PARPs induïts per IFN: sensors d'àcids nucleics estrangers?

Resum: Les cèl·lules han desenvolupat diferents estratègies per fer front a les infeccions víriques. La clau per iniciar una resposta de defensa contra els virus és la capacitat de distingir les molècules estranyes de les seves pròpies. Un mecanisme central és la percepció d'àcids nucleics estranys per part de les proteïnes hoste que, al seu torn, inicien una resposta immune eficient. Els receptors de reconeixement de patrons de detecció d'àcids nucleics han evolucionat, cadascun orientat a característiques específiques per discriminar l'ARN viral de l'hoste. Aquestes es complementen amb diverses proteïnes d'unió a l'ARN que ajuden a detectar ARN estrangers. Cada vegada hi ha més evidències que les ADP-ribosiltransferases induïbles per interferó (ART; PARP9-PARP15) contribueixen a la defensa immune i l'atenuació dels virus. Tanmateix, la seva activació, els objectius posteriors i els mecanismes precisos d'interferència amb virus i la seva propagació encara són en gran part desconeguts. El PARP13 és més conegut per les seves activitats antivirals i el seu paper com a sensor d'ARN. A més, recentment s'ha descrit PARP9 com un sensor d'ARN viral. Aquí parlarem de les troballes recents que suggereixen que alguns PARP funcionen en la immunitat innata antiviral. Ampliem aquestes troballes i integrem aquesta informació en un concepte que descriu com els diferents PARP podrien funcionar com a sensors d'ARN estranger. Especulem sobre les possibles conseqüències de la unió de l'ARN pel que fa a les activitats catalíticas dels PARP, l'especificitat del substrat i la senyalització, que en conjunt donen lloc a activitats antivirals.

Beneficis del suplement de cistanche: augmenta la immunitat

Paraules clau: ADP-ribosilació; MARilació; hidrolasa; interferó; macrodomini; PARP; ARN-virus

