IFN-inducerede PARP'er - sensorer for fremmede nukleinsyrer?

Abstrakt: Celler har udviklet forskellige strategier til at klare virusinfektioner. Nøglen til at igangsætte et forsvarsrespons mod vira er evnen til at skelne fremmede molekyler fra deres egne. En central mekanisme er værtsproteinernes opfattelse af fremmede nukleinsyrer, som igen initierer et effektivt immunrespons. Nukleinsyresansende mønstergenkendelsesreceptorer har udviklet sig, som hver målretter sig mod specifikke egenskaber for at skelne viralt fra værts-RNA. Disse suppleres af adskillige RNA-bindende proteiner, der hjælper med at registrere fremmede RNA'er. Der er stigende beviser for, at de interferon-inducerbare ADP-ribosyltransferaser (ARTs; PARP9-PARP15) bidrager til immunforsvar og svækkelse af vira. Imidlertid er deres aktivering, efterfølgende mål og præcise mekanismer for interferens med vira og deres udbredelse stadig stort set ukendte. Mest kendt for sine antivirale aktiviteter og dens rolle som RNA-sensor er PARP13. Derudover er PARP9 for nylig blevet beskrevet som en sensor for viralt RNA. Her vil vi diskutere de seneste resultater, der tyder på, at nogle PARP'er fungerer i antiviral medfødt immunitet. Vi udvider disse resultater og integrerer denne information i et koncept, der beskriver, hvordan de forskellige PARP'er kan fungere som sensorer for fremmed RNA. Vi spekulerer i mulige konsekvenser af RNA-binding med hensyn til PARPs katalytiske aktiviteter, substratspecificitet og signalering, som tilsammen resulterer i antivirale aktiviteter.

cistanche supplement fordele-øge immunitet

Nøgleord: ADP-ribosylering; MARylering; hydrolase; interferon; makrodomæne; PARP; RNA-virus

Hvad gør cistanche herb - Anti-inflammatorisk

1. Introduktion

For at etablere et medfødt immunrespons på invaderende vira, skal celler være i stand til at skelne sig selv fra fremmede. Dette muliggøres delvist af et repertoire af proteiner, der specifikt registrerer fremmede nukleinsyrer. Disse proteiner tilhører de såkaldte mønstergenkendelsesreceptorer (PRR'er), der genkender og binder patogen-associerede molekylære mønstre (PAMP'er), herunder forskellige patogen-associerede nukleinsyrer [1-3]. Ved PAMP-binding aktiveres disse PRR'er generelt til at udløse downstream-signaleringshændelser via aktivering af transkriptionsfaktorer, såsom interferon-regulatoriske faktorer 3 og 7 (IRF3, IRF7) og nuklear faktor kappa B (NF-KB). Dette resulterer i aktiveringen af ​​et genekspressionsprogram, som inkluderer induktion af interferon (IFN) såvel som andre cytokin-gener. IFN'er virker på en parakrin og autokrin måde for at inducere ekspressionen af ​​interferon-stimulerede gener (ISG'er), hvorved en antipatogen tilstand fremmes [1,3]. De nukleinsyrefølende PRR'er kan opdeles i to grupper, det anvendte rum, endosomale og cytosoliske nukleinsyresensorer. En undergruppe af Toll-lignende receptorer (TLR'er) tilhører den første undergruppe, hvorimod den anden gruppe omfatter retinsyre-inducerbare gen I (RIG-I)-lignende receptorer (RLR'er), Proteinkinase R (PKR), 20-50 oligoadenylat syntetaseproteiner (OAS1-3), nukleotidbindende oligomeriseringsdomæne (NOD)-lignende receptorer (NLR'er), fraværende i melanom 2 (AIM2)-lignende receptorer (ALR'er) og cyklisk GMP-AMP-syntase (cGAS) [2 ,4-10]. Ud over disse klassiske PRR'er er en voksende liste af nukleinsyresensorproteiner eller tilbehørsproteiner blevet beskrevet. Disse omfatter helicaser, ubiquitin-ligaser og ADP-ribosyltransferaser, som kan sanse visse nukleinsyrer, hjælpe med eller mediere genkendelsen af ​​fremmede nukleinsyrer og accelerere nedstrøms signalering og derved bidrage til og modulere et antiviralt immunrespons [11-15]. Mest kendt for dets virale ribonukleinsyre (RNA)-bindende aktiviteter er PARP13 [11]. Derudover er PARP9 for nylig blevet identificeret som en sensor for fremmed RNA [15]. For PARP13 lettes RNA-binding af zinkfingerdomæner, hvorimod makrodomænet for PARP9 er blevet identificeret som et viralt RNA-bindingsmodul. PARP9 og PARP13 tilhører adenosin diphosphat (ADP)-ribosyltransferase difteritoksin-lignende (ARTD) familien, hvoraf en lille undergruppe af proteiner er blevet forbundet med medfødt immunitet på grund af deres respons på IFN'er (for yderligere læsning om PARP'er som ISG'er vi henvise til en nylig fremragende anmeldelse [16]). Disse proteiner deler et konserveret ADP-ribosyltransferase (ART) domæne, som, med undtagelse af PARP13, har mono-ADP-ribosylerings (MARylation) aktivitet. Alle disse PARP'er er karakteriseret ved en række yderligere proteindomæner, blandt dem makrodomæner, RNA-genkendelsesdomæner eller zinkfingre. Selvom funktionerne af disse associerede domæner stort set er ukendte, er mange af disse blevet forbundet med RNA-binding. Således giver de disse proteiner den potentielle evne til at fungere som RNA-sensorer svarende til det, der er blevet foreslået for PARP9 og PARP13 [11,15]. Sammen antager vi, at IFN-inducerbare PARP'er fungerer som RNA-sensende PRR'er og udvider de RNA-bindingsmodaliteter af de kendte klassiske PRR'er med hensyn til sekvens- og/eller strukturspecificiteter. Desuden kan RNA-binding regulere deres virkemåder og funktionalitet.

2. De klassiske patogengenkendelsesreceptorer

2.1. Opdelte PRR'er

Toll-lignende receptorer involveret i sansning af patogene nukleinsyrer er TLR3 og TLR 7- 9 [4,17-19]. Disse TLR'er er integreret i endosomernes membraner med deres N-terminale nukleinsyrebindende ektodomæne vendt mod indersiden af ​​disse vesikler [4,17,18]. Nukleinsyrebinding fremkalder dimerisering af to TLR'er, hvorpå forskellige signaleringsprocesser initieres [4]. På grund af deres lokalisering er disse TLR'er i stand til at reagere på endocytoserede eller fagocyterede patogener, der kan skilles ad i dette rum gennem virkningen af ​​endosomale proteaser og nukleaser. Som et resultat behandles og eksponeres patogen-afledt RNA eller deoxyribonukleinsyre (DNA), hvilket giver PAMP'er, der kan interagere med de endosomale TLR'er [18]. Dette initierer en første bølge af antiviral signalering [4,18,19]. For at dække genkendelsen af ​​en bred vifte af forskellige patogener har disse TLR'er udviklet forskellige præferencer for nukleinsyrer [4,18,19]. TLR3 genkender og binder dobbeltstrengede RNA-arter baseret på elektrostatiske interaktioner mellem positivt ladede aminosyrer som en del af de leucinrige gentagelser i ektodomænet og den negativt ladede ribose-phosphat-rygrad i RNA'et. Binding sker uafhængigt af specifikke RNA-sekvenser [19]. For nylig er dets aktivering af cellulære R-loop-afledte RNA-DNA-hybrider blevet demonstreret, hvilket fremkalder efterfølgende immunsignalering, hvilket resulterer i aktivering af IRF3, er blevet demonstreret [20]. Men hvordan R-loop-behandling reguleres, og hvordan disse hybrider, der oprindeligt blev genereret i kernen, når cytosolen eller endda er i stand til at aktivere denne endosomale receptor, forbliver uklart. Det skal bemærkes, at R-Loop-dannende sekvenser også er blevet identificeret blandt vira, men hvorvidt disse faktisk danner R-Loop-strukturer og er i stand til at udløse TLR3-aktivering skal undersøges [21]. TLR7 og TLR8, som er nært beslægtede, registrerer enkeltstrengede RNA- og RNA-nedbrydningsprodukter. Både TLR7 og TLR8 rummer to RNA-bindingsmotiver, hvoraf det første genkender enkelt guanosin eller uridin hhv., hvorimod det andet har vist sig at mediere en vis sekvensspecificitet. TLR7 binder fortrinsvis polyU 3-merer, mens TLR8 registrerer UG/UUG oligoribonukleotider [22,23]. I modsætning hertil har TLR9 vist sig at binde til enkeltstrenget CpG-motiv-holdigt DNA [4,18].

