созревания. Однако уровни экспрессии обоих генов снижаются после активации Т-клеток [1,2,51]. Slfn3 высоко экспрессируется в одиночных положительных Т-клетках на протяжении всего развития тимоцитов. Slfn3 также экспрессируется на более высоком уровне в естественных CD4 плюс CD25 плюс регуляторные Т-клетки, чем в CD4 плюс CD25-клетки. Экспрессия Slfn3 увеличивается в CD4 плюс CD25- T-клетках после активации, но снижается в CD4 плюс CD25 плюс T-клетках после активации анти-CD3/CD28 стимуляцией. Стимуляция TGF также снижает экспрессию Slfn3 в подмножестве CD4 плюс Т-клеток, указывая на то, что Slfn3 может быть новым маркером активации Т-клеток [52]. Slfn4 выявляется рано и снижается во время развития тимоцитов, демонстрируя феномен, противоположный Slfn1 [1,2].

Уровни мРНК slfn4 повышаются во время активации макрофагов, тогда как они снижаются во время дифференцировки. Миелопоэз нарушается конститутивной экспрессией Slfn4 в миелоидной линии, что указывает на то, что подавление экспрессии гена Slfn4 во время дифференцировки макрофагов является критическим, и Slfn4 может действовать как модулятор этой линии [38]. В отличие от других групп Slfn5, 8, 9 и 10 в группе III не изменяются количественно в процессе развития тимоцитов. Однако во время активации Т-клеток наблюдалось значительное подавление экспрессии Slfn5 и Slfn8, в то время как экспрессия Slfn9 увеличивалась, а экспрессия Slfn10 оставалась относительно постоянной [2]. Поскольку SLFN14 экспрессируется на чрезвычайно низком уровне в Т-клетках, маловероятно, что он связан с судьбой Т-клеток [37].

Семейство Schlafen человека также связано с пролиферацией иммунных клеток и созреванием Т-клеток. За исключением SLFN14, все белки Schlafen человека изначально экспрессируются в моноцитах, дендритных клетках, происходящих из моноцитов (moDC), и Т-клетках [37]. Уровни экспрессии SLFN5 в Т-клетках и SLFN11 в моноцитах и ​​moDC особенно высоки. Экспрессия SLFN5 и SLFN11 незначительно меняется на протяжении дифференцировки moDC.

Экспрессия SLFN12L и SLFN13 относительно невысока в моноцитах в состоянии покоя, но, по-видимому, повышается во время дифференцировки в moDCs, тогда как экспрессия SLFN12 заметно снижена [37]. Т.о., подавляющая и активирующая регуляция каждого белка семейства Schlafen может представлять различные потребности для этих белков в функции moDC.

Интересно, что внутри семейства Schlafen, по-видимому, существует регуляторный механизм обратной связи для контроля транскрипции [53]. Потеря Slfn3 путем нокаута снижает экспрессию Slfn4, Slfn8 и Slfn9 в слизистой оболочке подвздошной кишки, одновременно увеличивая Slfn1 и Slfn5. Кроме того, дефицит Slfn3 снижает экспрессию Slfn4 и увеличивает экспрессию Slfn8 и Slfn9 в тимусе и селезенке, где созревают и/или пролиферируют иммунные клетки [53]. Промоторы всех представителей семейства Schlafen содержат участки для связывания фактора транскрипции Kruppel-like factor-6 (KLF6).
Также предполагается, что связанные с NFAT факторы ING4, ZNF333 и KLF4 связываются с большинством промоторов Schlafen. Эти факторы транскрипции из семейства KLF играют разные роли в дифференцировке и пролиферации клеток желудочно-кишечного тракта и имеют разные паттерны экспрессии [54]. Это предполагает, что члены семейств KLF и Schlafen могут иметь петли обратной связи, которые по-разному действуют как регуляторы судьбы желудочно-кишечных и иммунных клеток [53].

4. Иммунодефицит мутантов Schlafen

Было замечено, что мутант Elektra представляет собой гомозиготную мутацию мышиного Slfn2 и придает уязвимость к вирусным и бактериальным инфекциям [55]. Уровень смертности мышей после инфицирования мышиным цитомегаловирусом (MCMV) был значительно выше по сравнению с таковым у контрольных мышей дикого типа [55]. У мышей с фенотипом Elektra CD8 плюс и CD4 плюс Т-лимфоциты не размножаются. По сравнению с клетками дикого типа эти клетки имели более высокую скорость апоптоза.

Считается, что в ответ на сигналы активации Т-клеток эта мутация вызывает апоптоз [9]. Мыши Elektra также показали значительно более низкий уровень Т-клеток в ответ на инфекцию вирусом лимфоцитарного хориоменингита. Т-клетки Elektra, как и недавно активированные Т-клетки, не могут поддерживать клеточный покой и вступают в постмитотическую фазу. Т-клетки теряют свой потенциал пролиферации и погибают в ответ на сигналы пролиферации/активации, что приводит к уменьшению популяции Т-клеток у мутантных мышей Elektra [9].

Имеются сообщения о пациенте с большой гетерозиготной потерей генов SLFN11, SLFN12 и SLFN13 на хромосоме 17 [56]. У этого пациента были обнаружены существенные аномалии пролиферации Т-клеток и регуляции клеточного цикла. Интересно, что у пациента была карцинома из клеток Меркеля верхней части бедра, вид рака, связанный с вирусной инфекцией, и он считался восприимчивым к раку, поскольку у него была диагностирована Т-клеточная лимфома.

В крови и плазме пациента содержалось значительное количество ДНК вируса Эпштейна-Барр и теновируса Торке, что указывало на то, что пациент был уязвим для вирусных инфекций. У пациента было нормальное распределение CD4 плюс/CD8 плюс иммунных клеток и типичное распределение наивных клеток и клеток памяти, но была аберрантная пролиферация Т-клеток и чрезмерная гибель Т-клеток [56].

Мутации в SLFN14 связаны с макротромбоцитопенией и обильным кровотечением [57–61]. Кроме того, у пациентов с этими мутациями снижена функция тромбоцитов [61]. Эта мутация SLFN14 представляет видоспецифический фенотип с аномалиями тромбоцитов у людей и тяжелым микроцитарным эритроцитозом у мышей [62].

Т.о., SLFN14 может быть существенным игроком в гемопоэзе млекопитающих и может играть роль в детерминации тромбоцитов и эритроидных клонов у конкретных видов. Кроме того, в настоящее время известно, что тромбоциты играют роль во множестве врожденных и адаптивных иммунологических реакций, что выходит далеко за рамки классической концепции тромбоцитов как только гемостатических и тромболитических агентов [63]. Следовательно, можно продемонстрировать, что SLFN14 глубоко вовлечен в иммунологический контроль посредством формирования тромбоцитов и регуляции их функций.

For more information:1950477648nn@gamil.com