Què fa l'herba cistanche—Anti-inflamatoris

1. Introducció

Per tal d'establir una resposta immune innata als virus invasors, les cèl·lules han de ser capaços de distingir-se de les estrangeres. Això és possible en part per un repertori de proteïnes que detecten específicament àcids nucleics estrangers. Aquestes proteïnes pertanyen als anomenats receptors de reconeixement de patrons (PRR) que reconeixen i s'uneixen a patrons moleculars associats a patògens (PAMP), inclosos diferents àcids nucleics associats a patògens [1–3]. En general, en unir-se a PAMP, aquests PRR s'activen per desencadenar esdeveniments de senyalització aigües avall mitjançant l'activació de factors de transcripció, com els factors reguladors de l'interferó 3 i 7 (IRF3, IRF7) i el factor nuclear kappa B (NF-κB). Això dóna lloc a l'activació d'un programa d'expressió gènica, que inclou la inducció d'interferó (IFN) així com altres gens de citocines. Els IFN actuen de manera paracrina i autòcrina per induir l'expressió de gens estimulats per interferó (ISG) mitjançant els quals es promou un estat antipatogènic [1,3]. Els PRR sensibles a l'àcid nucleic es poden subdividir en dos grups, el compartiment utilitzat, els sensors endosòmics i els sensors d'àcid nucleic citosòlic. Un subconjunt de receptors de tipus Toll (TLR) pertany al primer subgrup, mentre que el segon grup inclou receptors semblants al gen I (RIG-I) induïbles per l'àcid retinoic (RIG-I), proteïna quinasa R (PKR), oligoadenilat 20-50. proteïnes sintetasa (OAS1-3), receptors semblants al domini d'oligomerització d'unió a nucleòtids (NOD) (NLR), absents als receptors semblants al melanoma 2 (AIM2) (ALR) i GMP-AMP sintasa cíclica (cGAS) [2] ,4–10]. A més d'aquests PRR clàssics, s'ha descrit una llista creixent de proteïnes del sensor d'àcid nucleic o proteïnes accessories. Aquestes inclouen helicases, ubiquitin-ligases i ADP ribosiltransferases, que poden detectar certs àcids nucleics, ajudar o mediar el reconeixement d'àcids nucleics estrangers i accelerar la senyalització aigües avall contribuint i modulant així una resposta immune antiviral [11-15]. El més conegut per les seves activitats d'unió a l'àcid ribonucleic (ARN) viral és PARP13 [11]. A més, recentment s'ha identificat PARP9 com un sensor d'ARN estranger [15]. Per a PARP13, la unió d'ARN es facilita pels dominis de dit de zinc, mentre que per a PARP9 el macrodomini s'ha identificat com un mòdul d'unió d'ARN viral. PARP9 i PARP13 pertanyen a la família semblant a la toxina diftèrica (ARTD) de l'adenosina difosfat (ADP)-ribosiltransferasa, de la qual un petit subconjunt de proteïnes s'ha relacionat amb la immunitat innata a causa de la seva resposta als IFN (per a més informació sobre els PARP com a ISG consulteu una revisió recent excel·lent [16]). Aquestes proteïnes comparteixen un domini conservat d'ADP-ribosiltransferasa (ART), que, amb l'excepció de PARP13, posseeix activitat de mono-ADP-ribosilació (MARylation). Tots aquests PARP es caracteritzen per una sèrie de dominis proteics addicionals, entre ells macrodominis, dominis de reconeixement d'ARN o dits de zinc. Tot i que les funcions d'aquests dominis associats són en gran part desconegudes, molts d'ells s'han associat amb la unió d'ARN. Així, proporcionen a aquestes proteïnes la capacitat potencial de funcionar com a sensors d'ARN similar al que s'ha proposat per a PARP9 i PARP13 [11,15]. Junts, plantegem la hipòtesi que els PARP induïbles per IFN funcionen com a PRR detectors d'ARN i amplien les modalitats d'unió a l'ARN dels PRR clàssics coneguts pel que fa a les especificitats de seqüència i/o estructura. A més, la unió d'ARN podria regular els seus modes d'acció i funcionalitat.

2. Els receptors clàssics de reconeixement de patògens

2.1. PRR compartimentats

Els receptors de tipus Toll implicats en la detecció d'àcids nucleics patògens són TLR3 i TLR7- 9 [4,17–19]. Aquests TLR s'integren a les membranes dels endosomes amb el seu ectodomini d'unió a l'àcid nucleic N-terminal mirant a l'interior d'aquestes vesícules [4,17,18]. La unió d'àcids nucleics provoca la dimerització de dos TLR, sobre els quals s'inicien diversos processos de senyalització [4]. A causa de la seva localització, aquests TLR són capaços de respondre a patògens endocitats o fagocitats que es poden desmuntar en aquest compartiment mitjançant l'acció de proteases i nucleases endosòmiques. Com a resultat, l'ARN o àcid desoxiribonucleic (ADN) derivat de patògens es processa i s'exposa, proporcionant PAMPs que poden interactuar amb els TLR endosòmics [18]. Això inicia una primera onada de senyalització antiviral [4,18,19]. Per cobrir el reconeixement d'una àmplia gamma de diferents patògens, aquests TLR han evolucionat diferents preferències per als àcids nucleics [4,18,19]. TLR3 reconeix i s'uneix a espècies d'ARN de doble cadena basades en interaccions electrostàtiques entre aminoàcids carregats positivament com a part de les repeticions riques en leucina a l'ectodomini i l'esquelet de ribosa-fosfat carregat negativament de l'ARN. La unió es produeix independentment de seqüències específiques d'ARN [19]. Recentment, s'ha demostrat la seva activació per híbrids ARN-ADN derivats del bucle R cel·lular, que provoca una posterior senyalització immune que resulta en l'activació d'IRF3 [20]. No obstant això, no està clar com es regula el processament del bucle R i com aquests híbrids, generats originalment al nucli, arriben al citosol o fins i tot són capaços d'activar aquest receptor endosòmic. Cal destacar que les seqüències de formació de R-Loop també s'han identificat entre els virus, però s'ha d'investigar si aquests realment formen estructures R-Loop i són capaços de desencadenar l'activació de TLR3 [21]. TLR7 i TLR8, que estan estretament relacionats, detecten els productes de degradació de l'ARN i l'ARN monocatenari. Tant TLR7 com TLR8 alberguen dos motius d'unió d'ARN, dels quals el primer reconeix guanosina o uridina única, respectivament, mentre que s'ha demostrat que el segon media una certa especificitat de la seqüència. TLR7 s'uneix preferentment als poliU 3-mers, mentre que TLR8 detecta oligoribonucleòtids UG/UUG [22, 23]. En canvi, s'ha demostrat que TLR9 s'uneix a l'ADN que conté motius CpG d'una sola cadena [4, 18].

