Schlafens kan virussen laten inslapen Deel 1

Abstract:

De Schlafen-genfamilie codeert voor eiwitten die betrokken zijn bij verschillende biologische taken, waaronder celproliferatie, differentiatie en T-celontwikkeling. Schlafens werden aanvankelijk ontdekt bij muizen en zijn bestudeerd in de context van kankerbiologie, evenals hun rol bij het beschermen van cellen tijdens virale infectie. Deze eiwitfamilie biedt antivirale barrières via directe en indirecte effecten op virusinfectie. Schlafens kan de replicatie van virussen met zowel RNA- als DNA-genomen remmen. In deze review vatten we de cellulaire functies en de opkomende relatie tussen Schlafens en aangeboren immuniteit samen. We bespreken ook de functies en verschillen van deze opkomende familie van eiwitten als gastheerrestrictiefactoren tegen virale infectie. Verder onderzoek naar de eiwitfunctie van Schlafen zal inzicht verschaffen in de mechanismen die bijdragen aan de intrinsieke en aangeboren immuniteit van de gastheer.

Genfamiliecodes zijn nauw verwant aan immuniteit. Meerdere genfamilies coderen voor eiwitten en moleculen die specifieke immuuncellen vertegenwoordigen die nauw samenwerken om immuunresponsen te coördineren en te activeren.

Een van de belangrijkste genfamilies is de immunoglobulinefamilie, ook wel de immunoglobulinesuperfamilie genoemd. Deze familie codeert voor een reeks immunoglobulinemoleculen, waaronder IgG, IgM, IgA, IgE en IgD. Deze immunoglobulinemoleculen kunnen vreemde antigenen binden en specifieke immuunresponsen activeren. Bovendien kunnen leden van de immunoglobulinefamilie ook de activiteit van immuuncellen activeren en reguleren door zich te binden aan receptoren op het oppervlak van immuuncellen.

Een andere belangrijke genfamilie is de familie van het menselijke leukocytenantigeen (HLA), ook wel bekend als het histocompatibiliteitscomplex. Deze familie codeert voor menselijke leukocytenantigenen, die aanwezig zijn in de belangrijkste menselijke weefsels en die vreemde antigenen kunnen herkennen en binden en deze kunnen tonen aan T-cellen in het immuunsysteem, waardoor een cellulaire immuunrespons wordt opgewekt.

Bovendien zijn er veel andere genfamilies die coderen voor eiwitten die verband houden met immuniteit, zoals de chemokinefamilie, de nitrietsynthasefamilie, enz.

Daarom zijn de eiwitten die door de genfamilie worden gecodeerd van cruciaal belang voor het reguleren van de immuunrespons en het versterken van de immuniteit. Mutaties of variaties in sommige genen kunnen leiden tot een abnormale immuunfunctie, wat leidt tot ziekten zoals auto-immuunziekten, immunodeficiëntieziekten en infectieziekten. Daarom is het bestuderen van de relatie tussen codering van genfamilies en immuniteit van groot belang voor de preventie en behandeling van deze ziekten. Daarom moeten we speciale aandacht besteden aan de verbetering van onze immuniteit. Cistanche kan de immuniteit versterken en de polysacchariden in vlees kunnen de immuunrespons van het menselijke immuunsysteem reguleren, het stressvermogen van immuuncellen verbeteren en het bacteriedodende effect van immuuncellen versterken.

Klik op cistanche deserticola-supplement

Trefwoorden:

schlafen; SLFN; aangeboren immuniteit; virus; beperkingsfactor; immuun ontduiking.

1. Inleiding

In 1998 werd het Schlafen-gen (SLFN voor mensen; Slfn voor muizen) voor het eerst gerapporteerd in de studie van de ontwikkeling van de thymus bij muizen. De eerste Schlafens die werden ontdekt, waren de muizengenen Slfn1–4. Wanneer Slfn1 ectopisch tot expressie wordt gebracht in NIH-3T3-fibroblasten, induceert het G0/G1-celcyclusstilstand; deze observatie leidde tot het bedenken van de term "schlafen" van het Duitse woord dat "slapen" betekent [1].

