IFN-inducerade PARP-sensorer för främmande nukleinsyror?

Abstrakt: Celler har utvecklat olika strategier för att klara av virusinfektioner. Nyckeln till att initiera ett försvarssvar mot virus är förmågan att skilja främmande molekyler från sina egna. En central mekanism är uppfattningen av främmande nukleinsyror av värdproteiner som i sin tur initierar ett effektivt immunsvar. Receptorer för igenkänning av nukleinsyramönster har utvecklats, var och en riktar sig mot specifika egenskaper för att skilja viralt från värd-RNA. Dessa kompletteras av flera RNA-bindande proteiner som hjälper till att känna av främmande RNA. Det finns allt fler bevis för att de interferoninducerbara ADP-ribosyltransferaserna (ARTs; PARP9—PARP15) bidrar till immunförsvar och försvagning av virus. Emellertid är deras aktivering, efterföljande mål och exakta mekanismer för interferens med virus och deras spridning fortfarande i stort sett okända. Mest känd för sina antivirala aktiviteter och dess roll som RNA-sensor är PARP13. Dessutom har PARP9 nyligen beskrivits som en sensor för viralt RNA. Här kommer vi att diskutera de senaste fynden som tyder på att vissa PARP fungerar i antiviral medfödd immunitet. Vi utökar dessa fynd och integrerar denna information i ett koncept som beskriver hur de olika PARP:erna kan fungera som sensorer för främmande RNA. Vi spekulerar om möjliga konsekvenser av RNA-bindning med avseende på PARPs katalytiska aktiviteter, substratspecificitet och signalering, vilket tillsammans resulterar i antivirala aktiviteter.

cistanche tillägg fördelar-öka immunitet

Nyckelord: ADP-ribosylering; MARylering; hydrolas; interferon; makrodomän; PARP; RNA-virus

Vad gör cistanche-ört-Anti-inflammatorisk

1. Introduktion

För att etablera ett medfött immunsvar mot invaderande virus måste cellerna kunna skilja sig från främmande. Detta möjliggörs delvis av en repertoar av proteiner som specifikt känner av främmande nukleinsyror. Dessa proteiner tillhör de så kallade mönsterigenkänningsreceptorerna (PRR) som känner igen och binder patogenassocierade molekylära mönster (PAMPs), inklusive olika patogenassocierade nukleinsyror [1–3]. I allmänhet, vid PAMP-bindning, aktiveras dessa PRR för att utlösa nedströms signaleringshändelser via aktivering av transkriptionsfaktorer, såsom interferonreglerande faktorer 3 och 7 (IRF3, IRF7) och nukleär faktor kappa B (NF-KB). Detta resulterar i aktiveringen av ett genuttrycksprogram, vilket inkluderar induktion av interferon (IFN) såväl som andra cytokingener. IFN agerar på ett parakrint och autokrint sätt för att inducera uttrycket av interferonstimulerade gener (ISG) genom vilka ett antipatogent tillstånd främjas [1,3]. De nukleinsyraavkännande PRR:erna kan delas in i två grupper, det använda utrymmet, endosomala och de cytosoliska nukleinsyrasensorerna. En undergrupp av Toll-like receptors (TLR) tillhör den första undergruppen, medan den andra gruppen inkluderar retinoinsyra-inducerbara gen I (RIG-I)-liknande receptorer (RLR), Proteinkinas R (PKR), 20–50 oligoadenylat syntetasproteiner (OAS1-3), nukleotidbindande oligomeriseringsdomän (NOD)-liknande receptorer (NLR), frånvarande i melanom 2 (AIM2)-liknande receptorer (ALR) och cykliskt GMP-AMP-syntas (cGAS) [2 ,4–10]. Utöver dessa klassiska PRR har en växande lista över nukleinsyrasensorproteiner eller accessoarproteiner beskrivits. Dessa inkluderar helikaser, ubiquitinligaser och ADP-ribosyltransferaser, som kan känna av vissa nukleinsyror, hjälpa till eller förmedla igenkänningen av främmande nukleinsyror och påskynda nedströmssignalering och därigenom bidra till och modulera ett antiviralt immunsvar [11–15]. Mest känd för sina virala ribonukleinsyra (RNA)-bindande aktiviteter är PARP13 [11]. Dessutom har PARP9 nyligen identifierats som en sensor av främmande RNA [15]. För PARP13 underlättas RNA-bindning av zinkfingerdomäner, medan för PARP9 har makrodomänen identifierats som en viral RNA-bindande modul. PARP9 och PARP13 tillhör familjen adenosindifosfat (ADP)-ribosyltransferas difteritoxin-liknande (ARTD), varav en liten delmängd av proteiner har kopplats till medfödd immunitet på grund av deras känslighet för IFN (för vidare läsning om PARPs som ISGs vi se en nyligen utmärkt recension [16]). Dessa proteiner delar en konserverad ADP-ribosyltransferas (ART) domän, som, med undantag för PARP13, har mono-ADP-ribosylering (MARylation) aktivitet. Alla dessa PARP kännetecknas av en rad ytterligare proteindomäner, bland dem makrodomäner, RNA-igenkänningsdomäner eller zinkfingrar. Även om funktionerna hos dessa associerade domäner i stort sett är okända, har många av dessa associerats med RNA-bindning. Således ger de dessa proteiner den potentiella förmågan att fungera som RNA-sensorer liknande vad som har föreslagits för PARP9 och PARP13 [11,15]. Tillsammans antar vi att IFN-inducerbara PARPs fungerar som RNA-avkännande PRR och utökar RNA-bindande modaliteter för de kända klassiska PRRs med avseende på sekvens- och/eller strukturspecificiteter. Dessutom kan RNA-bindning reglera deras verkningssätt och funktionalitet.

2. De klassiska patogenigenkänningsreceptorerna

2.1. Fackindelade PRR

Tollliknande receptorer involverade i avkänning av patogena nukleinsyror är TLR3 och TLR 7- 9 [4,17-19]. Dessa TLR är integrerade i endosomernas membran med deras N-terminala nukleinsyrabindande ektodomän vänd mot insidan av dessa vesiklar [4,17,18]. Nukleinsyrabindning provocerar dimerisering av två TLRs, på vilka olika signaleringsprocesser initieras [4]. På grund av sin lokalisering kan dessa TLR:er svara på endocytoserade eller fagocyterade patogener som kan demonteras i detta fack genom verkan av endosomala proteaser och nukleaser. Som ett resultat bearbetas och exponeras patogenhärlett RNA eller deoxiribonukleinsyra (DNA), vilket ger PAMPs som kan interagera med endosomala TLRs [18]. Detta initierar en första våg av antiviral signalering [4,18,19]. För att täcka igenkännandet av ett brett spektrum av olika patogener, har dessa TLR:er utvecklat olika preferenser för nukleinsyror [4,18,19]. TLR3 känner igen och binder dubbelsträngade RNA-arter baserat på elektrostatiska interaktioner mellan positivt laddade aminosyror som en del av de leucinrika upprepningarna i ektodomänen och den negativt laddade ribosfosfatryggraden i RNA:t. Bindning sker oberoende av specifika RNA-sekvenser [19]. Nyligen har dess aktivering av cellulära R-loop-härledda RNA-DNA-hybrider visats, vilket provocerar efterföljande immunsignalering som resulterar i aktivering av IRF3 har visats [20]. Hur R-loopbearbetning regleras och hur dessa hybrider, som ursprungligen genererades i kärnan, når cytosolen eller till och med kan aktivera denna endosomala receptor är dock oklart. Att notera är att R-Loop-bildande sekvenser också har identifierats bland virus, men om dessa verkligen bildar R-Loop-strukturer och kan utlösa TLR3-aktivering måste undersökas [21]. TLR7 och TLR8, som är nära besläktade, känner av enkelsträngade RNA- och RNA-nedbrytningsprodukter. Både TLR7 och TLR8 har två RNA-bindande motiv, av vilka det första känner igen enstaka guanosin respektive uridin, medan det andra har visat sig förmedla viss sekvensspecificitet. TLR7 binder företrädesvis polyU 3-merer, medan TLR8 känner av UG/UUG oligoribonukleotider [22,23]. Däremot har TLR9 visats binda till enkelsträngat CpG-motiv innehållande DNA [4,18].