Beneficis del suplement de cistanche: com enfortir el sistema immunitari

2.2. PRR citosòlics

Els sensors clau dels àcids nucleics virals al citosol, presents després de la infecció per virus, són els RLR [2,7,24]. El membre homònim d'aquests receptors citosòlics és RIG-I. Els membres addicionals inclouen el gen 5 d'associació de diferenciació del melanoma (MDA5) i el laboratori de Genètica i fisiologia 2 (LGP2). Les tres proteïnes comparteixen una organització de domini similar amb un domini central d'ARN-helicasa que, conjuntament amb el seu domini C-terminal (CTD) media la unió de l'ARN [2,7,24]. A diferència de LGP2, RIG-I i MDA5 comparteixen dos dominis d'activació i reclutament de caspases (CARD) al seu N-terminal que desencadenen esdeveniments de senyalització aigües avall [2, 7]. En el cas de RIG-I, aquestes CARD estan lligades intramolecularment pel domini helicasa i CTD, provocant una conformació tancada de la proteïna i, per tant, evitant la senyalització aigües avall en absència d'un lligand [7,25]. El reconeixement d'àcids nucleics comporta la hidròlisi de l'ATP per RIG-I i provoca el canvi a una conformació oberta i la seva oligomerització. Això permet una interacció més estreta de la part d'unió a l'ARN amb els àcids nucleics mentre s'alliberen les CARD per interactuar amb l'interaccionador mitocondrial de senyalització de virus (MAVS) per a la transducció del senyal aigües avall [7,24]. Aquest estat autoinhibidor mostrat per a RIG-I no es produeix per a MDA5. En canvi, MDA5 mostra una conformació oberta i flexible i, per tant, desinhibida. Això implica una senyalització aigües avall a la sobreexpressió de MDA5 en absència d'un lligand d'ARN [26-28]. A causa de la manca de CARD, LGP2 no pot iniciar directament la senyalització aigües avall mitjançant MAVS. Però sembla que funciona com a modulador de la senyalització MDA5. A nivells baixos de proteïnes, LGP2 accelera i estabilitza la interacció de l'ARN MDA5-, mentre que els nivells alts de LGP2 condueixen a la inhibició de MDA5 [27,29,30]. Per als tres membres de la família, el reconeixement dels àcids nucleics es facilita pel domini central de l'helicasa i el CTD [2,7,24]. Aquests dominis proteics faciliten l'exploració de les característiques bioquímiques situades a l'extrem 50 de les molècules d'ARN. Tot i compartir dominis d'helicasa i CTD comparables, RIG-I i MDA5 detecten característiques lleugerament diferents dins dels ARN [31]. RIG-I prefereix ARNs de doble cadena (ds) o ssRNA més curts i s'activa per 5 0 -PPP-dsRNA o 50 -pp-dsRNA, mentre que 50 ARN monofosforilats no es detecta per RIG-I [32]. A més, RIG-I reconeix els ARN enriquits en regions poli-U/UC o AU, així com els ARN virals circulars [33–35]. Es proposa que la unió a ARN circulars estigui mediada per característiques estructurals de l'ARN o per proteïnes accessories d'unió a ARN, que cal identificar [33]. MDA5 s'uneix preferentment a dsRNA llargs i regions riques en AU [28,36,37]. S'ha demostrat que LGP2 detecta una àmplia gamma d'ARN diversos. Ni l'estat de fosforilació de l'extrem 50-ni la longitud de l'ARN sembla que influeixin en el reconeixement i la unió de LGP2 [38,39]. També se sap que la detecció d'ARN per proteïnes de la família PKR o OAS 1-3 contribueix a una resposta de defensa antiviral [9,10]. El PKR reconeix les molècules dsRNA de més de 30 pb de manera independent de la tapa [40], però s'han descrit la unió de ssRNA i 5'-PPP-RNA estructurada [41,42]. La unió es facilita per dos dominis d'unió a l'ARN en tàndem situats a la seva meitat N-terminal, que després de la unió de l'ARN inicien la dimerització de PKR i la posterior activació de la cinasa [43]. L'OAS1-3 s'uneix al dsRNA [10,44–46]. En unir-se a l'ARNds, l'OAS1-3 sintetitza 20-50 oligoadenilats lligats a fosfodièster, que serveixen com a segon missatger per desencadenar la dimerització i, al seu torn, l'activació de la ribonucleasa (RNasa) L i, per tant, la divisió de l'ARN [10,47]. Els fragments d'ARN escindits serveixen per amplificar la senyalització antiviral a mesura que són detectats pels PRR [9]. Els NLR i els ALR mostren una línia addicional de defensa immune [1,6,48]. Després de l'activació, s'ha demostrat que alguns NLR i ALR inicien l'assemblatge dels anomenats inflammasomes, complexos enzimàtics multiproteïns en els quals s'oligomereixen i s'uneixen a dominis CARD (ASC) que contenen proteïnes semblants a taques associades a l'apoptosi per mediar l'activació proteolítica de la caspasa. -1. Això al seu torn permet la maduració de citocines com la interleucina 1 (IL{-1) i la IL-18, contribuint així a una resposta immune antiviral. Entre els NLR, s'ha demostrat que NLRP3 està activat per una àmplia gamma d'ARN diversos [8,49]. Tanmateix, no s'ha demostrat la interacció directa amb els ARN. En canvi, NLRP3 s'assembla amb proteïnes accessories, entre elles les ARN helicases DExD/H-box o les lligases d'ubiquitina TRIM, que s'ha demostrat que permeten la detecció d'ARN i, posteriorment, l'activació de l'inflamsoma [8,49]. A diferència de NLRP3, AIM2 com a representant dels ALR està activat per l'ADN [6,48,50].

