IFN-induserte PARP-sensorer for fremmede nukleinsyrer?

Abstrakt: Celler har utviklet ulike strategier for å takle virusinfeksjoner. Nøkkelen til å sette i gang en forsvarsrespons mot virus er evnen til å skille fremmede molekyler fra sine egne. En sentral mekanisme er oppfatningen av fremmede nukleinsyrer av vertsproteiner som igjen setter i gang en effektiv immunrespons. Reseptorer for mønstergjenkjenning av nukleinsyrer har utviklet seg, og hver retter seg mot spesifikke funksjoner for å skille virus fra verts-RNA. Disse er supplert med flere RNA-bindende proteiner som hjelper til med å registrere fremmede RNA. Det er økende bevis på at de interferon-induserbare ADP-ribosyltransferasene (ARTs; PARP9—PARP15) bidrar til immunforsvar og svekkelse av virus. Imidlertid er deres aktivering, påfølgende mål og presise mekanismer for interferens med virus og deres forplantning fortsatt stort sett ukjent. Mest kjent for sine antivirale aktiviteter og dens rolle som RNA-sensor er PARP13. I tillegg har PARP9 nylig blitt beskrevet som en sensor for viralt RNA. Her vil vi diskutere nyere funn som tyder på at noen PARP-er fungerer i antiviral medfødt immunitet. Vi utvider disse funnene og integrerer denne informasjonen i et konsept som skisserer hvordan de forskjellige PARP-ene kan fungere som sensorer for fremmed RNA. Vi spekulerer i mulige konsekvenser av RNA-binding med hensyn til de katalytiske aktivitetene til PARP, substratspesifisitet og signalering, som sammen resulterer i antivirale aktiviteter.

cistanche supplement fordeler-øke immunitet

Nøkkelord: ADP-ribosylering; MARylering; hydrolase; interferon; makrodomene; PARP; RNA-virus

Hva gjør cistanche urt - Anti-inflammatorisk

1. Introduksjon

For å etablere en medfødt immunrespons mot invaderende virus, må celler være i stand til å skille seg fra fremmede. Dette muliggjøres delvis av et repertoar av proteiner som spesifikt registrerer fremmede nukleinsyrer. Disse proteinene tilhører de såkalte mønstergjenkjenningsreseptorene (PRR) som gjenkjenner og binder patogenassosierte molekylære mønstre (PAMP), inkludert forskjellige patogenassosierte nukleinsyrer [1–3]. Generelt, ved PAMP-binding aktiveres disse PRR-ene for å utløse nedstrøms signaleringshendelser via aktivering av transkripsjonsfaktorer, slik som interferonregulatoriske faktorer 3 og 7 (IRF3, IRF7) og nukleær faktor kappa B (NF-KB). Dette resulterer i aktivering av et genekspresjonsprogram, som inkluderer induksjon av interferon (IFN) så vel som andre cytokin-gener. IFN-er virker på en parakrin og autokrin måte for å indusere ekspresjonen av interferon-stimulerte gener (ISG) som fremmer en antipatogen tilstand [1,3]. De nukleinsyrefølende PRR-ene kan deles inn i to grupper, avdelingen som brukes, endosomale og cytosoliske nukleinsyresensorer. En undergruppe av Toll-lignende reseptorer (TLR) tilhører den første undergruppen, mens den andre gruppen inkluderer retinsyre-induserbare gen I (RIG-I)-lignende reseptorer (RLR), Proteinkinase R (PKR), 20-50 oligoadenylat syntetaseproteiner (OAS1-3), nukleotidbindende oligomeriseringsdomene (NOD)-lignende reseptorer (NLR), fraværende i melanom 2 (AIM2)-lignende reseptorer (ALR) og syklisk GMP-AMP-syntase (cGAS) [2 ,4–10]. I tillegg til disse klassiske PRR-ene, har en voksende liste over nukleinsyresensorproteiner eller tilbehørsproteiner blitt beskrevet. Disse inkluderer helikaser, ubiquitin-ligaser og ADP-ribosyltransferaser, som kan registrere visse nukleinsyrer, hjelpe til med eller mediere gjenkjennelsen av fremmede nukleinsyrer, og akselerere nedstrøms signalering og dermed bidra til og modulere en antiviral immunrespons [11–15]. Mest kjent for sine virale ribonukleinsyre (RNA)-bindende aktiviteter er PARP13 [11]. I tillegg har PARP9 nylig blitt identifisert som en sensor for fremmed RNA [15]. For PARP13 forenkles RNA-binding av sinkfingerdomener, mens for PARP9 er makrodomenet identifisert som en viral RNA-bindende modul. PARP9 og PARP13 tilhører adenosindifosfat (ADP)-ribosyltransferase difteritoksin-lignende (ARTD) familien, hvorav en liten undergruppe av proteiner har blitt knyttet til medfødt immunitet på grunn av deres respons på IFNs (for videre lesing om PARPs som ISGer vi referer til en nylig utmerket anmeldelse [16]). Disse proteinene deler et konservert ADP-ribosyltransferase (ART) domene, som, med unntak av PARP13, har mono-ADP-ribosylering (MARylation) aktivitet. Alle disse PARPene er preget av en rekke ekstra proteindomener, blant dem makrodomener, RNA-gjenkjenningsdomener eller sinkfingre. Selv om funksjonene til disse assosierte domenene stort sett er ukjente, har mange av disse vært assosiert med RNA-binding. Dermed gir de disse proteinene potensiell evne til å fungere som RNA-sensorer som ligner på det som er foreslått for PARP9 og PARP13 [11,15]. Sammen antar vi at IFN-induserbare PARP-er fungerer som RNA-sensende PRR-er og utvider de RNA-bindende modalitetene til de kjente klassiske PRR-ene med hensyn til sekvens- og/eller strukturspesifisiteter. Dessuten kan RNA-binding regulere deres virkemåter og funksjonalitet.

2. De klassiske patogengjenkjenningsreseptorene

2.1. Oppdelte PRR-er

Tolllignende reseptorer involvert i sensing av patogene nukleinsyrer er TLR3 og TLR7- 9 [4,17–19]. Disse TLR-ene er integrert i membranene til endosomer med deres N-terminale nukleinsyrebindende ektodomene vendt mot innsiden av disse vesiklene [4,17,18]. Nukleinsyrebinding provoserer dimerisering av to TLR-er, hvorpå forskjellige signaleringsprosesser initieres [4]. På grunn av deres lokalisering er disse TLR-ene i stand til å reagere på endocytoserte eller fagocyterte patogener som kan demonteres i dette rommet gjennom virkningen av endosomale proteaser og nukleaser. Som et resultat blir patogenavledet RNA eller deoksyribonukleinsyre (DNA) behandlet og eksponert, og gir PAMP-er som kan samhandle med de endosomale TLR-ene [18]. Dette setter i gang en første bølge av antiviral signalering [4,18,19]. For å dekke gjenkjennelsen av et bredt spekter av forskjellige patogener, har disse TLR-ene utviklet forskjellige preferanser for nukleinsyrer [4,18,19]. TLR3 gjenkjenner og binder dobbelttrådete RNA-arter basert på elektrostatiske interaksjoner mellom positivt ladede aminosyrer som en del av de leucinrike repetisjonene i ektodomenet og den negativt ladede ribosefosfatryggraden i RNA. Binding skjer uavhengig av spesifikke RNA-sekvenser [19]. Nylig har det blitt demonstrert aktivering av cellulære R-løkke-avledede RNA-DNA-hybrider, noe som provoserer påfølgende immunsignalering som resulterer i aktivering av IRF3 [20]. Hvordan R-løkkeprosessering reguleres og hvordan disse hybridene, opprinnelig generert i kjernen, når cytosolen eller til og med er i stand til å aktivere denne endosomale reseptoren er fortsatt uklart. Det er verdt å merke seg at R-Loop-dannende sekvenser også er identifisert blant virus, men hvorvidt disse faktisk danner R-Loop-strukturer og er i stand til å utløse TLR3-aktivering må undersøkes [21]. TLR7 og TLR8, som er nært beslektede, registrerer enkelttrådede RNA- og RNA-nedbrytningsprodukter. Både TLR7 og TLR8 har to RNA-bindende motiver, hvorav det første gjenkjenner henholdsvis enkelt guanosin eller uridin, mens det andre har vist seg å mediere en viss sekvensspesifisitet. TLR7 binder fortrinnsvis polyU 3-merer, mens TLR8 registrerer UG/UUG oligoribonukleotider [22,23]. I motsetning til dette har TLR9 vist seg å binde seg til enkelttrådet CpG-motiv-holdig DNA [4,18].