cistanche tillägg fördelar-hur man stärker immunförsvaret

2.2. Cytosoliska PRR

Nyckelsensorer för virala nukleinsyror i cytosolen, närvarande vid virusinfektion, är RLR [2,7,24]. Den eponyma medlemmen av dessa cytosoliska receptorer är RIG-I. Ytterligare medlemmar inkluderar melanom differentiering association gen 5 (MDA5) och laboratoriet för genetik och fysiologi 2 (LGP2). Alla tre proteinerna delar en liknande domänorganisation med en central RNA-helikasdomän som i samverkan med deras C-terminala domän (CTD) förmedlar RNA-bindning [2,7,24]. I motsats till LGP2 delar RIG-I och MDA5 två kaspasaktiverings- och rekryteringsdomäner (CARDs) vid sin N-terminal som utlöser nedströms signaleringshändelser [2,7]. I fallet med RIG-I är dessa KORT intramolekylärt bundna av helikasdomänen och CTD, vilket provocerar en sluten konformation av proteinet och förhindrar därigenom nedströms signalering i frånvaro av en ligand [7,25]. Nukleinsyraigenkänning innebär hydrolys av ATP genom RIG-I och provocerar förändringen till en öppen konformation och dess oligomerisering. Detta möjliggör en närmare interaktion av den RNA-bindande delen med nukleinsyror medan KORT:en frigörs för att interagera med den mitokondriella interaktorn av virussignalering (MAVS) för nedströms signaltransduktion [7,24]. Detta autoinhibitoriska tillstånd som visas för RIG-I inträffar inte för MDA5. Istället visar MDA5 en öppen och flexibel och därmed ohämmad konformation. Detta innebär nedströms signalering vid överuttryck av MDA5 i frånvaro av en RNA-ligand [26-28]. På grund av bristen på KORT kan LGP2 inte direkt initiera nedströmssignalering via MAVS. Men det verkar fungera som en modulator för MDA5-signalering. Vid låga proteinnivåer accelererar och stabiliserar LGP2 MDA5-RNA-interaktion, medan höga nivåer av LGP2 leder till MDA5-hämning [27,29,30]. För alla tre familjemedlemmarna underlättas igenkännandet av nukleinsyror av den centrala helikasdomänen och CTD [2,7,24]. Dessa proteindomäner underlättar skanningen av biokemiska egenskaper belägna vid 50-änden av RNA-molekyler. Trots att de delar jämförbara helikasdomäner och CTD: er känner RIG-I och MDA5 av något olika egenskaper inom RNA [31]. RIG-I föredrar kortare dubbelsträngade (ds)RNA eller ssRNA och aktiveras av 5 0 -PPP-dsRNA eller 50 -pp-dsRNA, medan 50 monofosforylerade RNA förblir oupptäckta av RIG-I [32]. Vidare känns RNA berikade i poly-U/UC eller AU-regioner såväl som cirkulära virala RNA igen av RIG-I [33-35]. Bindning till cirkulära RNA föreslås förmedlas av RNA-strukturella egenskaper eller genom tillbehör RNA-bindande proteiner, som måste identifieras [33]. MDA5 binder företrädesvis till långa dsRNA och AU-rika regioner [28,36,37]. LGP2 har visat sig detektera ett brett spektrum av olika RNA. Varken fosforyleringsstatusen för 50-änden eller längden på RNA:t verkar påverka igenkänning och bindning av LGP2 [38,39]. RNA-avkänning av PKR- eller OAS-familjens proteiner 1–3 är också känd för att bidra till ett antiviralt försvarssvar [9,10]. PKR känner igen dsRNA-molekyler längre än 30 bp på ett cap-oberoende sätt [40], men ssRNA och strukturerad 5'-PPP-RNA-bindning har beskrivits [41,42]. Bindning underlättas av två tandem-RNA-bindande domäner belägna i dess N-terminala halva, som vid RNA-bindning initierar dimerisering av PKR och efterföljande kinasaktivering [43]. OAS1-3 binder till dsRNA [10,44–46]. Vid dsRNA-bindning syntetiserar OAS1-3 20-50 fosfodiester-kopplade oligoadenylater, som fungerar som en andra budbärare för att trigga dimerisering och i sin tur aktivering av ribonukleas (RNas) L och därmed klyvning av RNA [10,47]. Klyvda RNA-fragment tjänar till att förstärka antiviral signalering eftersom de avkänns av PRRs [9]. En ytterligare linje av immunförsvar visas av NLR och ALR [1,6,48]. Vid aktivering har vissa NLR och ALR visat sig initiera sammansättningen av så kallade inflammasomer, enzymatiska multiproteinkomplex i vilka de oligomeriserar och binder till apoptosassocierade fläckliknande proteininnehållande CARD (ASC)-domäner för att mediera den proteolytiska aktiveringen av caspas -1. Detta möjliggör i sin tur mognad av cytokiner som Interleukin 1 (IL-1) och IL-18 och bidrar därmed till ett antiviralt immunsvar. Bland NLRs har NLRP3 visat sig aktiveras av ett brett spektrum av olika RNA [8,49]. Emellertid har direkt interaktion med RNA inte visats. Istället sätts NLRP3 ihop med tillbehörsproteiner, bland dem DExD/H-box RNA-helikaser eller TRIM ubiquitinligaser, som har visat sig möjliggöra RNA-avkänning och därefter aktivering av inflammasomen [8,49]. I motsats till NLRP3 aktiveras AIM2 som representativ för ALR av DNA [6,48,50].

Förutom AIM2 fungerar cGAS som en cytosolisk sensor av DNA [5]. Full aktivering av cGAS sker vid bindning till längre DNA-molekyler. Dessa möjliggör dimerisering av cGAS, en förutsättning för full aktivering. Emellertid har cGAS visat sig känna igen en mängd olika DNA-molekyler, bland dem dsDNA, ssDNA som tillhandahåller sekundära strukturer som resulterar i dsDNA, eller RNA-DNA-hybrider (som t.ex. härledda från R-loopar). Vid bindning förökas signalering genom cGAMP-medierad aktivering av stimulatorn av interferongener (STING), vilket resulterar i aktivering av IRF3 [5]. Sålunda kan cGAS aktiveras av patogent DNA men också av cellulärt DNA, till exempel som svar på cytosoliskt DNA som ett resultat av felsegregering av kromosomer, mikrokärnor och splittring av DNA [51]. Förutom dessa klassiska PRR har flera ytterligare värdfaktorer identifierats som fungerar som sensorer för främmande nukleinsyror, bland dem DExD/H box-helikaser, tripartite motiv family (TRIM) ubiquitin-ligaser och ett växande antal olika ytterligare RNA-bindande proteiner [12– 14,52,53]. Den mycket heterogena familjen av scavenger-receptorer har också varit inblandad i medfödd immunitet och vissa medlemmar har visat sig binda till främmande nukleinsyror [54]. För några av dessa RNA-bindande proteiner har ställningsfunktion varit inblandad [3,5,12]. De känner av och binder främmande RNA och presenterar det för RLR, vilket bidrar till och förstärker antiviral signalering [3,5,12].