cistanche supplement fordele - hvordan man styrker immunsystemet

2.2. Cytosoliske PRR'er

Nøglesensorer for virale nukleinsyrer i cytosolen, til stede ved virusinfektion, er RLR'erne [2,7,24]. Det eponyme medlem af disse cytosoliske receptorer er RIG-I. Yderligere medlemmer omfatter melanomdifferentieringsforeningsgen 5 (MDA5) og laboratoriet for genetik og fysiologi 2 (LGP2). Alle tre proteiner deler en lignende domæneorganisation med et centralt RNA-helicase-domæne, der sammen med deres C-terminale domæne (CTD) medierer RNA-binding [2,7,24]. I modsætning til LGP2 deler RIG-I og MDA5 to caspase-aktiverings- og rekrutteringsdomæner (CARD'er) ved deres N-terminal, der udløser downstream-signaleringshændelser [2,7]. I tilfælde af RIG-I er disse CARD'er intramolekylært bundet af helicasedomænet og CTD, hvilket fremkalder en lukket konformation af proteinet og forhindrer derved downstream-signalering i fravær af en ligand [7,25]. Nukleinsyregenkendelse indebærer hydrolyse af ATP med RIG-I og fremkalder ændringen til en åben konformation og dens oligomerisering. Dette muliggør en tættere interaktion af den RNA-bindende del med nukleinsyrer, mens CARD'erne frigives for at interagere med den mitokondrielle interaktor af virussignalering (MAVS) til nedstrøms signaltransduktion [7,24]. Denne autoinhiberende tilstand vist for RIG-I forekommer ikke for MDA5. I stedet viser MDA5 en åben og fleksibel og dermed uhæmmet konformation. Dette medfører downstream-signalering ved overekspression af MDA5 i fravær af en RNA-ligand [26-28]. På grund af manglen på KORT kan LGP2 ikke direkte initiere downstream-signalering via MAVS. Men det ser ud til at fungere som en modulator af MDA5-signalering. Ved lave proteinniveauer accelererer og stabiliserer LGP2 MDA5-RNA-interaktion, hvorimod høje niveauer af LGP2 fører til MDA5-hæmning [27,29,30]. For alle tre familiemedlemmer lettes genkendelsen af ​​nukleinsyrer af det centrale helicasedomæne og CTD [2,7,24]. Disse proteindomæner letter scanningen af ​​biokemiske egenskaber placeret i 50-enden af ​​RNA-molekyler. På trods af at de deler sammenlignelige helicasedomæner og CTD'er, registrerer RIG-I og MDA5 lidt forskellige funktioner i RNA'er [31]. RIG-I foretrækker kortere dobbeltstrengede (ds)RNA'er eller ssRNA'er og aktiveres af 5 0 -PPP-dsRNA eller 50 -pp-dsRNA, hvorimod 50 monophosphoryleret RNA forbliver uopdaget af RIG-I [32]. Yderligere genkendes RNA'er beriget i poly-U/UC- eller AU-regioner såvel som cirkulære virale RNA'er af RIG-I [33-35]. Binding til cirkulære RNA'er foreslås at blive medieret af RNA-strukturelle træk eller gennem accessoriske RNA-bindende proteiner, som skal identificeres [33]. MDA5 binder fortrinsvis til lange dsRNA'er og AU-rige regioner [28,36,37]. LGP2 har vist sig at detektere en lang række forskellige RNA'er. Hverken phosphoryleringsstatus for 50-enden eller længden af ​​RNA'et ser ud til at påvirke genkendelse og binding af LGP2 [38,39]. RNA-sensing af PKR- eller OAS-familieproteiner 1-3 er også kendt for at bidrage til et antiviralt forsvarsrespons [9,10]. PKR genkender dsRNA-molekyler længere end 30 bp på en cap-uafhængig måde [40], men ssRNA og struktureret 5'-PPP-RNA-binding er blevet beskrevet [41,42]. Binding lettes af to tandem-RNA-bindende domæner placeret i dens N-terminale halvdel, som ved RNA-binding initierer dimerisering af PKR og efterfølgende kinaseaktivering [43]. OAS1-3 binder til dsRNA [10,44-46]. Ved dsRNA-binding syntetiserer OAS1-3 20-50 phosphodiester-forbundne oligoadenylater, som tjener som en anden budbringer til at udløse dimerisering og igen aktivering af Ribonuclease (RNase) L og dermed spaltning af RNA [10,47]. Spaltede RNA-fragmenter tjener til at amplificere antiviral signalering, da de registreres af PRR'er [9]. En yderligere linje af immunforsvar vises af NLR'er og ALR'er [1,6,48]. Efter aktivering har nogle NLR'er og ALR'er vist sig at initiere samlingen af ​​såkaldte inflammasomer, multiproteinenzymatiske komplekser, hvori de oligomeriserer og binder til apoptose-associeret speck-lignende protein indeholdende CARD (ASC) domæner for at mediere den proteolytiske aktivering af caspase -1. Dette muliggør igen modning af cytokiner såsom Interleukin 1 (IL-1) og IL-18 og bidrager derved til et antiviralt immunrespons. Blandt NLR'erne har NLRP3 vist sig at blive aktiveret af en bred vifte af forskellige RNA'er [8,49]. Direkte interaktion med RNA'er er imidlertid ikke blevet påvist. I stedet samles NLRP3 med tilbehørsproteiner, blandt dem DExD/H-box RNA helicaser eller TRIM ubiquitin ligaser, som har vist sig at muliggøre RNA-sensing og efterfølgende aktivering af inflammasomet [8,49]. I modsætning til NLRP3 aktiveres AIM2 som repræsentant for ALR'erne af DNA [6,48,50].

Ud over AIM2 fungerer cGAS som en cytosolisk sensor af DNA [5]. Fuld aktivering af cGAS sker ved binding til længere DNA-molekyler. Disse muliggør dimerisering af cGAS, en forudsætning for fuld aktivering. Imidlertid har cGAS vist sig at genkende en række forskellige DNA-molekyler, blandt dem dsDNA, ssDNA, der giver sekundære strukturer, der resulterer i dsDNA, eller RNA-DNA-hybrider (som f.eks. afledt af R-løkker). Ved binding udbredes signalering gennem cGAMP-medieret aktivering af stimulatoren af ​​interferon-gener (STING), hvilket resulterer i aktiveringen af ​​IRF3 [5]. Således kan cGAS aktiveres af patogent DNA, men også af cellulært DNA, for eksempel som reaktion på cytosolisk DNA som følge af fejlsegregering af kromosomer, mikrokerner og DNA-splintring [51]. Udover disse klassiske PRR'er er der identificeret adskillige yderligere værtsfaktorer, der tjener som sensorer for fremmede nukleinsyrer, blandt dem DExD/H-bokshelikaser, tripartite motif family (TRIM) ubiquitin-ligaser og et voksende antal forskellige yderligere RNA-bindende proteiner [12- 14,52,53]. Også den meget heterogene familie af scavenger-receptorer er blevet impliceret i medfødt immunitet, og nogle medlemmer har vist sig at binde til fremmede nukleinsyrer [54]. For nogle af disse RNA-bindende proteiner er stilladsfunktion blevet impliceret [3,5,12]. De registrerer og binder fremmed RNA og præsenterer det for RLR'er og bidrager derved til og forstærker antiviral signalering [3,5,12].