cistanche supplement fordeler-hvordan styrke immunforsvaret

2.2. Cytosoliske PRRer

Nøkkelsensorer for virale nukleinsyrer i cytosolen, tilstede ved virusinfeksjon, er RLR-ene [2,7,24]. Det eponyme medlemmet av disse cytosoliske reseptorene er RIG-I. Ytterligere medlemmer inkluderer melanomdifferensieringsforeningen gen 5 (MDA5) og laboratoriet for genetikk og fysiologi 2 (LGP2). Alle tre proteinene deler en lignende domeneorganisasjon med et sentralt RNA-helikasedomene som sammen med deres C-terminale domene (CTD) medierer RNA-binding [2,7,24]. I motsetning til LGP2 deler RIG-I og MDA5 to caspase-aktiverings- og rekrutteringsdomener (CARDs) på deres N-terminal som utløser nedstrøms signaleringshendelser [2,7]. Når det gjelder RIG-I, er disse KORTENE intramolekylært bundet av helikasedomenet og CTD, noe som provoserer en lukket konformasjon av proteinet og forhindrer derved nedstrøms signalering i fravær av en ligand [7,25]. Nukleinsyregjenkjenning innebærer hydrolyse av ATP av RIG-I og provoserer endringen til en åpen konformasjon og dens oligomerisering. Dette tillater en tettere interaksjon av den RNA-bindende delen med nukleinsyrer mens CARD-ene frigjøres for å samhandle med den mitokondrielle interaktoren til virussignalering (MAVS) for nedstrøms signaloverføring [7,24]. Denne autoinhibitoriske tilstanden vist for RIG-I forekommer ikke for MDA5. I stedet viser MDA5 en åpen og fleksibel og dermed uhemmet konformasjon. Dette innebærer nedstrøms signalering ved overekspresjon av MDA5 i fravær av en RNA-ligand [26–28]. På grunn av mangelen på KORT, kan ikke LGP2 direkte initiere nedstrøms signalering via MAVS. Men det ser ut til å fungere som en modulator for MDA5-signalering. Ved lave proteinnivåer akselererer og stabiliserer LGP2 MDA5-RNA-interaksjon, mens høye nivåer av LGP2 fører til MDA5-hemming [27,29,30]. For alle tre familiemedlemmene er gjenkjennelsen av nukleinsyrer lettet av det sentrale helikasedomenet og CTD [2,7,24]. Disse proteindomenene letter skanningen av biokjemiske funksjoner lokalisert i 50-enden av RNA-molekyler. Til tross for at de deler sammenlignbare helikasedomener og CTD-er, registrerer RIG-I og MDA5 litt forskjellige funksjoner i RNA-er [31]. RIG-I foretrekker kortere dobbelttrådet (ds)RNA eller ssRNA og aktiveres av 5 0 -PPP-dsRNA eller 50 -pp-dsRNA, mens 50 monofosforylert RNA forblir uoppdaget av RIG-I [32]. Videre gjenkjennes RNA-er anriket i poly-U/UC- eller AU-regioner samt sirkulære virale RNA-er av RIG-I [33–35]. Binding til sirkulære RNA-er foreslås formidlet av RNA-strukturelle egenskaper eller gjennom tilbehørs-RNA-bindende proteiner, som må identifiseres [33]. MDA5 binder seg fortrinnsvis til lange dsRNAer og AU-rike regioner [28,36,37]. LGP2 har vist seg å oppdage et bredt spekter av forskjellige RNA-er. Verken fosforyleringsstatusen til 50-enden eller lengden av RNA ser ut til å påvirke gjenkjenning og binding av LGP2 [38,39]. RNA-sensing av PKR- eller OAS-familieproteiner 1–3 er også kjent for å bidra til en antiviral forsvarsrespons [9,10]. PKR gjenkjenner dsRNA-molekyler lengre enn 30 bp på en cap-uavhengig måte [40], men ssRNA og strukturert 5'-PPP-RNA-binding er beskrevet [41,42]. Binding forenkles av to tandem-RNA-bindende domener lokalisert i dens N-terminale halvdel, som ved RNA-binding initierer dimerisering av PKR og påfølgende kinaseaktivering [43]. OAS1-3 binder til dsRNA [10,44–46]. Ved dsRNA-binding syntetiserer OAS1-3 20-50 fosfodiester-koblede oligoadenylater, som fungerer som en andre budbringer for å utløse dimerisering og i sin tur aktivering av ribonuklease (RNase) L og dermed spalting av RNA [10,47]. Spaltede RNA-fragmenter tjener til å forsterke antiviral signalering ettersom de registreres av PRR-er [9]. En ekstra linje med immunforsvar vises av NLR-er og ALR-er [1,6,48]. Ved aktivering har noen NLR-er og ALR-er vist seg å initiere sammenstillingen av såkalte inflammasomer, multiprotein-enzymatiske komplekser der de oligomeriserer og binder seg til apoptose-assosiert flekklignende protein som inneholder CARD (ASC)-domener for å mediere den proteolytiske aktiveringen av caspase -1. Dette muliggjør i sin tur modning av cytokiner som Interleukin 1 (IL-1) og IL-18, og bidrar dermed til en antiviral immunrespons. Blant NLR-ene har NLRP3 vist seg å bli aktivert av et bredt spekter av forskjellige RNA-er [8,49]. Direkte interaksjon med RNA er imidlertid ikke påvist. I stedet setter NLRP3 seg sammen med tilbehørsproteiner, blant dem DExD/H-box RNA-helikaser eller TRIM ubiquitin-ligaser, som har vist seg å muliggjøre RNA-sensing og deretter aktivering av inflammasomet [8,49]. I motsetning til NLRP3, aktiveres AIM2 som representant for ALR-ene av DNA [6,48,50].

I tillegg til AIM2 fungerer cGAS som en cytosolisk sensor av DNA [5]. Full aktivering av cGAS skjer ved binding til lengre DNA-molekyler. Disse tillater dimerisering av cGAS, en forutsetning for full aktivering. Imidlertid har cGAS vist seg å gjenkjenne en rekke DNA-molekyler, blant dem dsDNA, ssDNA som gir sekundære strukturer som resulterer i dsDNA, eller RNA-DNA-hybrider (som f.eks. avledet fra R-løkker). Ved binding forplantes signalering gjennom cGAMP-mediert aktivering av stimulatoren av interferon-gener (STING), noe som resulterer i aktivering av IRF3 [5]. Dermed kan cGAS aktiveres av patogent DNA, men også av cellulært DNA, for eksempel som respons på cytosolisk DNA som følge av feilsegregering av kromosomer, mikrokjerner og DNA-knusing [51]. I tillegg til disse klassiske PRR-ene, er det identifisert flere tilleggsfaktorer som tjener som sensorer for fremmede nukleinsyrer, blant dem DExD/H-bokshelikaser, tripartite motiv family (TRIM) ubiquitin-ligaser, og et økende antall forskjellige ytterligere RNA-bindende proteiner [12– 14,52,53]. Også den svært heterogene familien av scavenger-reseptorer har vært involvert i medfødt immunitet og noen medlemmer har vist seg å binde seg til fremmede nukleinsyrer [54]. For noen av disse RNA-bindende proteinene har stillasfunksjon blitt implisert [3,5,12]. De registrerer og binder fremmed RNA, og presenterer det for RLR, og bidrar derved til og forsterker antiviral signalering [3,5,12].