cistanche fördelar för män stärker immunförsvaret

Klicka här för att se produkter från Cistanche Enhance Immunity

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

3. PARP13—En sensor av viralt RNA

Ett av dessa ställningsproteiner som nämns ovan, som är involverat i det medfödda immunsvaret, är det antivirala zinkfingerproteinet (ZAP), även känt som PARP13 (Figur 1). Även om det inte har katalytisk aktivitet, är det känt för sin effektiva antivirala aktivitet [11]. PARP13 finns i fyra olika isoformer, som härrör från alternativ splitsning och polyadenylering [11,16]. De två bäst studerade isoformerna är PARP13.1 (ZAPL) och PARP13.2 (ZAPS), den senare saknar den PARP-liknande domänen [11]. Medan PARP13.1 verkar vara konstitutivt uttryckt, induceras PARP13.2 vid interferonsignalering [55]. En interaktion med de 30 otranslaterade regionerna (30 UTR) av interferonbudbärar-RNA (mRNA) har beskrivits för PARP13.2, som därför anses vara involverad i ett negativt återkopplingssvar på IFN-signalering [55]. Intressant nog visade sig PARP13.2 kolokalisera med RIG-I när det stimulerades med 50 -PPP-dubbelsträngat RNA (dsRNA) och verkar spela en roll för att främja interferonproduktion [56]. Alla isoformer av PARP13 har en RNA-bindande domän (RBD) bestående av fyra CH zinkfinger (ZnF) motiv, varav den andra är känd för sin hydrofoba bindningsficka med hög affinitet för CpG-dinukleotider [11,57]. De andra ZnFs visar en svag affinitet för RNA av okända sekvenser [11]. PARP13 kan dimerisera, och till och med multimerisering av PARP13 på mål-RNA har föreslagits för effektivt försvar mot patogener [11]. Nyligen identifierade en RNA-interaktomscreening för allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus typ 2 (SARS-CoV-2) PARP13, såväl som dess kofaktor TRIM25, för att binda direkt till det virala RNA:t [58]. Efter ektopiskt uttryck av PARP13.1 och PARP13.2 verkade PARP13.2 men inte PARP13.1 ha en antiviral effekt, vilket framgår av en signifikant minskning av SARS-CoV-2 icke-strukturellt protein 12 (nsP12) RNA-nivåer, som kodar för det virala RNA-beroende RNA-polymeraset [58]. Däremot rapporterade Nchioua och kollegor en minskning av ackumuleringen av SARS-CoV-2 fullängds-RNA endast i PARP13.1-överexperimentprecisionsexperiment [59]. Men för båda isoformerna observerades en minskning av RNA-nivåerna av SARS-CoV -2 strukturellt spik- och nukleokapsidprotein [59]. Skillnader i cellulär lokalisering kan förklara dessa fynd, eftersom PARP13.2 har en diffus cytoplasmatisk distribution, medan PARP13.1 kan S-farnesyleras, vilket lokaliserar det till endolysosomer eller det endoplasmatiska retikulum (ER) [11]. SARS-CoV-2 bildar ER-härledda dubbelmembranvesiklar för replikering [60]. Faktum är att det senare visades att S-farnesylering av PARP13.1 behövs för SARS-CoV-2-dämpning [61]. Antiviral aktivitet har också beskrivits mot influensa A-virus (IAV). Medan PARP13.1 verkar modulera viralt proteinuttryck, har PARP13.2 beskrivits för att direkt rikta in sig på IAV-RNA [11,62]. Liu och kollegor rapporterade att PARP13.1 främjar poly-ADP-ribosylering (PARylering) av IAV-polymerasproteiner, vilket leder till deras efterföljande ubiquitination och nedbrytning [62].

Men eftersom PARP13 inte har någon rapporterad katalytisk aktivitet, måste ett annat ADP-ribosylerande protein vara involverat i denna process. Den kortare isoformen, PARP13.2, kan binda till IAV basic RNA polymeras 2 (PB2) mRNA och leder till dess nedbrytning samt förhindrar dess translation [63]. Denna process motverkas av det icke-strukturella protein 1 (NS1) proteinet av IAV, som visade sig förhindra viral RNA-bindning av PARP13.2 [63]. Intressant nog verkar också NS1-mRNA:t vara opåverkat av PARP13.2 [63]. Potentiellt kan detta tillskrivas sekundära strukturer inom NS1 RNA, som har visat sig bilda hårnålar vilket resulterar i att stora delar av detta RNA är dubbelsträngat [64]. Ett annat släkte av virus som begränsas av PARP13 är alfavirus som Sindbis-viruset, som riktas mot PARP13.1 i stressgranuler (SGs) [55]. Nyligen fann olika grupper i kristallisationsexperiment att WWE2-fickan av PARP13 kan binda till en ADP-ribos (ADPr)-del av poly-ADP-ribos (PAR) kedjor [65,66]. Xue och kollegor bekräftade också dessa resultat in vitro och avslöjade en viktig roll för två aminosyror i WWE2-domänen, W611 och Q668, för denna bindning. Vidare visade de att ZnF5, WWE1 och WWE2 av PARP13 kombineras för att bilda en domän som de kallade central domän (CD) och att denna CD binder till PAR i celler. Den långa isoformen av PARP13, PARP13.1, visades också binda PAR i celler, men inte lika effektivt som den isolerade CD [66]. Denna bindning spelar en viktig roll i stressgranuler (SGs), där PAR-bindning är en förutsättning för PARP13-CD och PARP13.1 omlokalisering [66]. Dessutom befanns mutationsförsämring av PARP13.1-bindning till PAR försvaga dess antivirala aktivitet [66]. Lokalisering till stressgranuler har också beskrivits för PARP13.2, som alltmer PARyleras vid stress [67]. Således tillåter stressgranuler (SGs) ackumulering av RNA, PAR och PARP13 [66,68]. Huruvida klustring bidrar till den antivirala aktiviteten av PARP13, nämligen främjande av RNA-nedbrytning eller hämmande av translation måste tas upp. Värt att nämna är att i likhet med PARP13 har ytterligare PARP-proteiner visat sig associera med SGs, vilket tyder på en samordnad verkan eller en synergistisk roll för PARPs i SG-bildning och/eller funktion. Pekar på en liknande riktning är upptäckten att PARP13, även om den saknar katalytisk aktivitet i sig, är ADP-ribosylerad och därför måste interagera nära med andra PARP-enzymer [67]. Denna ADP-ribosylering kan kontrollera PARP13-funktion som t.ex. som visas för PARP7, som MARylerar cysteinrester i ZnFs, och därigenom stör PARP13:s förmåga att interagera med RNA [16]. Vi förväntar oss många ytterligare interaktioner mellan PARP-proteiner såväl som andra PRR och nedströms effektorer. Hur PARPs synergerar för effektivt igenkänning av nukleinsyror och försvar mot patogener är således spännande frågor inom området medfödda immunförsvar.

4. Den IFN-reglerade underklassen av PARP

4.1. PARP-familjen

Baserat på domänorganisation och strukturanalys hänförs PARP13 till familjen ADP-ribosyltransferaser difteritoxinliknande (ARTDs), som totalt omfattar 17 medlemmar [69-71]. De delar alla en mycket konserverad ART-domän, som med undantag för PARP13 gör det möjligt för dessa proteiner att katalysera ADP-ribosylering. ADP-ribosylering är en reversibel posttranslationell modifiering (PTM), som kännetecknas av tillägg av en eller flera ADP-ribosdelar på ett substrat [70]. Baserat delvis på aminosyrasammansättningen av den katalytiska triaden kan individuella enzymer antingen katalysera PARylering (PARP1, PARP2, TNKS1 och TNKS2) eller MARylering (PARP3, PARP4, PARP7-PARP12, PARP14-PARP16 ) [70,72]. För att göra det konsumerar de nikotinamidadenindinukleotid (NAD+) som en kofaktor och överför ADP-ribos, antingen en enda del (MARylering) eller i en iterativ process (PARylering) flera enheter med frisättning av nikotinamid [70]. PARP13 är den enda familjemedlemmen som saknar ADP-ribosyleringsaktivitet på grund av dess oförmåga att korrekt binda NAD+ [73]. I det följande kommer vi att koncentrera oss på de interferon-responsiva PARP:erna (PARP9-15; Figur 1) [16], MARylering och de (potentiella) nukleinsyraavkänningsförmågan hos denna undergrupp av PARP.