cistanche fordele for mænd styrker immunsystemet

Klik her for at se produkter fra Cistanche Enhance Immunity

【Spørg om mere】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

3. PARP13—En sensor af viralt RNA

Et af disse stilladsproteiner nævnt ovenfor, som er involveret i det medfødte immunrespons, er det antivirale zinkfingerprotein (ZAP), også kendt som PARP13 (figur 1). Selvom det ikke har katalytisk aktivitet, er det kendt for dets effektive antivirale aktivitet [11]. PARP13 findes i fire forskellige isoformer, der opstår fra alternativ splejsning og polyadenylering [11,16]. De to bedst undersøgte isoformer er PARP13.1 (ZAPL) og PARP13.2 (ZAPS), sidstnævnte mangler det PARP-lignende domæne [11]. Mens PARP13.1 ser ud til at være konstitutivt udtrykt, induceres PARP13.2 ved interferonsignalering [55]. En interaktion med de 30 utranslaterede regioner (30 UTR) af interferon messenger RNA (mRNA) er blevet beskrevet for PARP13.2, som derfor anses for at være involveret i et negativt feedback-respons på IFN-signalering [55]. Interessant nok blev PARP13.2 fundet at kolokalisere med RIG-I, når det blev stimuleret med 50 -PPP-dobbeltstrenget RNA (dsRNA) og ser ud til at spille en rolle i at fremme interferonproduktion [56]. Alle isoformer af PARP13 har et RNA-bindende domæne (RBD) bestående af fire CH zinkfinger (ZnF) motiver, hvoraf den anden er kendt for sin hydrofobe bindingslomme med høj affinitet for CpG-dinukleotider [11,57]. De andre ZnF'er viser en svag affinitet for RNA af ukendte sekvenser [11]. PARP13 er i stand til at dimerisere, og endda multimerisering af PARP13 på mål-RNA er blevet foreslået for effektivt forsvar mod patogener [11]. For nylig identificerede en RNA-interaktom-screening for alvorligt akut respiratorisk syndrom type 2 (SARS-CoV-2) RNA-interaktom, at PARP13 såvel som dets cofaktor TRIM25 binder direkte til det virale RNA [58]. Efter ektopisk ekspression af PARP13.1 og PARP13.2 så PARP13.2, men ikke PARP13.1 ud til at have en antiviral effekt, hvilket fremgår af en signifikant reduktion i SARS-CoV-2 ikke-strukturelt protein 12 (nsP12) RNA-niveauer, der koder for den virale RNA-afhængige RNA-polymerase [58]. I modsætning hertil rapporterede Nchioua og kolleger kun en reduktion i akkumuleringen af ​​SARS-CoV-2 fuldlængde RNA i PARP13.1 overex-præcisionsforsøg [59]. For begge isoformer blev der imidlertid observeret en reduktion i RNA-niveauerne af SARS-CoV-2 strukturelt spids- og nukleocapsidprotein [59]. Forskelle i cellulær lokalisering kan forklare disse fund, da PARP13.2 har en diffus cytoplasmatisk fordeling, mens PARP13.1 kan S-farnesyleres, hvilket lokaliserer det til endolysosomer eller det endoplasmatiske reticulum (ER) [11]. SARS-CoV-2 danner ER-afledte dobbeltmembran-vesikler til replikation [60]. Faktisk blev det senere påvist, at S-farnesylering af PARP13.1 er nødvendig for SARS-CoV-2-dæmpning [61]. Antiviral aktivitet er også blevet beskrevet mod influenza A-virus (IAV). Mens PARP13.1 ser ud til at modulere viral proteinekspression, er PARP13.2 blevet beskrevet til direkte at målrette IAV RNA [11,62]. Liu og kolleger rapporterede, at PARP13.1 fremmer poly-ADP-ribosyleringen (PARylering) af IAV-polymeraseproteiner, hvilket fører til deres efterfølgende ubiquitinering og nedbrydning [62].

Men da PARP13 ikke har nogen rapporteret katalytisk aktivitet, skal et andet ADP-ribosylerende protein involveres i denne proces. Den kortere isoform, PARP13.2, er i stand til at binde til IAV basisk RNA polymerase 2 (PB2) mRNA og fører til dens nedbrydning samt forhindrer dens translation [63]. Denne proces modvirkes af det ikke-strukturelle protein 1 (NS1) protein af IAV, som viste sig at forhindre viral RNA-binding af PARP13.2 [63]. Interessant nok synes også NS1-mRNA'et at være upåvirket af PARP13.2 [63]. Dette kan potentielt tilskrives sekundære strukturer i NS1 RNA'et, som har vist sig at danne hårnåle, hvilket resulterer i, at store dele af dette RNA er dobbeltstrenget [64]. En anden slægt af vira, der er begrænset af PARP13, er alfavira som Sindbis-virussen, som er målrettet af PARP13.1 i stressgranulat (SG'er) [55]. For nylig fandt forskellige grupper i krystallisationsforsøg, at WWE2-lommen af ​​PARP13 er i stand til at binde til en ADP-ribose (ADPr)-del af poly-ADP-ribose (PAR) kæder [65,66]. Xue og kolleger bekræftede også disse resultater in vitro og afslørede en væsentlig rolle for to aminosyrer i WWE2-domænet, W611 og Q668, for denne binding. Yderligere demonstrerede de, at ZnF5, WWE1 og WWE2 af PARP13 kombineres for at danne et domæne, de kaldte centralt domæne (CD), og at denne CD binder til PAR i celler. Den lange isoform af PARP13, PARP13.1, blev også vist at binde PAR i celler, men ikke så effektivt som den isolerede CD [66]. Denne binding spiller en vigtig rolle i stressgranulat (SG'er), hvor PAR-binding er en forudsætning for PARP13-CD og PARP13.1 re-lokalisering [66]. Derudover blev mutationel svækkelse af PARP13.1-binding til PAR fundet at svække dets antivirale aktivitet [66]. Lokalisering til stressgranulat er også blevet beskrevet for PARP13.2, som i stigende grad PARyleres ved stress [67]. Således tillader stressgranulat (SG'er) akkumulering af RNA, PAR og PARP13 [66,68]. Hvorvidt clustering bidrager til PARP13's antivirale aktivitet, nemlig fremme af RNA-nedbrydning eller hæmning af translation, skal behandles. Værd at nævne er, at i lighed med PARP13 har yderligere PARP-proteiner vist sig at associere med SG'er, hvilket tyder på en samordnet handling eller en synergistisk rolle af PARP'er i SG-dannelse og/eller -funktion. Peger i en lignende retning er opdagelsen, at PARP13, selvom det mangler katalytisk aktivitet i sig selv, er ADP-ribosyleret og derfor skal interagere tæt med andre PARP-enzymer [67]. Denne ADP-ribosylering kan kontrollere PARP13-funktion som f.eks. som vist for PARP7, som MARylerer cysteinrester i ZnF'er, og derved interfererer med PARP13's evne til at interagere med RNA [16]. Vi forventer mange yderligere interaktioner mellem PARP-proteiner såvel som andre PRR'er og downstream-effektorer. Hvordan PARP'er synergerer for effektiv genkendelse af nukleinsyrer og forsvar mod patogener er således spændende spørgsmål inden for medfødt immunforsvar.

4. Den IFN-regulerede underklasse af PARP'er

4.1. PARP-familien

Baseret på domæneorganisation og strukturel analyse er PARP13 tildelt familien af ​​ADP-ribosyltransferaser difteritoksin-lignende (ARTD'er), som i alt omfatter 17 medlemmer [69-71]. De deler alle et meget konserveret ART-domæne, som med undtagelse af PARP13 gør det muligt for disse proteiner at katalysere ADP-ribosylering. ADP-ribosylering er en reversibel posttranslationel modifikation (PTM), som er karakteriseret ved tilføjelse af en eller flere ADP-ribosedele på et substrat [70]. Til dels baseret på aminosyresammensætningen af ​​den katalytiske triade kan individuelle enzymer enten katalysere PARylering (PARP1, PARP2, TNKS1 og TNKS2) eller MARylering (PARP3, PARP4, PARP7-PARP12, PARP14-PARP16 ) [70,72]. For at gøre det indtager de nikotinamid-adenindinukleotid (NAD+) som en cofaktor og overfører ADP-ribose, enten en enkelt del (MARylering) eller i en iterativ proces (PARylering) flere enheder med frigivelse af nikotinamid [70]. PARP13 er det eneste familiemedlem, der mangler ADP-ribosyleringsaktivitet på grund af dets manglende evne til korrekt at binde NAD+ [73]. I det følgende vil vi koncentrere os om de interferon-responsive PARP'er (PARP9-15; figur 1) [16], MARylering og de (potentielle) nukleinsyresansningsevner af denne undergruppe af PARP'er.