cistanche fordeler for menn styrker immunforsvaret

Klikk her for å se Cistanche Enhance Immunity-produkter

【Be om mer】 E-post:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

3. PARP13—En sensor av viralt RNA

Et av disse stillasproteinene referert til ovenfor, som er involvert i den medfødte immunresponsen, er sinkfinger-antiviralproteinet (ZAP), også kjent som PARP13 (Figur 1). Selv om det ikke har katalytisk aktivitet, er det kjent for sin effektive antivirale aktivitet [11]. PARP13 finnes i fire forskjellige isoformer, som oppstår fra alternativ spleising og polyadenylering [11,16]. De to best studerte isoformene er PARP13.1 (ZAPL) og PARP13.2 (ZAPS), sistnevnte mangler det PARP-lignende domenet [11]. Mens PARP13.1 ser ut til å være konstitutivt uttrykt, induseres PARP13.2 ved interferonsignalering [55]. En interaksjon med de 30 utranslaterte regionene (30 UTR) av interferon messenger RNA (mRNA) er beskrevet for PARP13.2, som derfor anses å være involvert i en negativ tilbakemeldingsrespons på IFN-signalering [55]. Interessant nok ble PARP13.2 funnet å kolokalisere med RIG-I når stimulert med 50 -PPP-dobbeltstrenget RNA (dsRNA) og ser ut til å spille en rolle i å fremme interferonproduksjon [56]. Alle isoformer av PARP13 har et RNA-bindende domene (RBD) som består av fire CH sink finger (ZnF) motiver, hvorav den andre er kjent for sin hydrofobe bindingslomme med høy affinitet for CpG-dinukleotider [11,57]. De andre ZnF-ene viser en svak affinitet for RNA av ukjente sekvenser [11]. PARP13 er i stand til å dimerisere, og til og med multimerisering av PARP13 på mål-RNA har blitt foreslått for effektivt forsvar mot patogener [11]. Nylig identifiserte en alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus type 2 (SARS-CoV-2) RNA-interaktomskjerm PARP13, så vel som dens kofaktor TRIM25, for å binde seg direkte til det virale RNA [58]. Etter ektopisk ekspresjon av PARP13.1 og PARP13.2, så PARP13.2, men ikke PARP13.1 ut til å ha en antiviral effekt, noe som fremgår av en signifikant reduksjon i SARS-CoV-2 ikke-strukturelt protein 12 (nsP12) RNA-nivåer, som koder for den virale RNA-avhengige RNA-polymerase [58]. Derimot rapporterte Nchioua og kolleger en reduksjon i akkumuleringen av SARS-CoV-2 full-lengde RNA bare i PARP13.1 overekspresisjonseksperimenter [59]. For begge isoformene ble det imidlertid observert en reduksjon i RNA-nivåene av SARS-CoV-2 strukturelt spike- og nukleokapsidprotein [59]. Forskjeller i cellulær lokalisering kan forklare disse funnene, ettersom PARP13.2 har en diffus cytoplasmatisk fordeling, mens PARP13.1 kan S-farnesyleres, noe som lokaliserer det til endolysosomer eller det endoplasmatiske retikulum (ER) [11]. SARS-CoV-2 danner ER-avledede dobbeltmembranvesikler for replikering [60]. Faktisk ble det senere demonstrert at S-farnesylering av PARP13.1 er nødvendig for SARS-CoV-2-demping [61]. Antiviral aktivitet er også beskrevet mot influensa A-virus (IAV). Mens PARP13.1 ser ut til å modulere viralt proteinuttrykk, har PARP13.2 blitt beskrevet for å direkte målrette mot IAV RNA [11,62]. Liu og kolleger rapporterte at PARP13.1 fremmer poly-ADP-ribosylering (PARylering) av IAV-polymeraseproteiner, noe som fører til deres påfølgende ubiquitinering og nedbrytning [62].

Siden PARP13 ikke har noen rapportert katalytisk aktivitet, må et annet ADP-ribosylerende protein være involvert i denne prosessen. Den kortere isoformen, PARP13.2, er i stand til å binde seg til IAV basisk RNA-polymerase 2 (PB2) mRNA og fører til dens nedbrytning i tillegg til å forhindre translasjon [63]. Denne prosessen motvirkes av det ikke-strukturelle protein 1 (NS1) proteinet til IAV, som ble funnet å forhindre viral RNA-binding av PARP13.2 [63]. Interessant nok ser også NS1-mRNA ut til å være upåvirket av PARP13.2 [63]. Potensielt kan dette tilskrives sekundære strukturer i NS1 RNA, som har vist seg å danne hårnåler som resulterer i at store deler av dette RNA er dobbelttrådet [64]. En annen slekt av virus begrenset av PARP13 er alfavirus som Sindbis-viruset, som er målrettet av PARP13.1 i stressgranulat (SGs) [55]. Nylig har forskjellige grupper funnet i krystalliseringseksperimenter at WWE2-lommen til PARP13 er i stand til å binde seg til en ADP-ribose (ADPr)-del av poly-ADP-ribose (PAR) kjeder [65,66]. Xue og kolleger bekreftet også disse resultatene in vitro og avslørte en viktig rolle for to aminosyrer i WWE2-domenet, W611 og Q668, for denne bindingen. Videre demonstrerte de at ZnF5, WWE1 og WWE2 av PARP13 kombineres for å danne et domene de kalte sentralt domene (CD), og at denne CD-en binder seg til PAR i celler. Den lange isoformen av PARP13, PARP13.1, ble også vist å binde PAR i celler, men ikke like effektivt som den isolerte CD [66]. Denne bindingen spiller en viktig rolle i stressgranulat (SG), hvor PAR-binding er en forutsetning for PARP13-CD og PARP13.1 re-lokalisering [66]. I tillegg ble mutasjonssvekkelse av PARP13.1-binding til PAR funnet å svekke dens antivirale aktivitet [66]. Lokalisering til stressgranulat er også beskrevet for PARP13.2, som i økende grad PARyleres ved stress [67]. Dermed tillater stressgranulat (SGs) akkumulering av RNA, PAR og PARP13 [66,68]. Hvorvidt klynging bidrar til den antivirale aktiviteten til PARP13, nemlig å fremme RNA-nedbrytning eller hemme translasjon, må tas opp. Verdt å nevne er at i likhet med PARP13 har ytterligere PARP-proteiner vist seg å assosiere med SG-er, noe som antyder en samordnet handling eller en synergistisk rolle av PARP-er i SG-dannelse og/eller -funksjon. Som peker i en lignende retning er funnet at PARP13, selv om det mangler katalytisk aktivitet i seg selv, er ADP-ribosylert og derfor må samhandle tett med andre PARP-enzymer [67]. Denne ADP-ribosyleringen kan kontrollere PARP13-funksjonen som f.eks. som vist for PARP7, som MARylerer cysteinrester i ZnFs, og dermed forstyrre PARP13s evne til å samhandle med RNA [16]. Vi forventer mange ekstra interaksjoner mellom PARP-proteiner så vel som andre PRR-er og nedstrømseffektorer. Hvordan PARP-er synergerer for effektiv gjenkjennelse av nukleinsyrer og forsvar mot patogener er derfor spennende spørsmål innen medfødt immunforsvar.