4.2. Reglering och spridning av MARylering

Liksom andra PTM:er måste MARylering läsas och signalen spridas. Makrodomänerna 2 och 3 i PARP14 har identifierats som läsare av MARylering [70,74,75]. Vidare visar MARylering en helt reversibel PTM som möjliggörs av den hydrolytiska aktiviteten som vissa makrodomäner har [70]. Cellulära radergummi av MARylering inkluderar MacroD1, MacroD2 och TARG1. De-MARylering aktiveras av deras aktiva makrodomän [70]. Makrodomänvecket är mycket konserverat bland alla livsarter och är inbäddat i icke-strukturella proteiner av flera positiva enkelsträngade ((+)ss) RNA-virus också [16,76,77]. Induktionen av MARylerande PARPs av det medfödda IFN-systemet i kombination med förmågan hos flera virala makrodomäner att återställa MARylering indikerar en antiviral roll för IFN-inducerbara PARPs. Vidare har det visat sig att PARPs har utvecklats under starkt positivt urval, vilket dessutom pekar på en funktion i medfödd immunitet [78,79]. Men insikter om mekanismer och den exakta funktionen hos IFN-inducerbara PARP: er förblir svårfångade. En möjlighet att IFN-inducerbara PARP kan bidra till ett antiviralt svar är genom igenkänning av främmande nukleinsyror. Som beskrivits tidigare kan adapterproteiner som DExD/H box-helicases eller PARP13 fungera som byggnadsställningar som bringar nukleinsyror och effektorproteiner nära varandra. På liknande sätt kan de IFN-responsiva PARP:erna fungera som byggnadsställningar och därigenom hjälpa till med RNA-igenkänning av en av de klassiska PRR:erna. Utöver det kan deras MARyleringsaktivitet lägga till ytterligare en nivå av reglering för att finjustera det medfödda immunsvaret. Det finns indikationer på att närvaron av viralt RNA kan utlösa MARyleringsaktiviteten hos dessa enzymer [80,81]. Genom att postulera att RNA-bindning bestämmer katalytisk aktivitet, kan det också möjliggöra omdirigering av katalytisk aktivitet till distinkta substrat. Dessa kan vara både virala och värdfaktorer. Dessutom kan den förändrade specificiteten också påverka proteinstabilitet, till exempel genom att reducera automodifiering, och därigenom ge stabilitet hos vissa PARP-enzymer [82]. Dessutom kan viralt RNA representera ett substrat för MARylering, eftersom RNA har identifierats vara MARylerat både in vitro och i celler [83,84].

4.3. Domänorganisation av IFN-reglerade PARP:er

Att notera är att de IFN-responsiva PARP:erna alla visar domän och motiv som potentiellt är inblandade i nukleinsyrabindning (Figur 1).

Figur 1. Domänarkitektur för de IFN-responsiva PARP:erna. Alla IFN-responsiva PARP-familjemedlemmar innehåller den konserverade ADP-ribosyltransferas (ART) domänen vid sin C-terminal. Förutom PARP13 har ART-domänen för de andra PARP:erna MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 och PARP15 innehåller makrodomän (MD) upprepningar, antingen 2 som i fallet med PARP9 och PARP15. Figur 1. Domänarkitektur för de IFN-responsiva PARP:erna. Alla IFN-responsiva PARP-familjemedlemmar innehåller den konserverade ADP-ribosyltransferas (ART) domänen vid sin C-terminal. Förutom PARP13 har ART-domänen för de andra PARP:erna MARyleringsaktivitet [72,73]. PARP9, PARP14 och PARP15 innehåller makrodomän (MD) upprepningar, antingen 2 som i fallet med PARP9 och PARP15, eller tre som sett för PARP14. Förutom de tre makrodomänerna är PARP14 också utrustad med två RNA-igenkänningsmotiv (RRM) vid dess N-terminal, kända för att mediera RNA-bindning. På liknande sätt bär PARP10 två RRMs vid sin N-terminal. PARP11-PARP14 innehåller en (PARP11, PARP14) eller två WWE (PARP12, PARP13)-moduler, kända för att underlätta poly-ADP-ribosbindning. N-terminalt innehåller PARP12 och PARP13 båda Winged-Helix-liknande (WH-l) DNA-bindande domäner följt av fem zinkfingermotiv (ZF), kända för att mediera bindning till nukleinsyror. PARP10 är unik, eftersom den är den enda familjemedlemmen som är utrustad med ubiquitin-interaktionsmotiv (UIMs), av vilka den har tre i sin C-terminala halva (Created with BioRender.com).

PARP12 liknar den övergripande domänstrukturen för PARP13 och är på samma sätt utrustad med flera ZnFs. Dessa domäner är väl beskrivna som nukleinsyrabindande moduler, bland andra funktioner, och som sådana brett involverade i värd-patogen-interaktioner [85]. Detta väcker frågor om vilken eller vilka funktioner som kan tilldelas ZnFs av PARP12 och om dessa är inblandade i RNA-avkänning. Det finns ackumulerande bevis för att makrodomäner representerar en ytterligare nukleinsyrabindande modul. Nyligen har PARP9 visats binda till viralt RNA förmedlat av dess första makrodomän [15]. Förmågan att binda till RNA har även visats för TARG1 [86]. Makrodomänen som en bindningsmodul för nukleinsyror har också etablerats från fynd med vissa virala makrodomäner (MD). vMD av Chikungunya-virus (CHIKV) eller Venezuelanskt encefalitvirus (VEEV) har visat sig binda ssRNA [87], medan den andra och tredje vMD (SARS unika domänen, SUD) av SARS-Coronavirus har visats binda G-quadruplexes [88,89]. Förutom PARP9 tillhör PARP14 och PARP15 de makrodomäninnehållande IFN-stimulerade PARP:erna. Medan PARP14 macro2 och macro3 såväl som PARP15 macro2 har identifierats binda till MAR [75,90], förblir funktionen hos den första makrodomänen inom båda proteinerna svårfångad. Men baserat på sekvensjämförelser är de fylogenetiskt närmare relaterade till de hydrolytiska makrodomänerna som kodas av ssRNA-virus, vilket kanske tillåter dem att postulera en förmåga i RNA-bindning också (Figur 2). Förutom sina makrodomäner visar PARP14 två RNA-igenkänningsmotiv (RRM) nära dess N-terminal, som är separerade av en i sig oordnad region (IDR, enligt aminosyrasekvensanalysen med PONDR) från dess andra funktionella domäner. Detta är också fallet för PARP10 (analys av PONDR) (Figur 1). RRM men även IDR individuellt eller kooperativt kan förmedla RNA-bindning [91-93]. I allmänhet arbetar flera RRMs i tandem och underlättar därigenom korrekt RNA-bindning och ger RNA-specificitet [94]. Det kommer att vara av intresse att utvärdera nukleinsyrabindningssätt för denna undergrupp av PARP. Känner dessa domäner verkligen främmande nukleinsyror för att bidra till ett robust antiviralt svar?

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) analyserades med CLUSTAL 2.1 och den fylogenetiska trädfilen laddades upp till iTOL 6.6 för att generera detta fylogenetiska träd [95].