Uit later onderzoek bleek dat Schlafens een rol spelen in een verscheidenheid aan cellulaire functies, waaronder anti-proliferatie en celdifferentiatie [2-7], migratie, proliferatie en invasiepreventie van kankercellen [8-11], sensibilisatie van kankercellen voor DNA-beschadiging medicijnen [12–17] en remming van virale replicatie [18–24]. Naarmate de onderzoeken naar de Schlafen-familie de afgelopen jaren zijn uitgebreid, is er aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het begrijpen hoe de eiwitten in deze familie verschillende functies hebben. Uitstekende recente overzichtsartikelen hebben hun betekenis voor de kankerbiologie beschreven [25].

De Schlafen-eiwitten spelen ook een rol bij het beheersen van virussen en het immuunsysteem van de gastheer. Hier gaan we in op de functionele overeenkomsten en verschillen tussen Schlafen-familieleden in termen van hun rol bij het reguleren van virologische en immunologische kenmerken. Deze recente bevindingen inspireren toekomstige onderzoeksrichtingen naar deze opkomende eiwitfamilie.

2. Schlafen-familieleden en eiwitsamenstelling

Leden van de Schlafen-genfamilie zijn zeer homoloog tussen veel zoogdiersoorten. Negen Schlafen-eiwitten komen tot expressie in muizen vanaf chromosoom 11, en zes zijn gevonden in mensen vanaf chromosoom 17 (Figuur 1) [3,26]. Hoewel Slfn-achtig 1 (Slfn1L) tot expressie wordt gebracht op chromosoom 4 van de muis, is er een mening dat het niet wordt beschouwd als een 'bona file' Schlafen-familielid vanwege de extreem lage gelijkenis met Slfn-genen [26,27]. Bovendien worden Slfn6 en Slfn7 beschouwd als sequenties die zijn afgeleid van Slfn3- of Slfn4-isovormen of andere muizenparalogen [1,27].

Schlafen-leden vallen in drie verschillende groepen, elk met zijn unieke reeks kenmerken en functies (figuur 1). Groep I heeft een afwijkend AAA ATPase-geassocieerd domein dat een gemeenschappelijk Slfn-box-gebied bevat dat het Schlafen-kerndomein wordt genoemd en wordt gedeeld met de andere twee groepen [2,28-31]. Het Schlafen-kerndomein is hoefijzervormig en bevat zinkvingermotieven die sterk geconserveerd zijn in alle leden van de Schlafen-familie-eiwitten.

Groepen II en III bevatten een extra linkerdomein na het Schlafen-kerndomein, dat het SWADL-motief herbergt dat wordt gedefinieerd door het aminozuursequentiepatroon SW-(A/S)-(V/G/L)-D-(L/I/ V) met onbekende functie [3,29]. Alleen eiwitten van groep III hebben een verlengd carboxyl (C) - een terminaal domein dat overeenkomt met superfamilie I van DNA/RNA-helicasen [2]. Het kerndomein van Schlafen mist het Walker-motief. De Walker A en B vertegenwoordigen structurele motieven voor nucleotidebinding en werden ontdekt in de AAA-familie van ATPasen [32].

Vanwege de afwezigheid van Walker-motieven, kunnen Schlafen-eiwitten in groep I en II de ATPase-activiteit missen. Vermoedelijke DNA/RNA-helicasedomeinen van sommige groep III Schlafen-leden hebben AAA-domeinen met Walker-motieven die enzymatisch functioneel lijken te zijn [18,33,34]. Deze zijn onvolledig in muizen en mensen Schlafen 14, die alleen het Walker B-motief bezitten [31]. Bovendien bezit de C-terminale extensie van sommige groep III Schlafens een nucleair lokalisatiesignaal (NLS) en kan het nucleaire functies hebben (Figuur 1) [20,24,25]