4. Den IFN-regulerte underklassen av PARPer

4.1. PARP-familien

Basert på domeneorganisasjon og strukturell analyse er PARP13 tilordnet familien av ADP-ribosyltransferaser difteritoksinlignende (ARTDs), som totalt omfatter 17 medlemmer [69–71]. De deler alle et svært konservert ART-domene, som med unntak av PARP13 gjør at disse proteinene kan katalysere ADP-ribosylering. ADP-ribosylering er en reversibel posttranslasjonell modifikasjon (PTM), som er karakterisert ved tilsetning av en eller flere ADP-ribosedeler på et substrat [70]. Delvis basert på aminosyresammensetningen til 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 å gjøre det, bruker de nikotinamid-adenindinukleotid (NAD+) som en kofaktor og overfører ADP-ribose, enten en enkelt del (MARylering) eller i en iterativ prosess (PARylering) flere enheter med frigjøring av nikotinamid [70]. PARP13 er det eneste familiemedlemmet som mangler ADP-ribosyleringsaktivitet på grunn av dets manglende evne til å binde NAD+ på riktig måte [73]. I det følgende vil vi konsentrere oss om de interferon-responsive PARP-ene (PARP9-15; figur 1) [16], MARylering og de (potensielle) nukleinsyresensing-evnene til denne undergruppen av PARP-er.

4.2. Regulering og forplantning av MARylering

Som andre PTM-er må MARylering leses og signalet forplantes. Makrodomenene 2 og 3 av PARP14 har blitt identifisert som lesere av MARylering [70,74,75]. Videre viser MARylering en fullt reversibel PTM aktivert av den hydrolytiske aktiviteten noen makrodomener har [70]. Cellulære viskelær av MARylering inkluderer MacroD1, MacroD2 og TARG1. De-MARylering er aktivert av deres aktive makrodomene [70]. Makrodomenefolden er sterkt bevart blant alle livsarter og er innebygd i ikke-strukturelle proteiner av flere positiv sans enkeltstrengede ((+)ss) RNA-virus også [16,76,77]. Induksjonen av MARylerende PARPer av det medfødte IFN-systemet i kombinasjon med flere virale makrodomeners evne til å reversere MARylering indikerer en antiviral rolle for IFN-induserbare PARPer. Videre har det blitt vist at PARP-er har utviklet seg under sterk positiv seleksjon, og peker i tillegg på en funksjon i medfødt immunitet [78,79]. Imidlertid forblir innsikt i mekanismer og den nøyaktige funksjonen til IFN-induserbare PARP-er unnvikende. En mulighet for at IFN-induserbare PARP-er kan bidra til en antiviral respons er ved gjenkjennelse av fremmede nukleinsyrer. Som skissert før, kan adapterproteiner som DExD/H-bokshelikaser eller PARP13 tjene som stillaser som bringer nukleinsyrer og effektorproteiner i umiddelbar nærhet. På samme måte kan de IFN-responsive PARP-ene fungere som stillaser og dermed hjelpe til med RNA-gjenkjenning av en av de klassiske PRR-ene. På toppen av det kan deres MARyleringsaktivitet legge til et nytt nivå av regulering for å finjustere den medfødte immunresponsen. Det er indikasjoner på at tilstedeværelsen av viralt RNA kan utløse MARyleringsaktiviteten til disse enzymene [80,81]. Ved å postulere at RNA-binding bestemmer katalytisk aktivitet, kan det også tillate å omdirigere katalytisk aktivitet til distinkte substrater. Dette kan være både virale og vertsfaktorer. Dessuten kan den endrede spesifisiteten også påvirke proteinstabilitet, for eksempel ved å redusere automodifikasjon, og dermed gi stabilitet til visse PARP-enzymer [82]. I tillegg kan viralt RNA representere et substrat for MARylering, ettersom RNA har blitt identifisert å være MARylert både in vitro og i celler [83,84].

4.3. Domeneorganisering av IFN-regulerte PARPer

Det er verdt å merke seg at de IFN-responsive PARP-ene alle viser domene og motiver som potensielt er involvert i nukleinsyrebinding (figur 1).

Figur 1. Domenearkitektur til de IFN-responsive PARPene. Alle IFN-responsive PARP-familiemedlemmer inneholder det konserverte ADP-ribosyltransferase (ART) domene ved deres C-terminale ende. Bortsett fra PARP13 har ART-domenet til de andre PARPene MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 og PARP15 inneholder repetisjoner av makrodomene (MD), enten 2 som i tilfellet med PARP9 og PARP15. Figur 1. Domenearkitektur til de IFN-responsive PARPene. Alle IFN-responsive PARP-familiemedlemmer inneholder det konserverte ADP-ribosyltransferase (ART) domene ved deres C-terminale ende. Bortsett fra PARP13 har ART-domenet til de andre PARPene MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 og PARP15 inneholder makrodomene (MD) repetisjoner, enten 2 som i tilfellet med PARP9 og PARP15, eller tre som sett for PARP14. I tillegg til de tre makrodomenene er PARP14 også utstyrt med to RNA-gjenkjenningsmotiver (RRM) ved sin N-terminal, kjent for å mediere RNA-binding. På samme måte har PARP10 to RRM-er på N-terminalen. PARP11-PARP14 inneholder én (PARP11, PARP14) eller to WWE (PARP12, PARP13)-moduler, kjent for å forenkle poly-ADP-ribosebinding. N-terminalt inneholder PARP12 og PARP13 begge Winged-Helix-lignende (WH-l) DNA-bindende domener etterfulgt av fem sinkfingermotiver (ZF), kjent for å mediere binding til nukleinsyrer. PARP10 er unik, siden den er det eneste familiemedlemmet som er utstyrt med ubiquitin-interaksjonsmotiver (UIMs), hvorav den har tre i sin C-terminale halvdel (laget med BioRender.com).

PARP12 ligner den generelle domenestrukturen til PARP13 og er på samme måte utstyrt med flere ZnF-er. Disse domenene er godt beskrevet som nukleinsyrebindende moduler, blant andre funksjoner, og som sådan bredt involvert i vert-patogen-interaksjoner [85]. Dette provoserer spørsmål om hvilken(e) funksjon(er) som kan tildeles ZnF-ene til PARP12 og om disse er involvert i RNA-sensing. Det er akkumulerende bevis for at makrodomener representerer en ekstra nukleinsyrebindende modul. Nylig har PARP9 vist seg å binde seg til viralt RNA mediert av dets første makrodomene [15]. Evnen til å binde seg til RNA har blitt demonstrert for TARG1 også [86]. Makrodomenet som en bindingsmodul for nukleinsyrer er også etablert fra funn med noen virale makrodomener (MD). vMD av Chikungunya-virus (CHIKV) eller venezuelansk encefalittvirus (VEEV) har vist seg å binde ssRNA [87], mens det andre og tredje vMD (SARS unike domener, SUD) av SARS-Coronavirus har blitt vist å binde G-quadruplexes [88,89]. Foruten PARP9, tilhører PARP14 og PARP15 de makrodomeneholdige IFN-stimulerte PARPene. Mens PARP14 macro2 og macro3 samt PARP15 macro2 har blitt identifisert for å binde seg til MAR [75,90], forblir funksjonen til det første makrodomenet i begge proteinene unnvikende. Basert på sekvenssammenligninger er de imidlertid fylogenetisk nærmere relatert til de hydrolytiske makrodomenene kodet av ssRNA-virus, noe som kanskje lar dem postulere en evne til RNA-binding også (figur 2). I tillegg til makrodomenene, viser PARP14 to RNA-gjenkjenningsmotiver (RRM) nær dens N-terminale ende, som er atskilt med en iboende forstyrret region (IDR, i henhold til aminosyresekvensanalysen ved bruk av PONDR) fra de andre funksjonelle domenene. Dette er også tilfellet for PARP10 (analyse av PONDR) (Figur 1). RRM-er, men også IDR-er individuelt eller i samarbeid kan mediere RNA-binding [91–93]. Generelt fungerer flere RRM-er i tandem og letter dermed riktig RNA-binding og gir RNA-spesifisitet [94]. Det vil være av interesse å evaluere nukleinsyrebindingsmoduser for denne undergruppen av PARP-er. Føler disse domenene virkelig fremmede nukleinsyrer for å bidra til en robust antiviral 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) ble analysert av CLUSTAL 2.1 og den fylogenetiske trefilen lastet opp til iTOL 6.6 for å generere dette fylogenetiske treet [95].