4.4. IFN-reglerade PARPs som värdrestriktionsfaktorer

Som redan nämnts har PARP12 en liknande domänorganisation som PARP13 men dess ART-domän uppvisar enzymatisk aktivitet [16] (Figur 1). Medan PARP13 redan är känt för sin roll som en PRR i det medfödda immunsvaret, kan en liknande funktion postuleras för PARP12 [11,96]. PARP12 RNA-bindning har dock inte bekräftats hittills experimentellt, men det finns bevis från att PARP12 rekryterats till SGs [67,97,98]. SGs är kondensat berikade i mRNA på grund av de stressberoende avstannade translationskomplexen och PAR [67,99]. Lokalisering av PARP12 till dessa kondensat är beroende av dess ZnFs och WWE-domäner, vilket tyder på att förmågan att potentiellt binda både RNA och PAR provocerar PARP12 att lokalisera till SGs [97,98]. Att notera är att liksom RNA-bindning har PAR-bindning av WWE-domänen av PARP12 inte validerats experimentellt. En funktionell roll för PARP12 i SG-biologigranuler har ännu inte hittats, men eftersom SG:er diskuteras som ett förstahandssvar på virusinfektioner, kan regleringen och/eller moduleringen av dessa kondensat vara ett sätt för antiviral verkan av PARP12 [100 ]. Det är värt att påpeka att förutom PARP13 och PARP12 har PARP14 och PARP15 också identifierats som SG-proteiner, åtminstone när de överuttrycks [67]. Det kommer att bli intressant att analysera om PARP12, analogt med PARP13, reglerar RNA-omsättning och/eller translation och om detta är begränsat till virala RNA eller kan också vara relevant för värd-mRNA i infekterade och därmed stressade celler. En ytterligare bevislinje för PARP12 som ett RNA-bindande protein härleds från nyare SARS-CoV-2-forskning. Identifieringen av värdfaktorer som interagerar med SARS-CoV -2 RNA-genomet avslöjade PARP12 och PARP13 som interagerande proteiner [58,101].

Faktum är att PARP12 har identifierats som en restriktionsfaktor för vissa virus [81,102,103]. En potentiell mekanism som diskuteras är att begränsa alfavirusreplikation genom modulering av cellulär translation [102]. Vid VEEV-infektion verkar PARP12 vara komplex med ribosomer och flera proteiner som är kända för att spela en roll i translation [102]. Detta kan också ge en koppling till SG-biologi och/eller moduleringen av dessa kondensat eftersom de är anrikade i blockerade translationskomplex [100]. Dessutom begränsar PARP12 Zika-virus (ZIKV) replikering i själva verket vid interaktion med PARP11 via deras WWE-domäner [104,105]. Här förmedlas den restriktiva effekten genom att främja PARylering av de virala icke-strukturella proteinerna NS1 och NS3 som riktar in sig på dem för proteasomal nedbrytning [104,105]. Detta liknar det verkningssätt som visas för PARP13.1 med avseende på IAV-proteiner som primeras av PAR för proteasomal nedbrytning [62]. Återigen är förmodligen andra PARP-enzymer också involverade i denna process, eftersom PARylering varken katalyseras av PARP12 eller PARP11 [72]. PARP11 har identifierats som en regulator av IFN-signalering. Det har visat sig katalysera MARyleringen av -TrcP, ett ubiquitin E3-ligas. Detta resulterar i den efterföljande ubiquitineringen och omsättningen av IFN / receptor 1 (IFNAR1) vilket indikerar en återkopplingskontroll av IFN-signalering av PARP11 [106]. PARP9, tillsammans med PARP14 och PARP15, är en av de makrodomäninnehållande PARPs [16] (Figur 1). Men hittills har det inte klarlagts helt för PARP9, om det har ADP-ribosylerande aktivitet eller inte [16]. PARP9-makrodomänerna har identifierats för att binda PAR vilket möjliggör PARP9-kolokalisering med det PARylerande enzymet PARP1 vid DNA-skada [107,108]. Vidare har en antiviral roll för PARP9 diskuterats. I dendritiska celler inducerar influensa A, ett minussträngat RNA-virus, uttrycket av PARP9 [15]. Vidare rapporterade Xing och kollegor en skyddande effekt av PARP9 mot minussense RNA-virus vesikulär stomatitvirus och dsRNA reovirusinfektion hos möss, medan denna effekt inte uppträder med DNA-viruset Herpes simplex virus typ 1 (HSV-1 ) [15]. De fann att den första makrodomänen av PARP9 var väsentlig för bindningen av viralt dsRNA från 1100 baspar (bp) till 1400 bp (tabell 1). Dessutom bidrar PARP9 väsentligt till typ-I IFN-produktion genom att aktivera fosfoinositid-3-kinas/proteinkinas B (PI3K/AKT) signalvägen [15]. För många processer bildar dock PARP9 en heterodimer med E3 ubiquitinligaset tar bort E3 ubiquitinligas L (DTX3L). Tillsammans spelar de en roll i reparation av DNA-skador och antiviralt försvar [15,108]. DTX3L/PARP9-heterodimeren kan selektivt MARylera ubiquitin [108]. Författarna föreslår att denna modifiering beror på den katalytiska aktiviteten hos PARP9 [108]. Russo och kollegor fann att DTX3L/PARP9-heterodimeren spelar en central roll i ADP-ribosylering inducerad vid induktion av ISG. Detta verkar vara oberoende av PARP9-aktiviteten i sig, vilket tyder på potentiell överhörning med andra MARylerande PARP eller en samordnad verkan av dessa proteiner. Ökningen av total MARylering vänds av hydrolasaktiviteten hos SARS-CoV-2 nsP3 makrodomän1 [109,110]. 2016 fann Iwata och kollegor att signalgivare och aktivator av transkription 1 (STAT1) och STAT6 ADP-ribosylerades in vitro av PARP14, en process som undertryckts av PARP9. De hävdade vidare att STAT1-fosforylering skulle hämmas av PARP14-medierad STAT1 ADP-ribosylering [111]. Dessutom observerades en antiinflammatorisk roll för PARP14 i makrofager, främjande av interleukin (IL)-4-svaret och undertryckande av IFN-inducerade svar [111]. Även om detta arbete har fått stark kritik [112], har åtminstone PARP9-PARP14-interaktionen bekräftats i samimmunoutfällningsexperiment av andra grupper [113]. Grunewald och kollegor föreslår att PARP14 kan reglera IFN-svaret både beroende på ADP-ribosylering, men också oberoende av dess katalytiska aktivitet [114]. Vidare observerade de ökad viral replikation av mushepatitvirus (MHV) i Parp14-hämning och knockdown-experiment, vilket tyder på antiviral kapacitet hos PARP14 [114]. I viral tvärbindning och fastfasrening (VIR-CLASP) experiment för Chikungunya-viruset (CHIKV), PARP14 och PARP9 identifierades som CHIKV-RNA-interaktorer [115]. En screening för interaktörer av IAV-genomet avslöjade däremot inte interaktionen mellan någon av mono-ARTDs [115]. PARP14 har tre makrodomäner och macro2 och macro3 har rapporterats binda till MARylerad PARP10 men verkar sakna hydrolasaktivitet och anses därför vara läsare av MARylering [75]. Intressant nog har PARP14 makrodomän1 beskrivits för att likna, åtminstone på sekvensnivå, makrodomänen SARS-CoV-2 (Figur 2) [116,117]. PARP14 är det största av PARP-enzymerna och har ett RNA-igenkänningsmotiv (RRM) vid sin N-terminal följt av en lång i sig störd region, vars funktion är ännu okänd [118]. PARP14 binder till 3'UTR av vävnadsfaktor mRNA i synergi med tristetraprolin (TTP) vid Lipopolysackarid (LPS) stimulering (tabell 1) [119]. Men vilka domäner av PARP14 som är involverade i denna interaktion eller om PARP14-förmedlad ADP-ribosylering bidrar till denna interaktion återstår att fastställa [119]. Nukleinsyrabindning av PARP14 har också rapporterats av Riley och kollegor, som hittade två förmodade DNA-motiv som känns igen av PARP14 (tabell 1). Dessa motiv finns i promotorregionen av interleukin-4 (Il-4) och Il-5 och PARP14 verkar ha en roll i uttrycket av T-hjälpartyp 2 (Th2) cytokiner [ 120]. Detta stöds ytterligare av fynd om rollen av PARP14 i allergiska reaktioner hos möss [121]. PARP14 visade sig vara lokaliserat huvudsakligen i cytosolen och translokeras till kärnan vid LPS-behandling [113]. Det verkar också vara involverat i translokationen av andra proteiner till kärnan, speciellt de som är IFN-inducerbara [113]. PARP10 är starkt uttryckt i hematopoetiska celler, vilket stöder en funktionell roll i medfödd immunitet [122]. Liksom PARP12 har PARP10 visat sig vara restriktiv för viral replikation [81,102,103]. Atasheva och kollegor visade att uttryck av PARP10 från en andra subgenomisk promotor inom VEEV-genomet resulterar i translationshämning [102]. Hur PARP10 stör översättningen förblir dock öppet. På liknande sätt är det oklart huruvida denna möjliga modulering av translation ger dess antivirala aktivitet.