4.2. Regulering og udbredelse af MARylering

Som andre PTM'er skal MARylering læses og signalet udbredes. Makrodomænerne 2 og 3 af PARP14 er blevet identificeret som læsere af MARylering [70,74,75]. Yderligere viser MARylering en fuldt reversibel PTM aktiveret af den hydrolytiske aktivitet, som nogle makrodomæner besidder [70]. Cellulære viskelædere af MARylation inkluderer MacroD1, MacroD2 og TARG1. De-MARylering aktiveres af deres aktive makrodomæne [70]. Makrodomænefolden er meget konserveret blandt alle livsarter og er også indlejret i ikke-strukturelle proteiner af adskillige positiv sense enkeltstrengede ((+)ss) RNA-vira [16,76,77]. Induktionen af ​​MARylerende PARP'er af det medfødte IFN-system i kombination med flere virale makrodomæners evne til at vende MARylering indikerer en antiviral rolle for IFN-inducerbare PARP'er. Yderligere er det blevet vist, at PARP'er har udviklet sig under stærk positiv selektion, hvilket yderligere peger på en funktion i medfødt immunitet [78,79]. Indsigt i mekanismer og den nøjagtige funktion af IFN-inducerbare PARP'er forbliver dog undvigende. En mulighed for, at IFN-inducerbare PARP'er kan bidrage til et antiviralt respons, er ved genkendelse af fremmede nukleinsyrer. Som skitseret før kan adapterproteiner som DExD/H box helicases eller PARP13 tjene som stilladser, der bringer nukleinsyrer og effektorproteiner tæt på hinanden. På samme måde kunne de IFN-responsive PARP'er fungere som stilladser og derved hjælpe med RNA-genkendelse af en af ​​de klassiske PRR'er. Oven i det kunne deres MARyleringsaktivitet tilføje endnu et niveau af regulering for at finjustere det medfødte immunrespons. Der er indikationer på, at tilstedeværelsen af ​​viralt RNA kan udløse MARyleringsaktiviteten af ​​disse enzymer [80,81]. Ved at postulere, at RNA-binding bestemmer katalytisk aktivitet, kan det også give mulighed for at omdirigere katalytisk aktivitet til forskellige substrater. Disse kan være både virale og værtsfaktorer. Desuden kan den ændrede specificitet også påvirke proteinstabilitet, for eksempel ved at reducere automodifikation, og derved give stabilitet af visse PARP-enzymer [82]. Derudover kan viralt RNA repræsentere et substrat for MARylering, da RNA er blevet identificeret til at være MARyleret både in vitro og i celler [83,84].

4.3. Domæneorganisation af IFN-regulerede PARP'er

Det er værd at bemærke, at de IFN-responsive PARP'er alle viser domæne og motiver, der potentielt er impliceret i nukleinsyrebinding (figur 1).

Figur 1. Domænearkitektur af de IFN-responsive PARP'er. Alle IFN-responsive PARP-familiemedlemmer indeholder det konserverede ADP-ribosyltransferase (ART) domæne ved deres C-terminale ende. Bortset fra PARP13 har ART-domænet for de andre PARP'er MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 og PARP15 indeholder makrodomæne (MD) gentagelser, enten 2 som i tilfældet med PARP9 og PARP15. Figur 1. Domænearkitektur af de IFN-responsive PARP'er. Alle IFN-responsive PARP-familiemedlemmer indeholder det konserverede ADP-ribosyltransferase (ART) domæne ved deres C-terminale ende. Bortset fra PARP13 har ART-domænet for de andre PARP'er MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 og PARP15 indeholder makrodomæne (MD) gentagelser, enten 2 som i tilfældet med PARP9 og PARP15, eller tre som set for PARP14. Ud over de tre makrodomæner er PARP14 også udstyret med to RNA-genkendelsesmotiver (RRM) ved sin N-terminal, kendt for at mediere RNA-binding. På samme måde bærer PARP10 to RRM'er ved sin N-terminal. PARP11-PARP14 indeholder et (PARP11, PARP14) eller to WWE (PARP12, PARP13)-moduler, kendt for at lette poly-ADP-ribosebinding. N-terminalt indeholder PARP12 og PARP13 begge Winged-Helix-lignende (WH-l) DNA-bindende domæner efterfulgt af fem zinkfingermotiver (ZF), kendt for at mediere binding til nukleinsyrer. PARP10 er unik, da det er det eneste familiemedlem udstyret med ubiquitin-interaktionsmotiver (UIM'er), hvoraf det har tre i sin C-terminale halvdel (Created with BioRender.com).

PARP12 ligner PARP13's overordnede domænestruktur og er ligeledes udstyret med flere ZnF'er. Disse domæner er godt beskrevet som nukleinsyrebindende moduler, blandt andre funktioner, og som sådan bredt involveret i vært-patogen-interaktioner [85]. Dette fremkalder spørgsmål om, hvilke(n) funktion(er) der kan tildeles ZnF'erne i PARP12, og om disse er impliceret i RNA-sensing. Der er akkumulerende beviser for, at makrodomæner repræsenterer et yderligere nukleinsyrebindende modul. For nylig har PARP9 vist sig at binde til viralt RNA medieret af dets første makrodomæne [15]. Evnen til at binde til RNA er også blevet påvist for TARG1 [86]. Makrodomænet som et bindingsmodul for nukleinsyrer er også blevet etableret ud fra fund med nogle virale makrodomæner (MD'er). vMD af Chikungunya virus (CHIKV) eller Venezuelan encephalitis virus (VEEV) har vist sig at binde ssRNA [87], hvorimod det andet og tredje vMD (SARS unikke domæne, SUD) af SARS-Coronavirus er blevet påvist at binde G-quadruplexes [88,89]. Udover PARP9 tilhører PARP14 og PARP15 de makrodomæneholdige IFN-stimulerede PARP'er. Mens PARP14 macro2 og macro3 samt PARP15 macro2 er blevet identificeret til at binde til MAR [75,90], forbliver funktionen af ​​det første makrodomæne i begge proteiner uhåndgribelig. Men baseret på sekvenssammenligninger er de fylogenetisk tættere relateret til de hydrolytiske makrodomæner kodet af ssRNA-vira, hvilket måske også giver dem mulighed for at postulere en evne til RNA-binding (figur 2). Ud over dets makrodomæner viser PARP14 to RNA-genkendelsesmotiver (RRM'er) nær dets N-terminale ende, som er adskilt af en iboende forstyrret region (IDR, ifølge aminosyresekvensanalysen ved hjælp af PONDR) fra dets andre funktionelle domæner. Dette er også tilfældet for PARP10 (analyse af PONDR) (figur 1). RRM'er, men også IDR'er individuelt eller i samarbejde kan mediere RNA-binding [91-93]. Generelt arbejder flere RRM'er i tandem og letter derved korrekt RNA-binding og giver RNA-specificitet [94]. Det vil være af interesse at evaluere nukleinsyrebindingsmåder af denne undergruppe af PARP'er. Fornemmer disse domæner virkelig fremmede nukleinsyrer for at bidrage til et robust antiviralt respons?

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-makro2) blev analyseret af CLUSTAL 2.1 og den fylogenetiske træfil uploadet til iTOL 6.6 for at generere dette fylogenetiske træ [95].

4.4. IFN-regulerede PARP'er som værtsbegrænsningsfaktorer

Som allerede nævnt har PARP12 en lignende domæneorganisation som PARP13, men dens ART-domæne viser enzymatisk aktivitet [16] (figur 1). Mens PARP13 allerede er kendt for sin rolle som en PRR i det medfødte immunrespons, kan en lignende funktion postuleres for PARP12 [11,96]. Imidlertid er PARP12 RNA-binding ikke blevet bekræftet hidtil eksperimentelt, men der er beviser, der kommer fra PARP12, der blev rekrutteret til SG'er [67,97,98]. SG'er er kondensater beriget med mRNA på grund af de stressafhængige stoppede translationskomplekser og PAR [67,99]. Lokalisering af PARP12 til disse kondensater er afhængig af dets ZnF'er og WWE domæner, hvilket tyder på, at evnen til potentielt at binde både RNA og PAR provokerer PARP12 til at lokalisere til SG'er [97,98]. Det skal bemærkes, at ligesom RNA-binding er PAR-binding af WWE-domænet af PARP12 ikke blevet eksperimentelt valideret. En funktionel rolle for PARP12 i SG-biologigranulat er endnu ikke fundet, men da SG'er diskuteres som et førstelinjerespons på virusinfektioner, kan reguleringen og/eller moduleringen af ​​disse kondensater være en måde til antiviral virkning af PARP12 [100 ]. Det er værd at påpege, at ud over PARP13 og PARP12 er PARP14 og PARP15 også blevet identificeret som SG-proteiner, i det mindste når de er overudtrykt [67]. Det vil være interessant at analysere, om PARP12, analogt med PARP13, regulerer RNA-omsætning og/eller translation, og om dette er begrænset til virale RNA'er eller også kan være relevant for værts-mRNA'er i inficerede og dermed stressede celler. En yderligere evidenslinje for PARP12 som et RNA-bindende protein er udledt af nyere SARS-CoV-2-forskning. Identifikationen af ​​værtsfaktorer, der interagerer med SARS-CoV-2 RNA-genomet, afslørede PARP12 og PARP13 som interagerende proteiner [58,101].