A més d'AIM2, el cGAS funciona com a sensor citosòlic d'ADN [5]. L'activació completa del cGAS es produeix en unir-se a molècules d'ADN més llargues. Aquests permeten la dimerització del cGAS, un requisit previ per a l'activació completa. Tanmateix, s'ha demostrat que el cGAS reconeix una varietat de molècules d'ADN, entre elles dsDNA, ssDNA que proporcionen estructures secundàries que donen lloc a dsDNA o híbrids ARN-ADN (com per exemple, derivats de bucles R). En unir-se, la senyalització es propaga mitjançant l'activació mediada per cGAMP de l'estimulador dels gens d'interferó (STING), donant lloc a l'activació d'IRF3 [5]. Així, el cGAS es pot activar per l'ADN patògen, però també per l'ADN cel·lular, per exemple en resposta a l'ADN citosòlic com a resultat d'una mala segregació de cromosomes, micronuclis i trencament de l'ADN [51]. A més d'aquests PRR clàssics, s'han identificat diversos factors hostes addicionals que serveixen com a sensors d'àcids nucleics estrangers, entre ells les helicases de caixa DExD/H, les ubiquitina ligases de la família de motius tripartits (TRIM) i un nombre creixent de diverses proteïnes addicionals d'unió a l'ARN [12– 14,52,53]. A més, la família molt heterogènia de receptors carronyaires ha estat implicada en la immunitat innata i s'ha demostrat que alguns membres s'uneixen a àcids nucleics estrangers [54]. Per a algunes d'aquestes proteïnes d'unió a l'ARN, s'ha implicat la funció de bastida [3,5,12]. Senten i s'uneixen a l'ARN estranger i el presenten als RLR, contribuint així i amplificant la senyalització antiviral [3,5,12].