4.4. IFN-regulerte PARPer som vertsbegrensningsfaktorer

Som allerede nevnt, har PARP12 en lignende domeneorganisasjon som PARP13, men ART-domenet viser enzymatisk aktivitet [16] (figur 1). Mens PARP13 allerede er kjent for sin rolle som en PRR i den medfødte immunresponsen, kan en lignende funksjon postuleres for PARP12 [11,96]. Imidlertid har PARP12 RNA-binding ikke blitt bekreftet så langt eksperimentelt, men det er bevis fra at PARP12 ble rekruttert til SGs [67,97,98]. SG-er er kondensater anriket på mRNA på grunn av de stressavhengige stoppede translasjonskompleksene og PAR [67,99]. Lokalisering av PARP12 til disse kondensatene er avhengig av dets ZnFs og WWE domener, noe som tyder på at evnen til potensielt å binde både RNA og PAR provoserer PARP12 til å lokalisere seg til SGs [97,98]. Det er verdt å merke seg at i likhet med RNA-binding har PAR-binding av WWE-domenet til PARP12 ikke blitt eksperimentelt validert. En funksjonell rolle til PARP12 i SG-biologigranuler er ennå ikke funnet, men ettersom SG-er diskuteres som en førstelinjerespons på virusinfeksjoner, kan reguleringen og/eller moduleringen av disse kondensatene være en modus for antiviral virkning av PARP12 [100 ]. Det er verdt å påpeke at i tillegg til PARP13 og PARP12, har PARP14 og PARP15 også blitt identifisert som SG-proteiner, i det minste når de er overuttrykt [67]. Det vil være interessant å analysere om PARP12, analogt med PARP13, regulerer RNA-omsetning og/eller translasjon og om dette er begrenset til virale RNA eller også kan være relevant for verts-mRNA i infiserte og dermed stressede celler. En ytterligere bevislinje for PARP12 som et RNA-bindende protein er utledet fra nyere SARS-CoV-2-forskning. Identifikasjonen av vertsfaktorer som interagerer med SARS-CoV-2 RNA-genomet avslørte PARP12 og PARP13 som interagerende proteiner [58,101].

Faktisk har PARP12 blitt identifisert som en restriksjonsfaktor for noen virus [81,102,103]. En potensiell mekanisme som diskuteres er å begrense alfavirusreplikasjon ved modulering av cellulær translasjon [102]. Ved VEEV-infeksjon ser PARP12 ut til å være kompleks med ribosomer og flere proteiner som er kjent for å spille en rolle i translasjon [102]. Dette kan også gi en kobling til SG-biologi og/eller modulering av disse kondensatene ettersom de er anriket i stoppede translasjonskomplekser [100]. I tillegg begrenser PARP12 Zika-virus (ZIKV)-replikasjon faktisk ved interaksjon med PARP11 via deres WWE-domener [104,105]. Her formidles den restriktive effekten ved å fremme PARylering av de virale ikke-strukturelle proteinene NS1 og NS3 rettet mot dem for proteasomal nedbrytning [104,105]. Dette ligner virkemåten vist for PARP13.1 med hensyn til at IAV-proteiner blir primet av PAR for proteasomal nedbrytning [62]. Igjen er antagelig andre PARP-enzymer også involvert i denne prosessen, da PARylering verken katalyseres av PARP12 eller PARP11 [72]. PARP11 har blitt identifisert som en regulator av IFN-signalering. Det har vist seg å katalysere MARylering av -TrcP, en ubiquitin E3-ligase. Dette resulterer i påfølgende ubiquitinering og omsetning av IFN / reseptor 1 (IFNAR1) som indikerer en tilbakemeldingskontroll av IFN-signalering av PARP11 [106]. PARP9, sammen med PARP14 og PARP15, er en av de makrodomeneholdige PARPene [16] (Figur 1). Men til dags dato har det ikke blitt fullstendig klarlagt for PARP9, om det har ADP-ribosylerende aktivitet eller ikke [16]. PARP9-makrodomenene har blitt identifisert for å binde PAR som muliggjør PARP9-kolokalisering med det PARylerende enzymet PARP1 ved DNA-skade [107,108]. Videre har en antiviral rolle for PARP9 blitt diskutert. I dendrittiske celler induserer influensa A, et minus-streng RNA-virus, ekspresjonen av PARP9 [15]. Videre rapporterte Xing og kolleger en beskyttende effekt av PARP9 mot minus-sense RNA-virus vesikulær stomatittvirus og dsRNA reovirusinfeksjon hos mus, mens denne effekten ikke forekommer med DNA-viruset Herpes simplex virus type 1 (HSV-1 ) [15]. De fant at det første makrodomenet til PARP9 var essensielt for bindingen av viralt dsRNA fra 1100 basepar (bp) til 1400 bp (tabell 1). Videre bidrar PARP9 vesentlig til type-I IFN-produksjon ved å aktivere fosfoinositid-3-kinase/proteinkinase B (PI3K/AKT) signalveien [15]. For mange prosesser danner PARP9 imidlertid en heterodimer med E3 ubiquitin-ligase sletter E3 ubiquitin-ligase L (DTX3L). Sammen spiller de en rolle i reparasjon av DNA-skader og antiviralt forsvar [15,108]. DTX3L/PARP9-heterodimeren er i stand til selektivt MARylering av ubiquitin [108]. Forfatterne foreslår at denne modifikasjonen avhenger av den katalytiske aktiviteten til PARP9 [108]. Russo og kolleger fant at DTX3L/PARP9-heterodimeren spiller en sentral rolle i ADP-ribosylering indusert ved induksjon av ISG-er. Dette ser ut til å være uavhengig av PARP9-aktiviteten i seg selv, noe som antyder potensiell krysstale med andre MARylerende PARP-er eller en samordnet handling av disse proteinene. Økningen i total MARylering reverseres av hydrolaseaktiviteten til SARS-CoV-2 nsP3 makrodomene1 [109,110]. I 2016 fant Iwata og kolleger at signaltransduser og aktivator av transkripsjon 1 (STAT1) og STAT6 var ADP-ribosylert in vitro av PARP14, en prosess undertrykt av PARP9. De hevdet videre at STAT1-fosforylering ble hemmet av PARP14-mediert STAT1 ADP-ribosylering [111]. I tillegg ble en antiinflammatorisk rolle av PARP14 i makrofager, som fremmer interleukin (IL)-4-responsen og undertrykker IFN-induserte responser, observert [111]. Selv om dette arbeidet har mottatt sterk kritikk [112], har i det minste PARP9-PARP14-interaksjonen blitt bekreftet i ko-immunutfellingseksperimenter av andre grupper [113]. Grunewald og kolleger foreslår at PARP14 kan regulere IFN-responsen både avhengig av ADP-ribosylering, men også uavhengig av dens katalytiske aktivitet [114]. Videre observerte de økt viral replikasjon av musehepatittvirus (MHV) i Parp14-hemming og knockdown-eksperimenter, noe som tyder på antiviral kapasitet til PARP14 [114]. I viral tverrbinding og fastfaserensing (VIR-CLASP) eksperimenter for Chikungunya-viruset (CHIKV), ble PARP14 og PARP9 identifisert som CHIKV-RNA-interaktorer [115]. En skjerm for interaktører av IAV-genomet, derimot, avslørte ikke interaksjonen til noen av mono-ARTDene [115]. PARP14 har tre makrodomener og makro2 og makro3 har blitt rapportert å binde seg til MARylert PARP10, men ser ut til å mangle hydrolaseaktivitet og anses derfor som lesere av MARylering [75]. Interessant nok er PARP14-makrodomene1 blitt beskrevet for å ligne, i det minste på sekvensnivå, SARS-CoV-2-makrodomenet (figur 2) [116,117]. PARP14 er det største av PARP-enzymene og har et RNA-gjenkjenningsmotiv (RRM) ved sin N-terminal etterfulgt av en lang iboende forstyrret region, hvis funksjon ennå er ukjent [118]. PARP14 binder seg til 3'UTR av vevsfaktor mRNA i synergi med tristetraprolin (TTP) ved Lipopolysakkarid (LPS) stimulering (tabell 1) [119]. Hvilke domener av PARP14 som er involvert i denne interaksjonen eller om PARP14-mediert ADP-ribosylering bidrar til denne interaksjonen gjenstår imidlertid å bestemme [119]. Nukleinsyrebinding av PARP14 er også rapportert av Riley og kolleger, som fant to antatte DNA-motiver gjenkjent av PARP14 (tabell 1). Disse motivene er tilstede i promotorregionen til interleukin-4 (Il-4) og Il-5 og PARP14 ser ut til å ha en rolle i uttrykket av T-hjelper type 2 (Th2) cytokiner [ 120]. Dette støttes videre av funn om rollen til PARP14 i allergiske reaksjoner hos mus [121]. PARP14 ble funnet å være lokalisert hovedsakelig i cytosolen og translokerer til kjernen ved LPS-behandling [113]. Det ser også ut til å være involvert i translokasjonen av andre proteiner til kjernen, spesielt de som er IFN-induserbare [113]. PARP10 er sterkt uttrykt i hematopoietiske celler, og støtter en funksjonell rolle i medfødt immunitet [122]. I likhet med PARP12 har PARP10 vist seg å være restriktiv for viral replikasjon [81,102,103]. Atasheva og kolleger viste at uttrykk for PARP10 fra en andre subgenomisk promotor i VEEV-genomet resulterer i translasjonshemming [102]. Hvordan PARP10 forstyrrer oversettelse forblir imidlertid åpent. På samme måte er det uklart om denne mulige moduleringen av translasjonen gir dens antivirale aktivitet.