Tabell 1. Översikt över RNA-bindande modaliteter för de klassiska PRR:erna och de IFN-reglerade PARP:erna.

Nyligen har icke-strukturellt protein (nsP) 2 av CHIKV identifierats som ett PARP10-substrat. MARylering försämrar den proteolytiska aktiviteten av nsP2, vilket är väsentligt för replikering [81]. CHIKV nsPs översätts som polyproteiner som behöver bearbetas till de individuella nsPs, som sedan bildar det funktionella replikationskomplexet [123]. Sålunda kan den antivirala aktiviteten av PARP10 förmedlas åtminstone delvis genom modifiering och reglering av virala proteiner. Intressant nog observerades MARylering av CHIKV-nsP2 endast när man efterliknade en virusinfektion genom transfektion av ett in vitro-transkriberat RNA-replikon. Plasmidbaserat samuttryck av GFP-nsP2 och PARP10 var inte tillräckligt för att inducera MARylering [81]. Liknande resultat observerades vid studier av ADP-ribosylering i samband med en infektion med det murina hepatitviruset (MHV), ett coronavirus. Nukleokapsidproteinet (N) av MHV visade sig endast vara ADP-ribosylerat vid MHV-infektion och misslyckades modifiering när det uttrycktes exogent i celler [80]. Dessa fynd främjar spekulationer. Är närvaron av viralt RNA nödvändig för full aktivering av PARP10 såväl som andra PARP? N-terminalt har PARP10 två RRM nära N-terminalen. Detta följs av en inneboende störd, glycinrik domän (Figur 1). Huruvida dessa möjliggör nukleinsyrabindning måste undersökas för att ta itu med frågan om PARP10 kan fungera som PRR. Som påpekats ovan har RNA identifierats som ett substrat för MARylering [83,84,124,125]. De isolerade katalytiska domänerna av PARP10 såväl som PARP15 kan MARylera det terminala 50-fosfatet av ssRNA in vitro. Men fullängdsvarianterna av dessa proteiner misslyckades med att göra det in vitro [83,84]. ADP-ribosyltransferaset identifierat för MARylat RNA som ett fullängdsprotein in vitro och i celler, är TRPT-1. MARylering av 50 -P-RNA har visat sig förhindra translation [84].

4.5. Perspektiv på IFN-reglerade PARPs som sensorer av viralt RNA

cistanche tubulosa-förbättra immunförsvaret

Vad kan dras av dessa fynd? Helt klart är PARP involverade i antiviralt försvar. Det finns allt fler bevis som kopplar denna undergrupp av IFN-responsiva PARP-enzymer till medfödd immunitet, vilket sammanfattas i de senaste recensionerna [16,109,118]. Men eftersom detta är ett ganska framväxande och snabbt växande forskningsfält, finns det många öppna frågor att ta itu med och besvara. Förutom induktion av IFN, förstår vi knappast hur uttrycket av dessa PARP-gener och funktionen hos de kodade proteinerna regleras. Hur regleras deras katalytiska aktivitet? Behövs en exakt reglering av MAR-aktivitet? Hur uppnås omsättningen av dessa proteiner? Vilka funktioner har de olika proteindomänerna som dessa PARP-proteiner är utrustade med? Finns det överhörning mellan dessa olika domäner och, förlängning av detta, tillhandahåller de funktionalitet skild från MAR-aktivitet? Vidare, hur samverkar de enskilda enzymerna för att bidra till upprättandet av ett robust antiviralt svar? Vad är substratmolekyler (protein eller nukleinsyror) för att finjustera ett immunsvar mot den ena eller andra patogenen? Hur uppnås specificitet? I det här sista avsnittet vill vi spekulera i möjliga svar på dessa frågor. Baserat på deras domänorganisation (Figur 1), spekulerar vi att denna undergrupp av PARP interagerar med främmande men möjligen också cellulära nukleinsyror. Virala RNA:n uppvisar många sekundära strukturer, som tillsammans med sekvens och/eller modifiering av RNA:n kan möjliggöra igenkänning och bindning [126,127]. Dessa komplexa sekundära strukturer, mestadels belägna i 5'UTR och 3'UTR av virala RNA:n skyddar dem från igenkänning av många ssRNA-sensorer [128]. Dessutom har virus utvecklat olika strategier, såsom cap-snatching (att stjäla locket från värd-mRNA) eller cap-imitation för att undvika igenkänning av de klassiska PRRs [129]. Det är alltså tänkbart att PARPs, såsom PARP9, kommer in i bilden (Figur 3). Genom att binda RNA kan de hjälpa till med aktiveringen av de klassiska PRR, vilket har visats för PARP13 i samverkan med RIG-I [11].

Figur 3. IFN-reglerade PARP som sensorer för främmande RNA och möjliga konsekvenser av denna interaktion.