Faktisk er PARP12 blevet identificeret som en restriktionsfaktor for nogle vira [81,102,103]. En potentiel mekanisme, der diskuteres, er begrænsning af alfavirusreplikation ved modulering af cellulær translation [102]. Ved VEEV-infektion ser PARP12 ud til at være kompleks med ribosomer og flere proteiner, der vides at spille en rolle i translation [102]. Dette kan også give et link til SG-biologi og/eller moduleringen af ​​disse kondensater, da de er beriget i fastlåste translationskomplekser [100]. Derudover begrænser PARP12 Zika virus (ZIKV) replikation faktisk ved interaktion med PARP11 via deres WWE domæner [104,105]. Her medieres den restriktive effekt ved at fremme PARylering af de virale ikke-strukturelle proteiner NS1 og NS3, der målretter dem til proteasomal nedbrydning [104,105]. Dette ligner virkningsmåden vist for PARP13.1 med hensyn til IAV-proteiner, der primes af PAR til proteasomal nedbrydning [62]. Igen er formodentlig også andre PARP-enzymer involveret i denne proces, da PARylering hverken katalyseres af PARP12 eller PARP11 [72]. PARP11 er blevet identificeret som en regulator af IFN-signalering. Det har vist sig at katalysere MARyleringen af ​​-TrcP, en ubiquitin E3-ligase. Dette resulterer i den efterfølgende ubiquitinering og omsætning af IFN / receptor 1 (IFNAR1), hvilket indikerer en feedbackkontrol af IFN-signalering af PARP11 [106]. PARP9 er sammen med PARP14 og PARP15 en af ​​de makrodomæneholdige PARP'er [16] (figur 1). Til dato er det dog ikke blevet fuldt belyst for PARP9, om det har ADP-ribosylerende aktivitet eller ej [16]. PARP9-makrodomænerne er blevet identificeret til at binde PAR, hvilket muliggør PARP9-kolokalisering med det PARylerende enzym PARP1 efter DNA-skade [107,108]. Desuden er en antiviral rolle for PARP9 blevet diskuteret. I dendritiske celler inducerer influenza A, et minus-streng RNA-virus, ekspressionen af ​​PARP9 [15]. Ydermere rapporterede Xing og kolleger en beskyttende effekt af PARP9 mod minus-sense RNA virus vesikulær stomatitis virus og dsRNA reovirus infektion hos mus, hvorimod denne effekt ikke forekommer med DNA-virus Herpes simplex virus type 1 (HSV-1 ) [15]. De fandt, at det første makrodomæne af PARP9 var essentielt for bindingen af ​​viralt dsRNA i området fra 1100 basepar (bp) til 1400 bp (tabel 1). Desuden bidrager PARP9 væsentligt til type-I IFN-produktion ved at aktivere phosphoinositid-3-kinase/proteinkinase B (PI3K/AKT) signalvejen [15]. For mange processer danner PARP9 imidlertid en heterodimer med E3 ubiquitin-ligasen sletter E3 ubiquitin-ligase L (DTX3L). Sammen spiller de en rolle i reparation af DNA-skader og antiviralt forsvar [15,108]. DTX3L/PARP9-heterodimeren er i stand til selektivt at MARylere ubiquitin [108]. Forfatterne foreslår, at denne modifikation afhænger af den katalytiske aktivitet af PARP9 [108]. Russo og kolleger fandt ud af, at DTX3L/PARP9-heterodimeren spiller en central rolle i ADP-ribosylering induceret ved induktion af ISG'er. Dette synes at være uafhængigt af PARP9-aktivitet i sig selv, hvilket tyder på potentiel krydstale med andre MARylerende PARP'er eller en samordnet virkning af disse proteiner. Stigningen i den samlede MARylering vendes af hydrolaseaktiviteten af ​​SARS-CoV-2 nsP3 makrodomæne1 [109.110]. I 2016 fandt Iwata og kolleger, at signaltransducer og aktivator af transkription 1 (STAT1) og STAT6 var ADP-ribosyleret in vitro af PARP14, en proces undertrykt af PARP9. De hævdede endvidere, at STAT1-phosphorylering var inhiberet af PARP14-medieret STAT1 ADP-ribosylering [111]. Derudover blev der observeret en antiinflammatorisk rolle af PARP14 i makrofager, der fremmer interleukin (IL)-4-responset og undertrykker IFN-inducerede responser [111]. Selvom dette arbejde har modtaget stærk kritik [112], er i det mindste PARP9-PARP14-interaktionen blevet bekræftet i co-immunpræcipitationseksperimenter af andre grupper [113]. Grunewald og kolleger foreslår, at PARP14 kan regulere IFN-responset både afhængigt af ADP-ribosylering, men også uafhængigt af dets katalytiske aktivitet [114]. Yderligere observerede de øget viral replikation af musehepatitisvirus (MHV) i Parp14-hæmning og knockdown-eksperimenter, hvilket tyder på antivirale kapaciteter af PARP14 [114]. I viral tværbinding og fast-fase oprensning (VIR-CLASP) eksperimenter for Chikungunya virus (CHIKV), PARP14 og PARP9 blev identificeret som CHIKV-RNA interaktorer [115]. En screening for interaktører af IAV-genomet afslørede derimod ikke interaktionen mellem nogen af ​​mono-ARTD'erne [115]. PARP14 har tre makrodomæner, og makro2 og makro3 er blevet rapporteret at binde til MARyleret PARP10, men synes at mangle hydrolaseaktivitet og betragtes derfor som læsere af MARylering [75]. Interessant nok er PARP14-makrodomænet1 blevet beskrevet til at ligne, i det mindste på sekvensniveau, SARS-CoV-2-makrodomænet (figur 2) [116,117]. PARP14 er det største af PARP-enzymerne og har et RNA-genkendelsesmotiv (RRM) ved sin N-terminal efterfulgt af en lang iboende forstyrret region, hvis funktion endnu er ukendt [118]. PARP14 binder til 3'UTR af vævsfaktor mRNA i synergi med tristetraprolin (TTP) efter Lipopolysaccharid (LPS) stimulering (tabel 1) [119]. Hvilke domæner af PARP14 der er involveret i denne interaktion, eller hvis PARP14-medieret ADP-ribosylering bidrager til denne interaktion, er endnu ikke fastlagt [119]. Nukleinsyrebinding af PARP14 er også blevet rapporteret af Riley og kolleger, som fandt to formodede DNA-motiver genkendt af PARP14 (tabel 1). Disse motiver er til stede i promotorregionen af ​​interleukin-4 (Il-4) og Il-5 og PARP14 ser ud til at spille en rolle i ekspressionen af ​​T-hjælper type 2 (Th2) cytokiner [ 120]. Dette understøttes yderligere af fund om PARP14's rolle i allergiske reaktioner hos mus [121]. PARP14 blev fundet at være lokaliseret hovedsageligt i cytosolen og translokeres til kernen efter LPS-behandling [113]. Det ser også ud til at være involveret i translokationen af ​​andre proteiner til kernen, især dem, der er IFN-inducerbare [113]. PARP10 er stærkt udtrykt i hæmatopoietiske celler, hvilket understøtter en funktionel rolle i medfødt immunitet [122]. Ligesom PARP12 har PARP10 vist sig at være restriktiv for viral replikation [81,102,103]. Atasheva og kolleger viste, at ekspression af PARP10 fra en anden subgenomisk promotor inden for VEEV-genomet resulterer i translationsinhibering [102]. Hvordan PARP10 interfererer med oversættelse er dog åbent. Ligeledes er det uklart, hvorvidt denne mulige modulation af translationen bibringer dens antivirale aktivitet.

Tabel 1. Oversigt over RNA-bindingsmodaliteter af de klassiske PRR'er og de IFN-regulerede PARP'er.