Behalve het vogelbekdier, een monotreme, komt de familie Schlafen voor bij vrijwel alle zoogdieren. Sequenties vergelijkbaar met Schlafen-genen werden ontdekt in de amfibie Xenopus laevis en de vissoort Callorhincuys milii, maar niet in enig ander niet-zoogdierachtig organisme. Interessant is dat sequenties vergelijkbaar met Schlafens zijn gevonden door bioinformatische analyse van genomen voor orthopoxvirus (OPV), zoals vaccinia-, variola- (pokken) en koepokkenvirussen [1]. Daaropvolgende sequentiebepaling van het camelpokkenvirus (CMLV) identificeerde een ander Schlafen-achtig eiwit genaamd 176R. Dit eiwit bestaat uit 502 aminozuren en heeft een C-terminale sequentie die vergelijkbaar is met het Schlafen-kerndomein van muriene Schlafens. Sommige van deze virale Schlafen (v-Slfn) genen behouden een volledig open leesraam (ORF).

Hoewel de ORF voor v-Slfn intact is in de genomen van camelpokken-, monkeypox-, koepokken-, muizenpokken- en taterapox-virussen, is eiwitexpressie beperkt in andere OPV's, zoals het vacciniavirus (VACV), als gevolg van ORF-fragmentatie [1,26 ,35]. Sequenties van v-Slfn bleken vergelijkbaar te zijn met de muis en rat groep I Schlafen, maar missen het C-terminale domein. Dit impliceert dat, hoewel het progenitorvirus van OPV mogelijk een intact Schlafen van knaagdieren heeft verkregen, het ORF gefragmenteerd was als gevolg van mutaties die in de loop van de tijd zijn verkregen [26,27].

3. gereguleerde expressie van Schlafens in het immuunsysteem

Van Schlafen-familieleden is onthuld dat ze worden geïnduceerd door verschillende stimuli, waaronder CpG-DNA [36], LPS [36-38] en pathogenen, zoals Brucella, Listeria [39] en rhinovirus [37]. Type I IFN- en IFN-receptoren zijn betrokken bij de inductie van Schlafen-genen, wat impliceert dat Schlafens IFN-gestimuleerde genen (ISG's) zijn. In 2010 werd voor het eerst gemeld dat IFN de expressie van leden van de Schlafen-genenfamilie beïnvloedt [40]. De gegevens die in deze studie worden gepresenteerd, onthullen dat type I IFN een krachtige inductor is van talrijke Schlafen-familieleden van muizen, waaronder leden van groep I (Slfn1 en Slfn2), groep II (Slfn3) en groep III (Slfn5 en Slfn8). IFN-geactiveerde Stat-eiwitten en p38 MAP-kinase werkten verschillend in hun regulatie van interferon-geïnduceerde expressie [41].

Bij Stat1-deletie in embryonale fibroblasten van muizen was de IFN-afhankelijke expressie van alle Schlafen-genen verminderd ten opzichte van oudercellen, variërend van een gedeeltelijke reductie in Slfn3 tot totale transcriptionele defecten in Slfn1, 2, 5 en 8. Interessant genoeg was de Slfn5-expressie volledig onafhankelijk van Stat3, maar het was verhoogd in Stat3 knock-outcellen. De functie van p38 MAPK-geactiveerde signaalcascades is vereist voor de volledige transcriptionele activering van ISG's. Hoewel p38 MAPK vereist is voor IFN-afhankelijke expressie van Schlafen-genen in groep I en II, is interessant genoeg dat genexpressie van groep III niet afhankelijk is van p38 MAPK.

Bij afwezigheid van p38 MAPK werd IFN-afhankelijke mRNA-expressie van Slfn1, Slfn2 en in mindere mate Slfn3 onderdrukt. De groep III Schlafen-genen, SLFN5 en SLFN8, werden daarentegen geïnduceerd door IFN op een p38 MAPK-onafhankelijke manier [41]. Met name was noch Stat3 noch p38 MAPK nodig voor Slfn5-inductie, wat aangeeft dat alternatieve regulatiemechanismen bij dit proces betrokken zijn.