En direkt koppling till inflammasomaktivering har inte klarlagts ännu, men NLRP3, som aktiveras på ett brett spektrum av RNA, är helt beroende av accessoriska proteiner, eftersom det inte har någon inneboende RNA-bindande förmåga [49]. I sådana scenarier kan PARP:er spela in för att känna av nukleinsyror och som en konsekvens binda till och förmedla PRR-aktivering. Detta kan kontrolleras av MARylering. ADP-ribosylering av NLRP3 har faktiskt redan visats. PARylering av PARP1 bidrar till dess aktivering och efterföljande inflammasommontering [130]. Ytterligare MARylering av NLRP3 av bakteriella toxiner har visats bidra till inflammasomaktivering [131]. Det kommer att bli intressant att testa om IFN-reglerade PARP kan överbrygga RNA-sensing och inflammasomaktivering och om detta är oberoende av MARylering. RNA-bindning kan utlösa aktiveringen av PARP-enzymer och bidra till specificitet, vilket antyds av fynd med CHIKV-nsP2 eller N-proteinet av MHV (Figur 3) [80,81]. I dessa studier kunde modifiering av de virala proteinerna endast observeras efter infektion och därmed närvaron av viralt RNA. Konceptet med nukleinsyraberoende enzymaktivering har länge varit känt för PARP1, som är helt aktiverad endast vid närvaron av hackad DNA på grund av överhörningen mellan ZnF III och ART-domänen [132]. Sådan domänöverhörning är också tänkbar för de IFN-reglerade PARP:erna. Ett annat aktiveringssätt, även om det är mycket spekulativt för närvarande, kan vara jämförbart med hur RIG-I aktiveras [25]. RRM och den långa inneboende störda glycinrika regionen som finns i PARP10 och PARP14 kan bidra till en inaktiv konformation, som öppnas när proteinerna interagerar med RNA (Figur 3). En sådan mer öppen konformation kan då tillåta katalytisk aktivitet och/eller igenkänning av substrat. Det blir därför intressant att klargöra om sådana intramolekylära interaktioner förekommer och hur dessa regleras. Vidare har promiskuiteten hos PARP-enzymer diskuterats nyligen [133]. Promiskuitet kan övervinnas av co-faktorer. Till exempel styr HPF-1 PARP1-aktivitet mot modifiering av serin och DTX3L har diskuterats för att ge PARP9-katalytisk aktivitet [108,134]. En intressant idé är att förutom proteiner som fungerar som kofaktorer kan RNA också förmedla specificitet och därigenom förskjuta en potentiell repertoar av substrat (Figur 3). Om man tänker vidare på detta kan RNA-bindning också resultera i specifik substratmodifiering istället för automodifiering. Dessutom visades hämning av den katalytiska aktiviteten hos vissa PARP öka deras stabilitet, vilket indikerar att automodifiering provocerar proteasomal nedbrytning [82]. Således kan RNA-bindning av dessa PARP minska automodifiering på grund av förändringarna i substratspecificitet, och därigenom främja stabiliteten hos IFN-responsiva PARP. Denna ökning av protein kan vara viktig för att förbättra den cellulära förmågan att känna igen patogena nukleinsyror. Dessutom, när infektionsstressen har lösts och främmande RNA har eliminerats från cellerna, skulle PARPs byta tillbaka till automatisk modifiering, vilket främjar deras nedbrytning. Således skulle ett sådant scenario initialt förstärka och därefter delta i den snabba avstängningen av det medfödda immunsvaret, och därmed förhindra toxiska effekter på grund av att immuniteten överskrids. RNA-bindningskapaciteten hos PPARP-enzymer kan störa viral translation. Alfavirus, till exempel, innehåller högt CpG-innehåll och är därför igenkända och målinriktade av PARP13 [129]. PARP13 visades i sin tur interagera med eukaryot translationsinitieringsfaktor 4G (eIF-4G) och eIF-4A [129]. Makrodomänassocierade PARP kan störa SARS-CoV-2 RNA-översättning. SARS-CoV-2 nsP3 lokaliseras till ER-härledda dubbelmembranvesiklar [60]. SUD av nsP3, bestående av två virala makrodomäner och domänen före ubiquitin-like 2 (Ubl2) och papain-like proteas 2 (PL2pro) (DPUP), har visats interagera med ribosomer och polyadenylatbindande protein som interagerar protein 1 ( PAIP1) [128]. Denna interaktion anses vara avgörande för viral översättning. Dessutom är makrodomänerna i SUD kända för att kunna binda G-quadruplex och, i fallet med macro3, förmodligen poly-A [128]. Bindningen av viralt RNA till nsP3 SUD-makrodomänerna kan också skydda dem från igenkänning av mänskliga makrodomäner. Detta antagande är dock fortfarande ganska vagt, eftersom det ännu inte har visats att viralt RNA binder till CoV-2 SUD MDs, och inte heller att de mänskliga MDs skulle kunna engagera sig med det virala RNA här. Alternativt kan de virala makrodomänerna binda till värd-mRNA och därmed hindra deras translation tillsammans med nsP1 [128]. Men i båda fallen är det också intressant att notera närheten av den virala makro1 intill N-terminalen till SUD. Macro1 har hydrolasaktivitet, vilket tyder på att PARP eller ADP-ribosylering är involverade i att försvaga virus genom att störa deras translation [135]. Viralt RNA i sig kan vara ett substrat (Figur 3). In vitro-studier visade inte MARylering med PARP10 eller PARP15 i full längd [84]. Med tanke på den artificiella naturen hos 5'-P-RNA-sträckningen som används i dessa in vitro-experiment kan modifiering av RNA med PARP-enzymer emellertid inte uteslutas. Återigen kan struktur- och/eller sekvensmotiv av RNA vara viktiga för bindning och för att förändra aktiviteten och/eller specificiteten för MARylering, aspekter som kommer att belysas av framtida forskning. Interaktion och samarbete mellan PARP kan också förmedlas av RNA. Flera av dessa PARP verkar, åtminstone när de överuttrycks, bilda kondensat i celler [136]. RNA spelar en viktig roll som ställning i många kondensat. MARylering kan förutom RNA möjliggöra rekrytering av dessa PARP till sådana kondensat. Baserat på studier med TARG1 verkar RNA-bindning och APD-ribosbindning inte vara exklusiva, vilket tyder på att makrodomäner mycket väl kan känna igen MAR-signaler såväl som RNA på samma gång [86]. Efter denna ganska spekulativa idé om PARPs som sensorer för främmande RNA och den potentiella konsekvensen av denna RRNA-interaktion, finns det fortfarande en uppenbar fråga att besvara. Behöver de IFN-reglerade PARP:erna strikt reglering? Eftersom de är involverade i medfödd immunitet, länkar avreglering eller aktiverande mutationer PARP till autoimmuna sjukdomar? Att notera är också att PARP-enzymer kan fungera som ett tveeggat svärd, som inte bara spelar en antiviral roll utan också utnyttjas av vissa virus. En sådan kandidat kan vara PARP11, som en motvikt för IFN-signalering [106].

cistanche tubulosa-förbättra immunförsvaret

5. Slutsatser

De senaste åren har skapat flera bevis som indikerar att en delmängd av MARylerande ARTD spelar en roll i medfödd immunitet. Med proteiner och nyligen även RNA som substrat för MARyleringspotentialmekanismer och hur de ger ett robust antiviralt svar diskuteras och utvärderas. Förutom ART-domänen och modulering genom katalytisk aktivitet, kommer de potentiella rollerna för olika andra domäner, som de IFN-reglerade PARP:erna är utrustade med, i fokus för deras möjliga bidrag till antivirala aktiviteter. Visst är vi långt borta från att förstå de nödvändiga detaljerna om funktionerna hos dessa PARP-proteiner för att rita en heltäckande bild av deras inblandning i medfödd immunitet. Icke desto mindre presenterar vi i denna recension möjligheter för hur de ytterligare domänerna förutom ART-domänen kan bidra till medfödd immunsignalering. Att erhålla en mer fullständig förståelse av deras funktioner och samspel med virala och värdfaktorer, både protein och RNA, kommer helt säkert att definiera nya utgångspunkter för farmakologisk intervention.

Referenser

1. Carty, M.; Guy, C.; Bowie, AG Detektion av virala infektioner genom medfödd immunitet. Biochem. Pharmacol. 2021, 183, 114316. [CrossRef] [PubMed]

2. Chow, KT; Gale, M., Jr.; Loo, YM RIG-I och andra 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 som ses av våra celler: rollen för virala RNA-sensorer. J. Immunol. Res. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]

4. Fitzgerald, KA; Kagan, JC Toll-liknande receptorer och kontroll av immunitet. Cell 2020, 180, 1044–1066. [CrossRef]

5. Hopfner, KP; Hornung, V. Molekylära mekanismer och cellulära funktioner för cGAS-STING-signalering. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020, 21, 501–521. [CrossRef]

6. Lugrin, J.; Martinon, F. AIM2-inflammasomen: Sensor av patogener och cellulära störningar. Immunol. Upps. 2018, 281, 99–114. [CrossRef]

7. Rehwinkel, J.; Gack, MU RIG-I-liknande receptorer: Deras reglering och roller i RNA-avkänning. Nat. Rev. Immunol. 2020, 20, 537–551. [CrossRef]

8. Zhao, C.; Zhao, W. NLRP3 Inflammasome-En nyckelspelare i antivirala svar. Främre. Immunol. 2020, 11, 211. [CrossRef]

9. Schlee, M.; Hartmann, G. Diskriminering av jag från icke-jag i nukleinsyraavkänning. Nat. Rev. Immunol. 2016, 16, 566–580. [CrossRef]

10. Schwartz, SL; Conn, GL RNA-reglering av det antivirala proteinet 20 -50 -oligoadenylatsyntetas. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 2019, 10, e1534. [CrossRef]

11. Ficarelli, M.; Neil, SJD; Swanson, CM Riktad begränsning av viralt genuttryck och replikering av ZAPs antivirala system. Annu. Rev. Virol. 2021, 8, 265–283. [CrossRef]

12. Oshiumi, H.; Kouwaki, T.; Seya, T. Tillbehörsfaktorer för cytoplasmatiska virala RNA-sensorer som krävs för antiviralt medfödd immunsvar. Främre. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]

13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-box-helikaser: Multifunktionella regulatorer i antiviral medfödd immunitet. Cell. Mol. Life Sci. 2021, 79, 2. [CrossRef]