For nylig er ikke-strukturelt protein (nsP) 2 af CHIKV blevet identificeret som et PARP10-substrat. MARylering svækker den proteolytiske aktivitet af nsP2, som er essentiel for replikation [81]. CHIKV nsP'er oversættes som polyproteiner, der skal bearbejdes til de individuelle nsP'er, som efterfølgende danner det funktionelle replikationskompleks [123]. Således kan den antivirale aktivitet af PARP10 medieres i det mindste delvist ved modifikation og regulering af virale proteiner. Interessant nok blev MARylering af CHIKV-nsP2 kun observeret ved efterligning af en viral infektion ved transfektion af et in vitro transskriberet RNA-replikon. Plasmid-baseret coekspression af GFP-nsP2 og PARP10 var ikke tilstrækkelig til at inducere MARylering [81]. Lignende resultater blev observeret ved at studere ADP-ribosylering i forbindelse med en infektion med det murine hepatitisvirus (MHV), en coronavirus. Nukleocapsid-(N)-proteinet fra MHV viste sig kun at være ADP-ribosyleret efter MHV-infektion og mislykkedes modifikation, når det blev udtrykt eksogent i celler [80]. Disse resultater fremmer spekulation. Er tilstedeværelsen af ​​viralt RNA nødvendig for fuld aktivering af PARP10 såvel som andre PARP'er? N-terminalt besidder PARP10 to RRM'er nær N-terminalen. Dette efterfølges af et iboende uordnet, glycinrigt domæne (figur 1). Hvorvidt disse muliggør nukleinsyrebinding skal undersøges for at løse spørgsmålet om, hvorvidt PARP10 kan fungere som PRR. Som påpeget ovenfor er RNA blevet identificeret som et substrat for MARylering [83,84,124,125]. De isolerede katalytiske domæner af PARP10 såvel som PARP15 er i stand til at MARylere det terminale 50-phosphat af ssRNA in vitro. Imidlertid formåede fuldlængdevarianterne af disse proteiner ikke at gøre det in vitro [83,84]. ADP-ribosyltransferasen identificeret til MARylat-RNA som et protein i fuld længde in vitro og i celler, er TRPT-1. MARylering af 50 -P-RNA har vist sig at forhindre translation [84].

4.5. Perspektiv på IFN-regulerede PARP'er som sensorer af viralt RNA

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

Hvad kan man udlede af disse fund? Det er klart, at PARP'er er involveret i antiviralt forsvar. Der er stigende beviser, der forbinder denne undergruppe af IFN-responsive PARP-enzymer til medfødt immunitet, som opsummeret i nyere anmeldelser [16,109,118]. Men da dette er et ret fremvoksende og hurtigt udviklende forskningsfelt, er der masser af åbne spørgsmål, der skal behandles og besvares. Udover induktion af IFN'er forstår vi næppe, hvordan ekspressionen af ​​disse PARP-gener og funktionen af ​​de kodede proteiner reguleres. Hvordan reguleres deres katalytiske aktivitet? Er der behov for en præcis regulering af MAR-aktivitet? Hvordan opnås omsætningen af ​​disse proteiner? Hvilke funktioner har de forskellige proteindomæner disse PARP-proteiner er udstyret med? Er der krydstale mellem disse forskellige domæner, og i forlængelse af dette, giver de funktionalitet adskilt fra MAR-aktivitet? Yderligere, hvordan synergerer de individuelle enzymer for at bidrage til etableringen af ​​et robust antiviralt respons? Hvad er substratmolekyler (protein eller nukleinsyrer) til at finjustere et immunrespons på det ene eller det andet patogen? Hvordan opnås specificitet? I dette sidste afsnit vil vi gerne spekulere i mulige svar på disse spørgsmål. Baseret på deres domæneorganisation (figur 1) spekulerer vi i, at denne undergruppe af PARP'er interagerer med fremmede, men muligvis også cellulære nukleinsyrer. Virale RNA'er udviser en masse sekundære strukturer, som sammen med sekvens og/eller modifikation af RNA'et kan tillade genkendelse og binding [126,127]. Disse komplekse sekundære strukturer, for det meste placeret i 5'UTR og 3'UTR af virale RNA'er, beskytter dem mod genkendelse af mange ssRNA-sensorer [128]. Derudover har vira udviklet forskellige strategier, såsom cap-snatching (stjæle hætten fra værts-mRNA) eller cap-imitation for at undgå genkendelse af de klassiske PRR'er [129]. Det er således tænkeligt, at PARP'er, såsom PARP9, kommer i spil (figur 3). Ved at binde RNA kan de hjælpe med aktiveringen af ​​de klassiske PRR'er, som det er blevet vist for PARP13 sammen med RIG-I [11].

Figur 3. IFN-regulerede PARP'er som sensorer for fremmed RNA og mulige konsekvenser af denne interaktion.

En direkte forbindelse til inflammasomaktivering er ikke blevet belyst endnu, men NLRP3, som aktiveres på en bred vifte af RNA'er, er fuldt ud afhængig af accessoriske proteiner, da det ikke har nogen iboende RNA-bindingsevne [49]. I sådanne scenarier kunne PARP'er komme i spil for at registrere nukleinsyrer og som en konsekvens binde til og mediere PRR-aktivering. Dette kan være kontrolleret af MARylering. Faktisk er ADP-ribosylering af NLRP3 allerede blevet vist. PARylering af PARP1 bidrager til dets aktivering og efterfølgende inflammasomsamling [130]. Yderligere MARylering af NLRP3 af bakterielle toksiner har vist sig at bidrage til inflammasomaktivering [131]. Det vil være interessant at teste, om IFN-regulerede PARP'er kan bygge bro mellem RNA-sensing og inflammasomaktivering, og om dette er uafhængigt af MARylering. RNA-binding kan udløse aktiveringen af ​​PARP-enzymer og bidrage til specificitet, som antydet af fund med CHIKV-nsP2 eller N-proteinet af MHV (Figur 3) [80,81]. I disse undersøgelser kunne modifikation af de virale proteiner kun observeres efter infektion og dermed tilstedeværelsen af ​​viralt RNA. Konceptet med nukleinsyreafhængig enzymaktivering har længe været kendt for PARP1, som kun er fuldt aktiveret ved tilstedeværelsen af ​​nicked DNA på grund af krydstale mellem ZnF III og ART-domænet [132]. En sådan domænekrydstale er også godt tænkelig for de IFN-regulerede PARP'er. En anden aktiveringsmåde, selvom den er meget spekulativ på nuværende tidspunkt, kan sammenlignes med, hvordan RIG-I aktiveres [25]. RRM'erne og den lange iboende uordnede glycinrige region til stede i PARP10 og PARP14 kan bidrage til en inaktiv konformation, som åbner, når proteinerne interagerer med RNA (figur 3). En sådan mere åben konformation kan så tillade katalytisk aktivitet og/eller genkendelse af substrater. Det vil således være interessant at afklare, om sådanne intramolekylære interaktioner forekommer, og hvordan disse reguleres. Yderligere er promiskuiteten af ​​PARP-enzymer blevet diskuteret for nylig [133]. Promiskuitet kan overvindes af co-faktorer. For eksempel styrer HPF-1 PARP1-aktivitet mod modifikation af serin, og DTX3L er blevet diskuteret for at give PARP9-katalytisk aktivitet [108,134]. En interessant idé er, at udover proteiner, der fungerer som co-faktorer, kan RNA også formidle specificitet og derved skifte et potentielt repertoire af substrater (figur 3). Tænker man videre på dette, kan RNA-binding også resultere i specifik substratmodifikation i stedet for automodifikation. Desuden blev hæmning af den katalytiske aktivitet af nogle PARP'er vist at øge deres stabilitet, hvilket indikerer, at automodifikation fremkalder proteasomal nedbrydning [82]. Således kan RNA-binding af disse PARP'er reducere automodifikation på grund af ændringerne i substratspecificitet og derved fremme stabiliteten af ​​IFN-responsive PARP'er. Denne stigning i protein kan være vigtig for at øge den cellulære kapacitet til at genkende patogene nukleinsyrer. Desuden, når infektionsstresset er løst, og fremmed RNA er elimineret fra cellerne, ville PARP'er skifte tilbage til automatisk modifikation, hvilket fremmer deres nedbrydning. Således vil et sådant scenarie indledningsvis forstærke og efterfølgende deltage i den rettidige slukning af det medfødte immunrespons og dermed forhindre toksiske virkninger på grund af overskridelse af immunitet. RNA-bindende kapaciteter af PPARP enzymer kan interferere med viral translation. Alfavira, for eksempel, indeholder højt CpG-indhold og er derfor genkendt og målrettet af PARP13 [129]. PARP13 viste sig igen at interagere med eukaryot translationsinitieringsfaktor 4G (eIF-4G) og eIF-4A [129]. Makrodomæne-associerede PARP'er kan interferere med SARS-CoV-2 RNA-translation. SARS-CoV-2 nsP3 lokaliseres til ER-afledte dobbeltmembranvesikler [60]. SUD af nsP3, bestående af to virale makrodomæner og domænet forud for ubiquitin-lignende 2 (Ubl2) og papain-lignende protease 2 (PL2pro) (DPUP), har vist sig at interagere med ribosomer og polyadenylat-bindende protein interagerende protein 1 ( PAIP1) [128]. Denne interaktion menes at være afgørende for viral oversættelse. Desuden er makrodomænerne i SUD kendt for at være i stand til at binde G-quadruplexes og, i tilfælde af macro3, sandsynligvis poly-A [128]. Bindingen af ​​viralt RNA til nsP3 SUD makrodomænerne kunne også beskytte dem mod genkendelse af humane makrodomæner. Denne antagelse er dog stadig ret vag, da det endnu ikke er blevet vist, at viralt RNA binder til CoV-2 SUD MD'erne, og heller ikke at de humane MD'er ville være i stand til at engagere sig med det virale RNA her. Alternativt kan de virale makrodomæner binde til værts-mRNA'er og dermed hindre deres translation sammen med nsP1 [128]. I begge tilfælde er det imidlertid også interessant at bemærke nærheden af ​​den virale makro1, der støder op til N-terminalen til SUD. Macro1 har hydrolaseaktivitet, hvilket tyder på, at PARP'er eller ADP-ribosylering er involveret i at svække vira ved at interferere med deres translation [135]. Viralt RNA i sig selv kunne være et substrat (figur 3). In vitro undersøgelser viste ikke MARylering med PARP10 eller PARP15 i fuld længde [84]. Men i betragtning af den kunstige natur af 5'-P-RNA-strækningen anvendt i disse in vitro eksperimenter, kan modifikation af RNA med PARP-enzymer ikke udelukkes. Igen kan strukturelle og/eller sekvensmotiver af RNA være vigtige for binding og for at ændre aktiviteten og/eller specificiteten af ​​MARylering, aspekter, der skal belyses af fremtidig forskning. Interaktion og samarbejde mellem PARP'er kunne også medieres af RNA. Flere af disse PARP'er, i det mindste når de er overudtrykt, ser ud til at danne kondensater i celler [136]. RNA spiller en vigtig rolle som stillads i mange kondensater. MARylering kan ud over RNA muliggøre rekruttering af disse PARP'er til sådanne kondensater. Baseret på undersøgelser med TARG1 ser RNA-binding og APD-ribose-binding ikke ud til at være eksklusive, hvilket tyder på, at makrodomæner godt kan være i stand til at genkende MAR-signaler såvel som RNA på samme tid [86]. Efter denne ret spekulative idé om PARP'er som sensorer for fremmed RNA og den potentielle konsekvens af denne RRNA-interaktion, er der stadig et oplagt spørgsmål, der skal besvares. Har de IFN-regulerede PARP'er brug for stram regulering? Da de er involveret i medfødt immunitet, forbinder deregulering eller aktiverende mutationer PARP'er med autoimmune lidelser? Det er også værd at bemærke, at PARP-enzymer kan fungere som et tveægget sværd, der ikke kun spiller en antiviral rolle, men også bliver udnyttet af nogle vira. En sådan kandidat kunne være PARP11, som en modvægt til IFN-signalering [106].