De inductie van ISG's door type I IFN's vereist de aanwezigheid van interferon-gestimuleerde responselementen (ISRE's) in het promotergebied van de ISG, wat transcriptionele activering mogelijk maakt via de binding van de ISGF3-transcriptiefactor, een complex van gefosforyleerde STAT1/STAT2-heterodimeren, en IRF9 [42]. De induceerbaarheid van Schlafens door IFN of IFN-stimuli was lager dan voor MxA, een conventionele ISG [37].

Analyse van bindingsplaatsen voor transcriptiefactoren met behulp van het MatInspector-programma [43] toonde aan dat MxA zes ISRE-plaatsen heeft, terwijl de meeste menselijke Schlafen-genen slechts één canonieke ISRE hebben [37]. Hoewel de Schlafen-familie tot de groep klassieke ISG's behoort die wordt gereguleerd door het STAT-complex, worden sommige Schlafens tot expressie gebracht via de niet-canonieke IFN-routes of ongedefinieerde mechanismen. Aanzienlijke niveaus van Schlafens worden tot expressie gebracht in verschillende cellen, waaronder primaire fibroblasten en kankercellen, bij afwezigheid van IFN-activering [18,20,44].

De gevoeligheid van Schlafen-expressie voor IFN varieert afhankelijk van het celtype. De expressie van SLFN5 wordt bijvoorbeeld onderdrukt bij kwaadaardig melanoom in vergelijking met normale melanocyten. IFN-stimulatie daarentegen verhoogde de SLFN5-expressie aanzienlijk, terwijl SLFN11, SLFN12 en SLFN13 niet werden beïnvloed [40]. Daarentegen verhoogden IFN-stimulerende middelen, zoals poly I: C en 50 pppdsRNA, de Slfn5-expressie enigszins, maar niet significant, in muizenmacrofaag RAW 264.7-cellen, terwijl de Slfn14-expressie significant was verhoogd [19].

In het 50 -flankerende gebied van het Slfn2-gen wordt één kopie van een vermoedelijke NF-KB-bindingsplaats en twee kopieën van AP-1-bindingssequenties gevonden. Het is aangetoond dat CpG-DNA en LPS-behandeling van macrofagen de functionele interactie van NF-KB en AP1 binnen het promotorelement vereist [36]. Het scannen van het promotorgebied van Slfn4 met JASPAR (jaspar.cgb.ki.se) onthulde de aanwezigheid van AP1 en PU. 1-bindingssequentie, evenals twee kopieën van IFN-responselementen STAT1- en IRF1-bindingssequenties [38].

Bovendien bestaat er ook een Gli1-bindingsplaats binnen de promotor. Gli1, een signaaleffector van Hedgehog, is vereist voor de activering van de Slfn4-promoter, wat betekent dat de rol van Slfn4 van cruciaal belang is bij het verschijnen van macrofagen die IL1 of TNF tot expressie brengen [45]. In kankercellen komt epigenetische remming van genexpressie via hypermethylering van het CpG-promotereiland vaak voor [46]. Verschillende onderzoeken hebben hypermethylering van de SLFN11-genpromotor gemeld [14,46-49]. Het tot zwijgen brengen van SLFN11 door promoter CpG-eilandhypermethylering is gekoppeld aan een grotere resistentie tegen platinaverbindingen voor kankerchemotherapie [14]. Hypermethylering van een CpG-promotoreiland inactiveert SLFN11-genexpressie.

Deze methylering wordt gekatalyseerd door twee belangrijke DNA-methyltransferasen, DNMT1 en DNMT3B [14]. Het feit dat de expressie van DNMT3B in monocyten erg laag of nauwelijks detecteerbaar is [50], kan betekenen dat verhoogde niveaus van SLFN11-expressie in monocyten verband houden met hypermethylering. Het is ook bekend uit B-celdifferentiatiestudies in het kiemcentrum dat histon-modificatoren, zoals EZH2 en HDAC's, de epigenetische expressie van SLFN11 reguleren [48].