Beneficis de cistanche per a homes que enforteixen el sistema immunitari

Feu clic aquí per veure els productes Cistanche Enhance Immunity

【Demanar més】 Correu electrònic:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

3. PARP13: un sensor d'ARN viral

Una d'aquestes proteïnes de bastida esmentades anteriorment, que està implicada en la resposta immune innata, és la proteïna antiviral de dit de zinc (ZAP), també coneguda com PARP13 (figura 1). Tot i que no té activitat catalítica, és conegut per la seva eficaç activitat antiviral [11]. PARP13 existeix en quatre isoformes diferents, derivades de l'empalmament i la poliadenilació alternatius [11,16]. Les dues isoformes més ben estudiades són PARP13.1 (ZAPL) i PARP13.2 (ZAPS), aquesta última no té el domini semblant a PARP [11]. Mentre que PARP13.1 sembla expressar-se constitutivament, PARP13.2 s'indueix amb la senyalització d'interferó [55]. S'ha descrit una interacció amb les 30 regions no traduïdes (30 UTR) de l'ARN missatger d'interferó (ARNm) per a PARP13.2, que per tant es considera que està implicada en una resposta de retroalimentació negativa a la senyalització d'IFN [55]. Curiosament, es va trobar que PARP13.2 colocalitzava amb RIG-I quan s'estimulava amb 50 -ARN de doble cadena PPP (ARNds) i sembla que juga un paper en la promoció de la producció d'interferó [56]. Totes les isoformes de PARP13 tenen un domini d'unió a l'ARN (RBD) que consta de quatre motius CH zinc finger (ZnF), el segon dels quals és conegut per la seva butxaca d'unió hidrofòbica amb una alta afinitat pels dinucleòtids CpG [11,57]. Els altres ZnF mostren una feble afinitat per l'ARN de seqüències desconegudes [11]. PARP13 és capaç de dimeritzar-se, i fins i tot s'ha suggerit la multimerització de PARP13 a l'ARN objectiu per a una defensa eficient contra els patògens [11]. Recentment, una pantalla de l'interatoma d'ARN de la síndrome respiratòria aguda severa del coronavirus tipus 2 (SARS-CoV-2) va identificar PARP13, així com el seu cofactor TRIM25, per unir-se directament a l'ARN viral [58]. Després de l'expressió ectòpica de PARP13.1 i PARP13.2, PARP13.2 però no PARP13.1 semblava tenir un efecte antiviral, com ho demostra una reducció significativa de la proteïna no estructural 12 del SARS-CoV-2 (nsP12) nivells d'ARN, que codifiquen l'ARN polimerasa depenent de l'ARN viral [58]. En canvi, Nchioua i els seus col·legues van informar d'una reducció de l'acumulació d'ARN de longitud completa de SARS-CoV-2 només en experiments de precisió amb overex PARP13.1 [59]. Tanmateix, per a ambdues isoformes, es va observar una reducció dels nivells d'ARN de la proteïna estructural d'espiga i nucleocàpsida del SARS-CoV-2 [59]. Les diferències en la localització cel·lular podrien explicar aquestes troballes, ja que PARP13.2 té una distribució citoplasmàtica difusa, mentre que PARP13.1 pot estar S-farnesilat, que el localitza als endolisosomes o al reticle endoplasmàtic (ER) [11]. El SARS-CoV-2 forma vesícules de doble membrana derivades de l'ER per a la seva replicació [60]. De fet, es va demostrar més tard que la S-farnesylation de PARP13.1 és necessària per a l'atenuació del SARS-CoV -2 [61]. També s'ha descrit activitat antiviral contra el virus de la grip A (IAV). Mentre que PARP13.1 sembla modular l'expressió de proteïnes virals, s'ha descrit que PARP13.2 s'orienta directament a l'ARN IAV [11, 62]. Liu i els seus col·legues van informar que PARP13.1 promou la poli-ADP-ribosilació (PARylation) de les proteïnes de la polimerasa IAV, la qual cosa condueix a la seva ubiquitinació i degradació posteriors [62].