Tabell 1. Oversikt over RNA-bindingsmodaliteter for de klassiske PRR-ene og de IFN-regulerte PARP-ene.

Nylig har ikke-strukturelt protein (nsP) 2 av CHIKV blitt identifisert som et PARP10-substrat. MARylering svekker den proteolytiske aktiviteten til nsP2, som er avgjørende for replikasjon [81]. CHIKV nsPs blir oversatt som polyproteiner som må prosesseres til de individuelle nsPs, som deretter danner det funksjonelle replikasjonskomplekset [123]. Dermed kan den antivirale aktiviteten til PARP10 formidles i det minste delvis ved modifikasjon og regulering av virale proteiner. Interessant nok ble MARylering av CHIKV-nsP2 bare observert ved etterligning av en virusinfeksjon ved transfeksjon av et in vitro transkribert RNA-replikon. Plasmidbasert samekspresjon av GFP-nsP2 og PARP10 var ikke tilstrekkelig til å indusere MARylering [81]. Lignende resultater ble observert ved å studere ADP-ribosylering i sammenheng med en infeksjon med det murine hepatittviruset (MHV), et koronavirus. Nukleokapsid (N) proteinet til MHV ble bare funnet å være ADP-ribosylert ved MHV-infeksjon og mislyktes modifikasjon når det ble uttrykt eksogent i celler [80]. Disse funnene fremmer spekulasjoner. Er tilstedeværelsen av viralt RNA nødvendig for full aktivering av PARP10 så vel som andre PARPer? N-terminalt har PARP10 to RRM-er nær N-terminalen. Dette etterfølges av et iboende uordnet, glysinrikt domene (figur 1). Hvorvidt disse muliggjør nukleinsyrebinding må undersøkes for å ta opp spørsmålet om PARP10 kan fungere som PRR. Som påpekt ovenfor, har RNA blitt identifisert som et substrat for MARylering [83,84,124,125]. De isolerte katalytiske domenene til PARP10 så vel som PARP15 er i stand til å MARylere det terminale 50-fosfatet til ssRNA in vitro. Imidlertid klarte ikke variantene av disse proteinene i full lengde å gjøre det in vitro [83,84]. ADP-ribosyltransferasen identifisert til MARylate RNA som et full-lengde protein in vitro og i celler, er TRPT-1. MARylering av 50 -P-RNA har vist seg å forhindre oversettelse [84].

4.5. Perspektiv på IFN-regulerte PARPer som sensorer av viralt RNA

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

Hva kan man trekke ut av disse funnene? Ganske klart er PARP involvert i antiviralt forsvar. Det er økende bevis som knytter denne undergruppen av IFN-responsive PARP-enzymer til medfødt immunitet, som oppsummert i nyere anmeldelser [16,109,118]. Men siden dette er et ganske fremvoksende og raskt utviklende forskningsfelt, er det mange åpne spørsmål som må tas opp og besvares. Foruten induksjon av IFN-er, forstår vi knapt hvordan uttrykket av disse PARP-genene og funksjonen til de kodede proteinene er regulert. Hvordan reguleres deres katalytiske aktivitet? Er det nødvendig med en presis regulering av MAR-aktivitet? Hvordan oppnås omsetningen av disse proteinene? Hva er funksjonene til de forskjellige proteindomenene disse PARP-proteinene er utstyrt med? Er det krysstale mellom disse forskjellige domenene og, i tillegg til dette, gir de funksjonalitet atskilt fra MAR-aktivitet? Videre, hvordan synergerer de individuelle enzymene for å bidra til etableringen av en robust antiviral respons? Hva er substratmolekyler (protein eller nukleinsyrer) for å finjustere en immunrespons mot det ene eller det andre patogenet? Hvordan oppnås spesifisitet? I denne siste delen liker vi å spekulere i mulige svar på disse spørsmålene. Basert på deres domeneorganisasjon (figur 1), spekulerer vi i at denne undergruppen av PARP-er interagerer med fremmede, men muligens også cellulære nukleinsyrer. Virale RNA viser mange sekundære strukturer, som sammen med sekvens og/eller modifikasjon av RNA kan tillate gjenkjennelse og binding [126,127]. Disse komplekse sekundære strukturene, hovedsakelig lokalisert i 5'UTR og 3'UTR av virale RNA-er, beskytter dem mot gjenkjenning av mange ssRNA-sensorer [128]. I tillegg har virus utviklet forskjellige strategier, for eksempel cap-snatching (stjele hetten fra verts-mRNA) eller cap-imitasjon for å unngå gjenkjennelse av de klassiske PRR-ene [129]. Dermed kan det tenkes at PARP-er, som PARP9, spiller inn (Figur 3). Ved å binde RNA kan de hjelpe til med aktiveringen av de klassiske PRR-ene, som har blitt vist for PARP13 i samspill med RIG-I [11].

Figur 3. IFN-regulerte PARPer som sensorer for fremmed RNA og mulige konsekvenser av denne interaksjonen.