14. Williams, FP; Haubrich, K.; Perez-Borrajero, C.; Hennig, J. Nya RNA-bindande roller i TRIM-familjen av ubiquitinligaser. Biol. Chem. 2019, 400, 1443–1464. [CrossRef]

15. Xing, J.; Zhang, A.; Du, Y.; Fang, M.; Minze, LJ; Liu, YJ; Li, XC; Zhang, Z. Identifiering av poly(ADP-ribos) polymeras 9 (PARP9) som en icke-kanonisk sensor för RNA-virus i dendritiska celler. Nat. Commun. 2021, 12, 2681. [CrossRef]

16. Luscher, B.; Verheirstraeten, M.; Krieg, S.; Korn, P. Intracellulära mono-ADP-ribosyltransferaser vid värd-virus-interfasen. Cell. Mol. Life Sci. 2022, 79, 288. [CrossRef]

17. Duan, T.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, RF-tullliknande receptorsignalering och dess roll i cellförmedlad immunitet. Främre. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]

18. Lind, NA; Rael, VE; Pestal, K.; Liu, B.; Barton, GM Reglering av de nukleinsyraavkännande Toll-liknande receptorerna. Nat. Rev. Immunol. 2022, 22, 224–235. [CrossRef]

19. Vierbuchen, T.; Stein, K.; Heine, H. RNA tar ut sin avgift: Inverkan av RNA-specifika Toll-liknande receptorer på hälsa och sjukdom. 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-loop-härledda cytoplasmatiska RNA-DNA-hybrider aktiverar ett immunsvar. Naturen 2023, 613, 187–194. [CrossRef]

21. Wongsurawat, T.; Gupta, A.; Jenjaroenpun, P.; Owens, S.; Forrest, JC; Nookaew, I. R-loop-bildande sekvensanalys i tusentals virala genom Identifiera ett nytt gemensamt 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-liknande receptor 8 känner av nedbrytningsprodukter av enkelsträngat 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 analys avslöjar att Toll-like Receptor 7 är en dubbelreceptor för guanosin och enkelsträngat RNA. Immunitet 2016, 45, 737–748. [CrossRef] [PubMed]

24. Thoresen, D.; Wang, W.; Galls, D.; Guo, R.; Xu, L.; Pyle, AM Den molekylära mekanismen för RIG-I-aktivering och signalering. Immunol. Upps. 2021, 304, 154–168. [CrossRef] [PubMed]

25. Wang, W.; Pyle, AM RIG-I-receptorn antar två olika konformationer för att skilja värd från virala RNA-ligander. Mol. Cell 2022, 82, 4131–4144.e6. [CrossRef]

26. Berke, IC; Li, Y.; Modis, Y. Strukturell grund för medfödd immunigenkänning av viralt RNA. Cell. Microbiol. 2013, 15, 386–394. [CrossRef]

27. Bruns, AM; Horvath, CM LGP2-synergi med MDA5 i RLR-medierad RNA-igenkänning och 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. Strukturell grund för dsRNA-igenkänning, filamentbildning och antiviral signalaktivering av 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 är en positiv regulator av RIG-I- och MDA5-förmedlade antivirala svar. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 1512–1517. [CrossRef]

30. Zhu, Z.; Zhang, X.; Wang, G.; Zheng, H. Laboratoriet för genetik och fysiologi 2: Nya insikter om de kontroversiella funktionerna hos denna RIG-I-liknande 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. Jämförande analys av virala RNA-signaturer på olika RIG-I-liknande receptorer. Elife 2016, 5, e11275. [CrossRef]

32. Ren, X.; Linehan, MM; Iwasaki, A.; Pyle, AM RIG-I diskriminerar 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 Koordinerad circRNA-biogenes och funktion med NF90/NF110 vid viral infektion. Mol. Cell 2017, 67, 214–227.e217. [CrossRef]

34. Saito, T.; Owen, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Medfödd immunitet inducerad av sammansättningsberoende RIG-I-igenkänning av hepatit C-virus-RNA. Nature 2008, 454, 523–527. [CrossRef]

35. Schnell, G.; Loo, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Uridinkompositionen i poly-U/UC-kanalen av HCV-RNA definierar icke-självigenkänning 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 mekanism för diskriminering av viral dsRNA-längd genom MDA5-filament. 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 och dynamisk demontering av MDA5-filament för viral dsRNA-igenkänning. 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 Den regulatoriska domänen av RIG-I-familjen ATPas LGP2 känner av dubbelsträngat RNA. Nucleic Acids Res. 2009, 37, 2014–2025. [CrossRef]

39. Uchikawa, E.; Lethier, M.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Strukturell analys av dsRNA-bindning till antivirala mönsterigenkänningsreceptorer LGP2 och MDA5. Mol. Cell 2016, 62, 586–602. [CrossRef]

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

41. Zheng, X.; Bevilacqua, PC Aktivering av proteinkinaset PKR genom korta dubbelsträngade RNA med enkelsträngade svansar. RNA 2004, 10, 1934–1945. [CrossRef] [PubMed]

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

43. Cole, JL Aktivering av PKR: Ett öppet och stängt fodral? Trender Biochem. Sci. 2007, 32, 57–62. [CrossRef] [PubMed]

44. Donovan, J.; Dufner, M.; Korennykh, A. Strukturell grund för cytosolisk dubbelsträngad RNA-övervakning av humant oligoadenylatsyntetas 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 -oligoadenylatsyntetas 3-enzymerna syntetiserar kraftfullt de 20 -50 -oligoadenylater som krävs för 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 dubbelsträngade RNA-egenskaper på aktiveringen av humant 20 -50 -oligoadenylatsyntetas 2 (OAS2). Biochem. Cell. Biol. 2020, 98, 70–82. [CrossRef]

47. Huang, H.; Zeqiraj, E.; Dong, B.; Jha, BK; Duffy, NM; Orlicky, S.; Thevakumaran, N.; Talukdar, M.; Pillon, MC; Ceccarelli, DF; et al. Den dimera strukturen av pseudokinas RNas L bundet till 2-5A avslöjar en grund för interferon-inducerad antiviral aktivitet. Mol. Cell 2014, 53, 221–234. [CrossRef]

48. Man, SM; Karki, R.; Kanneganti, TD AIM2-inflammasom vid infektion, cancer och autoimmunitet: Roll i DNA-avkänning, inflammation och medfödd immunitet. Eur. J. Immunol. 2016, 46, 269–280. [CrossRef]

49. Xiao, TS De nukleinsyraavkännande inflammasomerna. Immunol. Upps. 2015, 265, 103–111. [CrossRef]

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

51. Krupina, K.; Goginashvili, A.; Cleveland, DW Orsaker och konsekvenser av mikrokärnor. 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 Flexibilitet i nukleinsyrabindning är central för APOBEC3H antiviral aktivitet. J. Virol. 2019, 93, e01275-19. [CrossRef]

53. Fullam, A.; Schroder, M. DExD/H-box RNA-helikaser som mediatorer av antiviral medfödd immunitet och väsentliga värdfaktorer för viral replikation. Biochim. Biophys. Acta 2013, 1829, 854–865. [CrossRef]

54. Canton, J.; Neculai, D.; Grinstein, S. Scavenger-receptorer i homeostas och 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-bindande proteinisoformer ZAP-S och ZAP-L har distinkta antivirala och immunupplösningsfunktioner. Nat. Immunol. 2019, 20, 1610–1620. [CrossRef]

56. Hayakawa, S.; Shiratori, S.; Yamato, H.; Kameyama, T.; Kitatsuji, C.; Kashigi, F.; Gå till S.; Kameoka, S.; Fujikura, D.; Yamada, T.; et al. ZAPS är en potent stimulator av signalering medierad av RNA-helikas RIG-I under antivirala svar. Nat. Immunol. 2011, 12, 37–44. [CrossRef]