No obstant això, com que PARP13 no té cap activitat catalítica, cal implicar una altra proteïna ribosilant ADP en aquest procés. La isoforma més curta, PARP13.2, és capaç d'unir-se a l'ARNm de l'ARN polimerasa bàsica 2 (PB2) de l'IAV i condueix a la seva degradació a més d'impedir-ne la traducció [63]. Aquest procés es contraresta per la proteïna no estructural 1 (NS1) de l'IAV, que es va trobar que evita la unió de l'ARN viral per PARP13.2 [63]. Curiosament, tampoc l'ARNm NS1 sembla no estar afectat per PARP13.2 [63]. Potencialment, això es podria atribuir a estructures secundàries dins de l'ARN NS1, que s'ha demostrat que formen forquilles que donen lloc a grans parts d'aquest ARN de doble cadena [64]. Un altre gènere de virus restringit per PARP13 són els alfavirus com el virus Sindbis, que està dirigit per PARP13.1 en grànuls d'estrès (SG) [55]. Recentment, diferents grups van trobar en experiments de cristal·lització que la butxaca WWE2 de PARP13 és capaç d'unir-se a un fragment d'ADP-ribosa (ADPr) de cadenes de poli-ADP-ribosa (PAR) [65, 66]. Xue i els seus col·legues també van confirmar aquests resultats in vitro i van revelar un paper essencial de dos aminoàcids al domini WWE2, W611 i Q668, per a aquesta unió. A més, van demostrar que el ZnF5, WWE1 i WWE2 de PARP13 es combinen per formar un domini que van anomenar domini central (CD) i que aquest CD s'uneix a PAR a les cèl·lules. També es va demostrar que la isoforma llarga de PARP13, PARP13.1, uneix PAR a les cèl·lules, tot i que no de manera tan eficient com el CD aïllat [66]. Aquesta unió té un paper important en els grànuls d'estrès (SG), on la unió PAR és un requisit previ per a la relocalització de PARP13-CD i PARP13.1 [66]. A més, es va trobar que el deteriorament mutacional de la unió de PARP13.1 a PAR atenuava la seva activitat antiviral [66]. També s'ha descrit la localització als grànuls d'estrès per a PARP13.2, que està cada cop més PARilat a l'estrès [67]. Així, els grànuls d'estrès (SG) permeten l'acumulació d'ARN, PAR i PARP13 [66,68]. Caldrà abordar si l'agrupació contribueix a l'activitat antiviral de PARP13, és a dir, promoure la degradació de l'ARN o inhibir la traducció. Val la pena esmentar que, semblant a PARP13, s'ha demostrat que proteïnes PARP addicionals s'associen amb SG, cosa que suggereix una acció concertada o un paper sinèrgic dels PARP en la formació i/o funció de SG. La troballa que apunta a una direcció similar és que PARP13, tot i que no té activitat catalítica, està ribosilat amb ADP i, per tant, ha d'interaccionar estretament amb altres enzims PARP [67]. Aquesta ribosilació d'ADP pot controlar la funció de PARP13 com, per exemple, com es mostra per a PARP7, que MARil·la els residus de cisteïna en ZnF, interferint així amb la capacitat de PARP13 d'interaccionar amb l'ARN [16]. Esperem moltes interaccions addicionals entre proteïnes PARP, així com altres PRR i efectors aigües avall. Així, com els PARP es sinergien per al reconeixement eficient dels àcids nucleics i la defensa contra els patògens són preguntes interessants en el camp de la defensa immune innata.