En direkte kobling til inflammasomaktivering er ikke belyst ennå, men NLRP3, som aktiveres på et bredt spekter av RNA, er fullt avhengig av tilbehørsproteiner, siden det ikke har noen iboende RNA-bindende evne [49]. I slike scenarier kan PARP-er spille inn for å registrere nukleinsyrer og som en konsekvens binde seg til og mediere PRR-aktivering. Dette kan kontrolleres av MARylering. Faktisk er ADP-ribosylering av NLRP3 allerede vist. PARylering av PARP1 bidrar til aktiveringen og den påfølgende inflammasomsammenstillingen [130]. Ytterligere MARylering av NLRP3 av bakterielle toksiner har vist seg å bidra til inflammasomaktivering [131]. Det vil være interessant å teste om IFN-regulerte PARPer kan bygge bro over RNA-sensing og inflammasomaktivering og om dette er uavhengig av MARylering. RNA-binding kan utløse aktiveringen av PARP-enzymer og bidra til spesifisitet, som antydet av funn med CHIKV-nsP2 eller N-proteinet til MHV (Figur 3) [80,81]. I disse studiene kunne modifikasjon av de virale proteinene bare observeres etter infeksjon og dermed tilstedeværelsen av viralt RNA. Konseptet med nukleinsyreavhengig enzymaktivering har lenge vært kjent for PARP1, som er fullstendig aktivert kun ved tilstedeværelse av hakket DNA på grunn av krysstalen mellom ZnF III og ART-domenet [132]. Slik domenekrysstale er også godt tenkelig for de IFN-regulerte PARP-ene. En annen aktiveringsmåte, selv om den er svært spekulativ for tiden, kan sammenlignes med hvordan RIG-I aktiveres [25]. RRM-ene og den lange iboende uordnede glycinrike regionen tilstede i PARP10 og PARP14 kan bidra til en inaktiv konformasjon, som åpnes når proteinene samhandler med RNA (figur 3). En slik mer åpen konformasjon kan da tillate katalytisk aktivitet og/eller gjenkjennelse av underlag. Det vil derfor være interessant å avklare om slike intramolekylære interaksjoner forekommer og hvordan disse reguleres. Videre har promiskuiteten til PARP-enzymer nylig blitt diskutert [133]. Promiskuitet kan overvinnes av co-faktorer. For eksempel styrer HPF-1 PARP1-aktivitet mot modifikasjon av serin og DTX3L har blitt diskutert for å gi PARP9-katalytisk aktivitet [108,134]. En interessant idé er at i tillegg til proteiner som fungerer som kofaktorer, kan RNA også formidle spesifisitet og dermed skifte et potensielt repertoar av substrater (figur 3). Når man tenker videre på dette, kan RNA-binding også resultere i spesifikk substratmodifikasjon i stedet for automodifikasjon. Videre ble hemming av den katalytiske aktiviteten til noen PARP-er vist å øke stabiliteten deres, noe som indikerer at automodifikasjon provoserer proteasomal nedbrytning [82]. Dermed kan RNA-binding av disse PARP-ene redusere automodifisering på grunn av endringene i substratspesifisitet, og dermed fremme stabiliteten til IFN-responsive PARP-er. Denne økningen i protein kan være viktig for å forbedre den cellulære kapasiteten til å gjenkjenne patogene nukleinsyrer. Videre, når infeksjonsstresset er løst og fremmed RNA er eliminert fra cellene, ville PARP-er bytte tilbake til automatisk modifikasjon, noe som fremmer nedbrytningen deres. Dermed vil et slikt scenario i utgangspunktet forbedre og deretter delta i rettidig avslåing av den medfødte immunresponsen, og dermed forhindre toksiske effekter på grunn av det faktum at immuniteten overskrides. RNA-bindingskapasiteten til PPARP-enzymer kan forstyrre viral translasjon. Alfavirus, for eksempel, inneholder høyt CpG-innhold og blir derfor gjenkjent og målrettet av PARP13 [129]. PARP13 ble på sin side vist å samhandle med eukaryot translasjonsinitieringsfaktor 4G (eIF-4G) og eIF-4A [129]. Makrodomene-assosierte PARPer kan forstyrre SARS-CoV-2 RNA-oversettelse. SARS-CoV-2 nsP3 lokaliserer seg til ER-avledede dobbeltmembranvesikler [60]. SUD av nsP3, bestående av to virale makrodomener og domenet foran ubiquitin-lignende 2 (Ubl2) og papain-lignende protease 2 (PL2pro) (DPUP), har vist seg å samhandle med ribosomer og polyadenylat-bindende protein som interagerer protein 1 ( PAIP1) [128]. Denne interaksjonen antas å være avgjørende for viral oversettelse. Videre er makrodomenene i SUD kjent for å være i stand til å binde G-quadruplexes og, i tilfelle av macro3, sannsynligvis poly-A [128]. Bindingen av viralt RNA til nsP3 SUD-makrodomenene kan også beskytte dem mot gjenkjennelse av menneskelige makrodomener. Imidlertid er denne antakelsen fortsatt ganske vag, siden det ennå ikke er vist at viralt RNA binder seg til CoV-2 SUD MD-ene, og heller ikke at de menneskelige MD-ene vil være i stand til å engasjere seg med viralt RNA her. Alternativt kan de virale makrodomenene binde seg til verts-mRNA og dermed hindre deres translasjon sammen med nsP1 [128]. Imidlertid er det i begge tilfeller også interessant å merke seg nærheten til den virale makro1 ved siden av N-terminalen til SUD. Macro1 har hydrolaseaktivitet, noe som antyder at PARP-er eller ADP-ribosylering er involvert i å svekke virus ved å forstyrre deres translasjon [135]. Viralt RNA i seg selv kan være et substrat (figur 3). In vitro-studier klarte ikke å vise MARylering med PARP10 eller PARP15 i full lengde [84]. Gitt den kunstige naturen til 5'-P-RNA-strekningen som brukes i disse in vitro-eksperimentene, kan modifikasjon av RNA med PARP-enzymer imidlertid ikke utelukkes. Igjen kan strukturelle og/eller sekvensmotiver av RNA være viktige for binding og for å endre aktiviteten og/eller spesifisiteten til MARylering, aspekter som skal belyses av fremtidig forskning. Interaksjon og samarbeid mellom PARPer kan også formidles av RNA. Flere av disse PARP-ene, i det minste når de overuttrykkes, ser ut til å danne kondensat i celler [136]. RNA spiller en viktig rolle som stillas i mange kondensater. MARylering kan i tillegg til RNA muliggjøre rekruttering av disse PARPene til slike kondensat. Basert på studier med TARG1 ser det ut til at RNA-binding og APD-ribose-binding ikke er eksklusive, noe som tyder på at makrodomener godt kan være i stand til å gjenkjenne MAR-signaler så vel som RNA på samme tid [86]. Etter denne ganske spekulative ideen om PARP-er som sensorer for fremmed RNA og den potensielle konsekvensen av denne RRNA-interaksjonen, er det fortsatt ett åpenbart spørsmål som skal besvares. Trenger de IFN-regulerte PARPene streng regulering? Siden de er involvert i medfødt immunitet, kobler deregulering eller aktiverende mutasjoner PARP til autoimmune lidelser? Det er også verdt å merke seg at PARP-enzymer kan fungere som et tveegget sverd, ikke bare spille en antiviral rolle, men også bli utnyttet av noen virus. En slik kandidat kan være PARP11, som en motvekt for IFN-signalering [106].

cistanche tubulosa-forbedre immunsystemet

5. Konklusjoner

De siste årene har skapt flere bevislinjer som indikerer at en undergruppe av de MARylerende ARTDene spiller en rolle i medfødt immunitet. Med proteiner og nylig også RNA som substrater for MARyleringspotensialmekanismer og hvordan de gir en robust antiviral respons blir diskutert og evaluert. I tillegg til ART-domenet og modulering ved katalytisk aktivitet, kommer de potensielle rollene til forskjellige andre domener, som de IFN-regulerte PARPene er utstyrt med, i fokus for deres mulige bidrag til antivirale aktiviteter. Visst, vi er langt unna å forstå de nødvendige detaljene om funksjonene til disse PARP-proteinene for å tegne et omfattende bilde av deres involvering i medfødt immunitet. Ikke desto mindre presenterer vi i denne gjennomgangen muligheter for hvordan de ekstra domenene i tillegg til ART-domenet kan bidra til medfødt immunsignalering. Å få en mer fullstendig forståelse av deres funksjoner og samspill med virale og vertsfaktorer, både protein og RNA, vil helt sikkert definere nye utgangspunkt for farmakologisk intervensjon.