Bovendien is aangetoond dat SLFN11-expressie en de B-cellijn-specifieke repressor PAX5 een bijna perfecte omgekeerde correlatie hebben [48]. Er bestaat een potentiële PAX5-bindingsplaats (GCTGGAC) in het promotergebied van SLFN11, wat suggereert dat PAX5 een van de repressors van SLFN11 in B-cellen kan zijn.

De Schlafen-leden komen tot expressie in verschillende fasen van de ontwikkeling van thymocyten en activering van perifere T-cellen bij muizen. Slfn1 en Slfn2 zijn drastisch verhoogd tijdens de overgang van CD4 en CD8 dubbel-positieve naar enkel-positieve rijpingsstadia. De expressieniveaus van beide genen nemen echter af na activering van T-cellen [1,2,51]. Slfn3 komt sterk tot expressie in single-positieve T-cellen tijdens de ontwikkeling van thymocyten. Slfn3 wordt ook op een hoger niveau tot expressie gebracht in natuurlijke CD4 plus CD25 plus regulatoire T-cellen dan in CD4 plus CD25-cellen. Slfn3-expressie is verhoogd in CD4 plus CD25- T-cellen na activering, maar verlaagd in CD4 plus CD25 plus T-cellen na activering met anti-CD3/CD28-stimulatie. TGF-stimulatie verlaagt ook de Slfn3-expressie in de CD4 plus T-celsubset, wat suggereert dat Slfn3 een nieuwe marker van T-celactivering kan zijn [52]. Slfn4 wordt vroeg gedetecteerd en neemt af tijdens de ontwikkeling van thymocyten, wat het tegenovergestelde fenomeen van Slfn1 laat zien [1,2].

Slfn4-mRNA-niveaus worden opgereguleerd tijdens activering van macrofagen, terwijl ze tijdens differentiatie worden gedownreguleerd. Myelopoiese wordt verstoord door constitutieve Slfn4-expressie in de myeloïde lijn, wat impliceert dat downregulatie van Slfn4-genexpressie tijdens macrofaagdifferentiatie van cruciaal belang is, en Slfn4 kan fungeren als een modulator van deze lijn [38]. In tegenstelling tot de andere groepen veranderen Slfn5, 8, 9 en 10 in groep III niet kwantitatief tijdens de ontwikkeling van thymocyten. Tijdens T-celactivering was er echter een significante downregulatie van Slfn5- en Slfn8-expressie, terwijl Slfn9-expressie toenam en Slfn10-expressie relatief constant bleef [2]. Aangezien SLFN14 op een buitengewoon laag niveau tot expressie wordt gebracht in T-cellen, is het onwaarschijnlijk dat het verband houdt met het lot van T-cellen [37].

De menselijke Schlafen-familie wordt ook in verband gebracht met proliferatie van immuuncellen en rijping van T-cellen. Behalve SLFN14 worden alle menselijke Schlafen-eiwitten van nature tot expressie gebracht in monocyten, van monocyten afgeleide dendritische cellen (moDC's) en T-cellen [37]. De expressieniveaus van SLFN5 in T-cellen en SLFN11 in monocyten en moDC's zijn opmerkelijk hoog. De expressie van SLFN5 en SLFN11 verandert enigszins tijdens moDC-differentiatie.

De expressie van SLFN12L en SLFN13 is relatief bescheiden in monocyten in rust, maar lijkt verhoogd te zijn tijdens differentiatie in moDC's, terwijl de expressie van SLFN12 aanzienlijk is verminderd [37]. De neerwaartse en opwaartse regulatie van elk Schlafen-familie-eiwit kan dus verschillende vereisten vertegenwoordigen voor deze eiwitten in de moDC-functie.