cistanche tubulosa-forbedrer immunsystemet

5. Konklusioner

De sidste år har skabt flere beviser, der indikerer, at en undergruppe af de MARylerende ARTD'er spiller en rolle i medfødt immunitet. Med proteiner og for nylig også RNA som substrater for MARyleringspotentiale mekanismer, og hvordan de giver et robust antiviralt respons, diskuteres og evalueres. Ud over ART-domænet og modulering ved katalytisk aktivitet, kommer de potentielle roller af forskellige andre domæner, som de IFN-regulerede PARP'er er udstyret med, i fokus for deres mulige bidrag til antivirale aktiviteter. Vi er bestemt langt væk fra at forstå de nødvendige detaljer om funktionerne af disse PARP-proteiner for at tegne et omfattende billede af deres involvering i medfødt immunitet. Ikke desto mindre præsenterer vi i denne anmeldelse muligheder for, hvordan de yderligere domæner udover ART-domænet kan bidrage til medfødt immunsignalering. At opnå en mere fuldstændig forståelse af deres funktioner og samspil med virale og værtsfaktorer, både protein og RNA, vil helt sikkert definere nye udgangspunkter for farmakologisk intervention.

Referencer

1. Carty, M.; Guy, C.; Bowie, AG Detektion af virale infektioner ved medfødt immunitet. Biochem. Pharmacol. 2021, 183, 114316. [CrossRef] [PubMed]

2. Chow, KT; Gale, M., Jr.; Loo, YM RIG-I og andre RNA-sensorer i antiviral immunitet. Annu. Rev. Immunol. 2018, 36, 667-694. [CrossRef] [PubMed]

3. Sagde, EA; Tremblay, N.; Al-Balushi, MS; Al-Jabri, AA; Lamarre, D. Vira set af vores celler: rollen af ​​virale RNA-sensorer. J. Immunol. Res. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]

4. Fitzgerald, KA; Kagan, JC Toll-lignende receptorer og kontrol med immunitet. Celle 2020, 180, 1044-1066. [CrossRef]

5. Hopfner, KP; Hornung, V. Molekylær mekanismer og cellulære funktioner af cGAS-STING signalering. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 21, 501-521. [CrossRef]

6. Lugrin, J.; Martinon, F. AIM2-inflammasomet: Sensor af patogener og cellulære forstyrrelser. Immunol. Rev. 2018, 281, 99-114. [CrossRef]

7. Rehwinkel, J.; Gack, MU RIG-I-lignende receptorer: Deres regulering og roller i RNA-sensing. Nat. Rev. Immunol. 2020, 20, 537-551. [CrossRef]

8. Zhao, C.; Zhao, W. NLRP3 Inflammasome-En nøglespiller i antivirale reaktioner. Foran. Immunol. 2020, 11, 211. [CrossRef]

9. Schlee, M.; Hartmann, G. Diskriminering af selv fra ikke-selv i nukleinsyresansing. Nat. Rev. Immunol. 2016, 16, 566-580. [CrossRef]

10. Schwartz, SL; Conn, GL RNA-regulering af det antivirale protein 20 -50 -oligoadenylatsyntetase. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 2019, 10, e1534. [CrossRef]

11. Ficarelli, M.; Neil, SJD; Swanson, CM Målrettet begrænsning af viral genekspression og replikation af ZAP Antiviral System. Annu. Rev. Virol. 2021, 8, 265-283. [CrossRef]

12. Oshiumi, H.; Kouwaki, T.; Seya, T. Tilbehørsfaktorer for cytoplasmatiske virale RNA-sensorer, der kræves til antiviralt medfødt immunrespons. Foran. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]

13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-box helicaser: Multifunktionelle regulatorer i antiviral medfødt immunitet. Celle. Mol. Life Sci. 2021, 79, 2. [CrossRef]

14. Williams, FP; Haubrich, K.; Perez-Borrajero, C.; Hennig, J. Nye RNA-bindende roller i TRIM-familien af ​​ubiquitin-ligaser. Biol. Chem. 2019, 400, 1443-1464. [CrossRef]

15. Xing, J.; Zhang, A.; Du, Y.; Fang, M.; Minze, LJ; Liu, YJ; Li, XC; Zhang, Z. Identifikation af poly(ADP-ribose) polymerase 9 (PARP9) som en ikke-kanonisk sensor for RNA-virus i dendritiske celler. Nat. Commun. 2021, 12, 2681. [CrossRef]

16. Luscher, B.; Verheirstraeten, M.; Krieg, S.; Korn, P. Intracellulære mono-ADP-ribosyltransferaser i værtsvirus-interfasen. Celle. Mol. Life Sci. 2022, 79, 288. [CrossRef]

17. Duan, T.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, RF Toll-lignende receptorsignalering og dens rolle i cellemedieret immunitet. Foran. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]

18. Lind, NA; Rael, VE; Pestal, K.; Liu, B.; Barton, GM Regulering af de nukleinsyrefølende Toll-lignende receptorer. Nat. Rev. Immunol. 2022, 22, 224-235. [CrossRef]