Referanser

1. Carty, M.; Guy, C.; Bowie, AG Deteksjon av virale infeksjoner 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. Said, EA; Tremblay, N.; Al-Balushi, MS; Al-Jabri, AA; Lamarre, D. Virus sett av våre celler: rollen til virale RNA-sensorer. J. Immunol. Res. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]

4. Fitzgerald, KA; Kagan, JC Toll-lignende reseptorer og kontroll av immunitet. Celle 2020, 180, 1044–1066. [CrossRef]

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

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

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

8. Zhao, C.; Zhao, W. NLRP3 Inflammasome-A Key Player in Antiviral Responses. Front. Immunol. 2020, 11, 211. [CrossRef]

9. Schlee, M.; Hartmann, G. Å diskriminere selv fra ikke-selv i nukleinsyresensing. Nat. Rev. Immunol. 2016, 16, 566–580. [CrossRef]

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

11. Ficarelli, M.; Neil, SJD; Swanson, CM Målrettet begrensning av viralt genuttrykk og replikering av ZAP Antiviral System. Annu. Rev. Virol. 2021, 8, 265–283. [CrossRef]

12. Oshiumi, H.; Kouwaki, T.; Seya, T. Tilbehørsfaktorer for cytoplasmatiske virale RNA-sensorer som kreves for antiviral medfødt immunrespons. Front. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]

13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-bokshelikaser: Multifunksjonelle 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 av 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. Identifikasjon av poly(ADP-ribose) polymerase 9 (PARP9) som en ikke-kanonisk sensor for RNA-virus i dendrittiske celler. Nat. Commun. 2021, 12, 2681. [CrossRef]

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

17. Duan, T.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, RF-toll-lignende reseptorsignalering og dens rolle i cellemediert immunitet. Front. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]

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

19. Vierbuchen, T.; Stein, K.; Heine, H. RNA tar sitt toll: Påvirkning av RNA-spesifikke Toll-lignende reseptorer på helse og sykdom. Allergi 2019, 74, 223–235. [CrossRef]

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

21. Wongsurawat, T.; Gupta, A.; Jenjaroenpun, P.; Owens, S.; Forrest, JC; Nookaew, I. R-løkkedannende sekvensanalyse i tusenvis av virale genomer Identifiser et nytt vanlig 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 reseptor 8 registrerer nedbrytningsprodukter av enkelttrådet 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. Strukturell analyse avslører at toll-lignende reseptor 7 er en dobbel reseptor 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 mekanismen for RIG-I aktivering og signalering. Immunol. Rev. 2021, 304, 154–168. [CrossRef] [PubMed]

25. Wang, W.; Pyle, AM RIG-I-reseptoren vedtar to forskjellige konformasjoner for å skille vert fra virale RNA-ligander. Mol. Cell 2022, 82, 4131–4144.e6. [CrossRef]

26. Berke, IC; Li, Y.; Modis, Y. Strukturelt grunnlag for medfødt immungjenkjenning av viralt RNA. Celle. Microbiol. 2013, 15, 386–394. [CrossRef]

27. Bruns, AM; Horvath, CM LGP2-synergi med MDA5 i RLR-mediert RNA-gjenkjenning 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 grunnlag for dsRNA-gjenkjenning, 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 av RIG-I- og MDA5-mediert antiviral respons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 1512–1517. [CrossRef]

30. Zhu, Z.; Zhang, X.; Wang, G.; Zheng, H. Laboratoriet for genetikk og fysiologi 2: Ny innsikt i de kontroversielle funksjonene til denne RIG-I-lignende reseptoren. 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 av virale RNA-signaturer på forskjellige RIG-I-lignende reseptorer. Elife 2016, 5, e11275. [CrossRef]

32. Ren, X.; Linehan, MM; Iwasaki, A.; Pyle, AM RIG-I diskriminerer selektivt mot 50 -monofosfat-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 Koordinert circRNA biogenese og funksjon med NF90/NF110 i viral infeksjon. Mol. Cell 2017, 67, 214–227.e217. [CrossRef]

34. Saito, T.; Owen, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Medfødt immunitet indusert av sammensetningsavhengig RIG-I-gjenkjenning av hepatitt C-virus-RNA. Nature 2008, 454, 523–527. [CrossRef]

35. Schnell, G.; Ååå, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Uridinsammensetning av poly-U/UC-kanalen til HCV RNA definerer ikke-selvgjenkjenning av 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-lengdediskriminering av 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 montering og dynamisk demontering av MDA5-filamenter for viral dsRNA-gjenkjenning. 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 domenet til RIG-I-familien ATPase LGP2 registrerer dobbelttrådet RNA. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 2014–2025. [CrossRef]

39. Uchikawa, E.; Lethier, M.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Strukturell analyse av dsRNA-binding til antivirale mønstergjenkjenningsreseptorer LGP2 og MDA5. Mol. Cell 2016, 62, 586–602. [CrossRef]

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

41. Zheng, X.; Bevilacqua, PC Aktivering av proteinkinasen PKR med korte dobbelttrådete RNA-er med enkelttrådede haler. RNA 2004, 10, 1934–1945. [CrossRef] [PubMed]

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

43. Cole, JL Aktivering av PKR: En åpen og lukket sak? Trender Biochem. Sci. 2007, 32, 57–62. [CrossRef] [PubMed]

44. Donovan, J.; Dufner, M.; Korennykh, A. Strukturelt grunnlag for cytosolisk dobbelttrådet RNA-overvåking av 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-enzymene syntetiserer kraftig 20 -50 -oligoadenylatene som kreves for RNase L-aktivering. J. Virol. 2014, 88, 14222–14231. [CrossRef]

46. ​​Koul, A.; Deo, S.; Booy, EP; Orriss, GL; Genung, M.; McKenna, SA Effekten av dobbelttrådet RNA-karakteristikker på aktiveringen av 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 strukturen til pseudokinase RNase L bundet til 2-5A avslører et grunnlag for interferon-indusert antiviral aktivitet. Mol. Cell 2014, 53, 221–234. [CrossRef]

48. Mann, SM; Karki, R.; Kanneganti, TD AIM2-inflammasom ved infeksjon, kreft og autoimmunitet: Rolle i DNA-sensing, betennelse og medfødt immunitet. Eur. J. Immunol. 2016, 46, 269–280. [CrossRef]

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

50. Kumar, V. Treenigheten av cGAS, TLR9 og ALRs Guardians of the Cellular Galaxy Against Host-Derived Self-DNA. Front. Immunol. 2020, 11, 624597. [CrossRef]

51. Krupina, K.; Goginashvili, A.; Cleveland, DW Årsaker og konsekvenser av mikrokjerner. 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 sentral for APOBEC3H antiviral aktivitet. J. Virol. 2019, 93, e01275-19. [CrossRef]

53. Fullam, A.; Schroder, M. DExD/H-box RNA-helikaser som mediatorer av antiviral medfødt immunitet og essensielle vertsfaktorer for viral replikasjon. Biochim. Biofys. Acta 2013, 1829, 854–865. [CrossRef]

54. Canton, J.; Neculai, D.; Grinstein, S. Scavenger-reseptorer 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 immunoppløsningsfunksjoner. 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 av signalering mediert av RNA-helikase RIG-I under antivirale responser. Nat. Immunol. 2011, 12, 37–44. [CrossRef]