4. La subclasse de PARP regulada per IFN

4.1. La família PARP

A partir de l'organització del domini i l'anàlisi estructural, PARP13 s'assigna a la família d'ADP-ribosiltransferases semblants a la toxina diftèrica (ARTD), que en total inclou 17 membres [69–71]. Tots comparteixen un domini ART altament conservat, que, a excepció de PARP13, permet que aquestes proteïnes catalitzin la ribosilació d'ADP. La ribosilació d'ADP és una modificació postraduccional reversible (PTM), que es caracteritza per l'addició d'un o diversos fragments d'ADP-ribosa a un substrat [70]. Basat en part en la composició d'aminoàcids de la tríada catalítica, els enzims individuals poden catalitzar la PARilació (PARP1, PARP2, TNKS1 i TNKS2) o la MARilació (PARP3, PARP4, PARP7-PARP12, PARP14-PARP16). ) [70,72]. Per fer-ho, consumeixen nicotinamida adenina dinucleòtid (NAD+) com a cofactor i transfereixen ADP-ribosa, ja sigui una part única (MARilació) o en un procés iteratiu (PARilació) múltiples unitats amb l'alliberament de nicotinamida [70]. PARP13 és l'únic membre de la família que no té activitat de ribosilació d'ADP a causa de la seva incapacitat per unir-se correctament a NAD + [73]. A continuació, ens concentrarem en els PARP sensibles a l'interferó (PARP9-15; Figura 1) [16], MARylation i les capacitats (potencials) de detecció d'àcids nucleics d'aquest subconjunt de PARP.

4.2. Regulació i propagació de la MARylation

Com altres PTM, cal llegir la MARylation i propagar el senyal. Els macrodominis 2 i 3 de PARP14 s'han identificat com a lectors de MARylation [70,74,75]. A més, la MARylation mostra un PTM totalment reversible habilitat per l'activitat hidrolítica que tenen alguns macrodominis [70]. Els esborradors cel·lulars de MARylation inclouen MacroD1, MacroD2 i TARG1. La desMARilació està activada pel seu macrodomini actiu [70]. El plec del macrodomini està molt conservat entre totes les espècies de vida i també està incrustat en proteïnes no estructurals de diversos virus ARN monocatenaris ((+)ss) de sentit positiu [16,76,77]. La inducció de PARPs MARilants pel sistema IFN innat en combinació amb la capacitat de diversos macrodominis virals de revertir la MARilació indica un paper antiviral dels PARP induïbles per IFN. A més, s'ha demostrat que els PARP han evolucionat sota una forta selecció positiva, apuntant a més a una funció en la immunitat innata [78,79]. No obstant això, els coneixements sobre els mecanismes i la funció exacta dels PARP induïbles per IFN segueixen sent difícils. Una possibilitat que els PARP induïbles per IFN puguin contribuir a una resposta antiviral és el reconeixement d'àcids nucleics estrangers. Com s'ha indicat abans, les proteïnes adaptadores com les helicases de caixa DExD/H o PARP13 poden servir com a bastides per portar àcids nucleics i proteïnes efectores molt a prop. De la mateixa manera, els PARP que responen a IFN podrien funcionar com a bastides, ajudant així al reconeixement de l'ARN per part d'un dels PRR clàssics. A més, la seva activitat de MARylation podria afegir un altre nivell de regulació per afinar la resposta immune innata. Hi ha indicis que la presència d'ARN viral podria desencadenar l'activitat de MARilació d'aquests enzims [80,81]. Postulant que la unió de l'ARN determina l'activitat catalítica, també podria permetre redirigir l'activitat catalítica a diferents substrats. Aquests poden ser factors virals i hoste. A més, l'especificitat alterada també podria afectar l'estabilitat de les proteïnes, per exemple, reduint l'automodificació, donant així estabilitat a certs enzims PARP [82]. A més, l'ARN viral podria representar un substrat per a la MARilació, ja que s'ha identificat que l'ARN està MARilat tant in vitro com a les cèl·lules [83,84].