Het is intrigerend dat er binnen de Schlafen-familie een regulerend feedbackmechanisme lijkt te zijn voor transcriptionele controle [53]. Het verlies van Slfn3 door knock-out verlaagt de expressie van Slfn4, Slfn8 en Slfn9 in het ileale slijmvlies terwijl Slfn1 en Slfn5 toenemen. Bovendien verlaagt Slfn3-deficiëntie de Slfn4-expressie en verhoogt het de Slfn8- en Slfn9-expressie in de thymus en de milt, waar immuuncellen rijpen en/of prolifereren [53]. De promoters van alle leden van de Schlafen-familie bevatten regio's voor binding van de Kruppel-achtige factor -6 (KLF6) transcriptiefactor.
Er wordt ook voorspeld dat de NFAT-gerelateerde factoren ING4, ZNF333 en KLF4 zich binden aan de meeste Schlafen-promoters. Deze transcriptiefactoren uit de KLF-familie spelen verschillende rollen bij de differentiatie en proliferatie van gastro-intestinale cellen en hebben verschillende expressiepatronen [54]. Dit suggereert dat leden van de KLF- en Schlafen-families mogelijk feedbackloops hebben die op verschillende manieren fungeren als regulatoren van het lot van gastro-intestinale en immuuncellen [53].

4. Immunodeficiëntie van Schlafen-mutanten

Er is waargenomen dat de Elektra-mutant een homozygote mutatie is van murine Slfn2 en kwetsbaar is voor virale en bacteriële infecties [55]. Het sterftecijfer van muizen na infectie met murine cytomegalovirus (MCMV) was significant hoog in vergelijking met dat van de wildtype controlemuizen [55]. Bij muizen met het Elektra-fenotype zetten CD8 plus en CD4 plus T-lymfocyten niet uit. In vergelijking met de wildtype cellen hadden deze cellen een hogere mate van apoptose.

Als reactie op activeringssignalen van T-cellen wordt aangenomen dat deze mutatie apoptose veroorzaakt [9]. Elektra-muizen vertoonden ook een significant lager niveau van T-cellen als reactie op infectie met lymfatisch choriomeningitis-virus. Elektra T-cellen, vergelijkbaar met recent geactiveerde T-cellen, slagen er niet in cellulaire rust te behouden en gaan een post-mitotische fase in. T-cellen verliezen hun proliferatiepotentieel en sterven af ​​als reactie op proliferatie-/activeringssignalen, wat resulteert in verminderde T-celpopulaties in de Elektra-mutantmuizen [9].

Er zijn meldingen geweest van een patiënt met een groot heterozygoot verlies van de genen SLFN11, SLFN12 en SLFN13 op chromosoom 17 [56]. Deze patiënt bleek substantiële afwijkingen te hebben in de proliferatie van T-cellen en de regulering van de celcyclus. Interessant genoeg had de patiënt Merkelcelcarcinoom in de bovenbenen, een soort carcinoom geassocieerd met een virale infectie, en werd beschouwd als vatbaar voor kanker, omdat de diagnose T-cellymfoom was gesteld.

Het bloed en plasma van de patiënt bevatten substantieel Epstein-Barr-virus en Torque teno-virus-DNA, wat aangeeft dat de patiënt kwetsbaar was voor virale infecties. De patiënt had een normale CD4 plus /CD8 plus immuuncelverdeling en een typische verdeling van naïeve cellen en geheugencellen, maar had afwijkende T-celproliferatie en overmatige T-celdood [56].

Mutaties in SLFN14 zijn in verband gebracht met macrotrombocytopenie en overmatig bloeden [57-61]. Bovendien is de bloedplaatjesfunctie verminderd bij patiënten met deze mutaties [61]. Deze SLFN14-mutatie vertoont een soortspecifiek fenotype, met bloedplaatjesafwijkingen bij mensen en ernstige microcytaire erytrocytose bij muizen [62].

SLFN14 kan dus een essentiële speler zijn in de hematopoëse van zoogdieren en kan een rol spelen bij het bepalen van de betrokkenheid van bloedplaatjes en erytroïde afstamming bij bepaalde soorten. Bovendien is nu bekend dat bloedplaatjes een rol spelen in een verscheidenheid aan aangeboren en adaptieve immunologische reacties, wat veel verder gaat dan de klassieke opvatting van bloedplaatjes als alleen hemostatische en trombolytische middelen [63]. Daarom kan worden aangetoond dat SLFN14 sterk betrokken is bij immunologische controle door bloedplaatjesvorming en functieregulatie.

For more information:1950477648nn@gamil.com