19. Vierbuchen, T.; Stein, K.; Heine, H. RNA tager sin vejafgift: Indvirkning af RNA-specifikke Toll-lignende receptorer på sundhed og sygdom. Allergi 2019, 74, 223-235. [CrossRef]

20. Crossley, MP; Sang, C.; Bocek, MJ; Choi, JH; Kousorous, J.; Sathirachinda, A.; Lin, C.; Brickner, JR; Bai, G.; Lans, H.; et al. R-loop-afledte cytoplasmatiske RNA-DNA-hybrider aktiverer et immunrespons. Nature 2023, 613, 187–194. [CrossRef]

21. Wongsurawat, T.; Gupta, A.; Jenjaroenpun, P.; Owens, S.; Forrest, JC; Nookaew, I. R-loop-dannende sekvensanalyse i tusindvis af virale genomer Identificer et nyt fælles element i herpesvirus. 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-lignende receptor 8 fornemmer nedbrydningsprodukter af enkeltstrenget RNA. Nat. Struktur. 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. Strukturel analyse afslører, at toll-lignende receptor 7 er en dobbelt receptor for guanosin og enkeltstrenget RNA. Immunitet 2016, 45, 737-748. [CrossRef] [PubMed]

24. Thoresen, D.; Wang, W.; Galls, D.; Guo, R.; Xu, L.; Pyle, AM Den molekylære mekanisme for RIG-I aktivering og signalering. Immunol. Rev. 2021, 304, 154-168. [CrossRef] [PubMed]

25. Wang, W.; Pyle, AM RIG-I-receptoren vedtager to forskellige konformationer til at skelne vært fra virale RNA-ligander. Mol. Celle 2022, 82, 4131-4144.e6. [CrossRef]

26. Berke, IC; Li, Y.; Modis, Y. Strukturelt grundlag for medfødt immungenkendelse af viralt RNA. Celle. Microbiol. 2013, 15, 386-394. [CrossRef]

27. Bruns, AM; Horvath, CM LGP2-synergi med MDA5 i RLR-medieret RNA-genkendelse og antiviral signalering. 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. Strukturelt grundlag for dsRNA-genkendelse, filamentdannelse og antiviral signalaktivering ved 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 er en positiv regulator af RIG-I- og MDA5-medierede antivirale responser. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 1512-1517. [CrossRef]

30. Zhu, Z.; Zhang, X.; Wang, G.; Zheng, H. Laboratoriet for genetik og fysiologi 2: Ny indsigt i de kontroversielle funktioner af denne RIG-I-lignende receptor. 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. Sammenlignende analyse af virale RNA-signaturer på forskellige RIG-I-lignende receptorer. Elife 2016, 5, e11275. [CrossRef]

32. Ren, X.; Linehan, MM; Iwasaki, A.; Pyle, AM RIG-I diskriminerer selektivt mod 50 -monophosphat-RNA. 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 Koordineret circRNA biogenese og funktion med NF90/NF110 i viral infektion. Mol. Celle 2017, 67, 214-227.e217. [CrossRef]

34. Saito, T.; Owen, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Medfødt immunitet induceret af sammensætningsafhængig RIG-I-genkendelse af hepatitis C-virus-RNA. Nature 2008, 454, 523-527. [CrossRef]

35. Schnell, G.; Loo, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Uridinsammensætning af poly-U/UC-kanalen af ​​HCV RNA definerer ikke-selvgenkendelse af RIG-I. PLoS Pathog. 2012, 8, e1002839. [CrossRef]

36. Peisley, A.; Jo, MH; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Walz, T.; Hohng, S.; Hur, S. Kinetisk mekanisme for viral dsRNA-længdediskrimination ved MDA5-filamenter. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, E3340–E3349. [CrossRef]

37. Peisley, A.; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Liu, M.; Walz, T.; Hur, S. Kooperativ samling og dynamisk demontering af MDA5-filamenter til viral dsRNA-genkendelse. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2011, 108, 21010-21015. [CrossRef]

38. Pippig, DA; Hellmuth, JC; Cui, S.; Kirchhofer, A.; Lammens, K.; Lammens, A.; Schmidt, A.; Rothenfusser, S.; Hopfner, KP Det regulatoriske domæne af RIG-I-familien ATPase LGP2 registrerer dobbeltstrenget RNA. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 2014-2025. [CrossRef]

39. Uchikawa, E.; Lethier, M.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Strukturel analyse af dsRNA-binding til antivirale mønstergenkendelsesreceptorer LGP2 og MDA5. Mol. Celle 2016, 62, 586-602. [CrossRef]

40. Lemaire, PA; Anderson, E.; Lary, J.; Cole, JL Mekanisme for PKR-aktivering af dsRNA. J. Mol. Biol. 2008, 381, 351-360. [CrossRef]

41. Zheng, X.; Bevilacqua, PC Aktivering af proteinkinasen PKR med korte dobbeltstrengede RNA'er med enkeltstrengede haler. RNA 2004, 10, 1934-1945. [CrossRef] [PubMed]

42. Nallagatla, SR; Hwang, J.; Toroney, R.; Zheng, X.; Cameron, CE; Bevilacqua, PC 50 -trifosfatafhængig aktivering af PKR af RNA'er med korte stammeløkker. Science 2007, 318, 1455-1458. [CrossRef] [PubMed]

43. Cole, JL Aktivering af PKR: En åben og lukket sag? Trends Biochem. Sci. 2007, 32, 57-62. [CrossRef] [PubMed]

44. Donovan, J.; Dufner, M.; Korennykh, A. Strukturelt grundlag for cytosolisk dobbeltstrenget RNA-overvågning af human oligoadenylatsyntetase 1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2013, 110, 1652-1657. [CrossRef]

45. Ibsen, MS; Gad, HH; Thavachelvam, K.; Boesen, T.; Despres, P.; Hartmann, R. 20 -50 -oligoadenylatsyntetase 3-enzymer syntetiserer kraftigt de 20 -50 -oligoadenylater, der kræves til RNase L-aktivering. J. Virol. 2014, 88, 14222-14231. [CrossRef]

46. ​​Koul, A.; Deo, S.; Booy, EP; Orriss, GL; Genung, M.; McKenna, SA Indvirkning af dobbeltstrengede RNA-karakteristika på aktiveringen af ​​human 20 -50 -oligoadenylatsyntetase 2 (OAS2). Biochem. Celle. Biol. 2020, 98, 70-82. [CrossRef]

47. Huang, H.; Zeqiraj, E.; Dong, B.; Jha, BK; Duffy, NM; Orlicky, S.; Thevakumaran, N.; Talukdar, M.; Pillon, MC; Ceccarelli, DF; et al. Den dimere struktur af pseudokinase RNase L bundet til 2-5A afslører et grundlag for interferon-induceret antiviral aktivitet. Mol. Celle 2014, 53, 221-234. [CrossRef]

48. Mand, SM; Karki, R.; Kanneganti, TD AIM2-inflammasom i infektion, cancer og autoimmunitet: Rolle i DNA-sansning, inflammation og medfødt immunitet. Eur. J. Immunol. 2016, 46, 269-280. [CrossRef]

49. Xiao, TS De nukleinsyrefølende inflammasomer. Immunol. Rev. 2015, 265, 103-111. [CrossRef]

50. Kumar, V. Treenigheden af ​​cGAS, TLR9 og ALRs Guardians of the Cellular Galaxy Against Host-Derived Self-DNA. Foran. Immunol. 2020, 11, 624597. [CrossRef]

51. Krupina, K.; Goginashvili, A.; Cleveland, DW Årsager og konsekvenser af mikrokerner. 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 Fleksibilitet i nukleinsyrebinding er central for APOBEC3H antiviral aktivitet. J. Virol. 2019, 93, e01275-19. [CrossRef]

53. Fullam, A.; Schroder, M. DExD/H-box RNA helicaser som mediatorer af anti-viral medfødt immunitet og essentielle værtsfaktorer for viral replikation. Biochim. Biofys. Acta 2013, 1829, 854–865. [CrossRef]

54. Canton, J.; Neculai, D.; Grinstein, S. Scavenger-receptorer i homeostase og immunitet. 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; Så L.; et al. RNA-bindende proteinisoformer ZAP-S og ZAP-L har distinkte antivirale og immunopløsende funktioner. 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 er en potent stimulator af signalering medieret af RNA-helicasen RIG-I under antivirale responser. Nat. Immunol. 2011, 12, 37-44. [CrossRef]