4.3. Organització de dominis de PARP regulats per IFN

Cal destacar que els PARP que responen a IFN mostren dominis i motius potencialment implicats en la unió d'àcids nucleics (figura 1).

Figura 1. Arquitectura de domini dels PARP sensibles a IFN. Tots els membres de la família PARP que responen a IFN contenen el domini ADP-ribosiltransferasa (ART) conservat al seu extrem C-terminal. Excepte PARP13, el domini ART dels altres PARP posseeix activitat de MARylation [72,73]. PARP9, PARP14 i PARP15 contenen repeticions de macrodomini (MD), 2 com en el cas de PARP9 i PARP15 Figura 1. Arquitectura de domini dels PARP sensibles a IFN. Tots els membres de la família PARP que responen a IFN contenen el domini ADP-ribosiltransferasa (ART) conservat al seu extrem C-terminal. Excepte PARP13, el domini ART dels altres PARP posseeix activitat de MARylation [72,73]. PARP9, PARP14 i PARP15 contenen repeticions de macrodomini (MD), ja sigui 2 com en el cas de PARP9 i PARP15, o tres com es va veure per PARP14. A més dels tres macrodominis, PARP14 també està equipat amb dos motius de reconeixement d'ARN (RRM) al seu N-terminal, coneguts per mediar la unió d'ARN. De la mateixa manera, PARP10 porta dos RRM al seu N-terminal. PARP11-PARP14 alberga un (PARP11, PARP14) o dos mòduls de la WWE (PARP12, PARP13), coneguts per facilitar la unió de poli-ADP-ribosa. PARP12 i PARP13 a l'N-terminal contenen dominis d'unió a l'ADN de tipus Winged-Helix (WH-l) seguits de cinc motius de dit de zinc (ZF), coneguts per medir la unió als àcids nucleics. PARP10 és únic, ja que és l'únic membre de la família equipat amb motius d'interacció ubiquitina (UIM), dels quals en porta tres a la seva meitat C-terminal (creat amb BioRender.com).

PARP12 s'assembla a l'estructura general del domini de PARP13 i de la mateixa manera està equipat amb diversos ZnF. Aquests dominis estan ben descrits com a mòduls d'unió d'àcids nucleics, entre altres funcions, i com a tals estan àmpliament implicats en les interaccions hoste-patogen [85]. Això provoca preguntes sobre quines funcions es poden assignar als ZnF de PARP12 i si aquests estan implicats en la detecció d'ARN. Hi ha proves acumulades que els macrodominis representen un mòdul addicional d'unió d'àcids nucleics. Recentment, s'ha demostrat que PARP9 s'uneix a l'ARN viral mediat pel seu primer macrodomini [15]. La capacitat d'unir-se a l'ARN també s'ha demostrat per a TARG1 [86]. El macrodomini com a mòdul d'unió dels àcids nucleics també s'ha establert a partir de troballes amb alguns macrodominis virals (MD). S'ha demostrat que el vMD del virus Chikungunya (CHIKV) o el virus de l'encefalitis veneçolana (VEEV) s'uneixen a ssRNA [87], mentre que s'ha demostrat que el segon i tercer vMD (dominis únics del SARS, SUD) del SARS-Coronavirus s'uneixen als quadriplexos G. [88,89]. A més de PARP9, PARP14 i PARP15 pertanyen als PARP estimulats per IFN que contenen macrodomini. Mentre que PARP14 macro2 i macro3, així com PARP15 macro2, s'han identificat per unir-se a MAR [75, 90], la funció del primer macrodomini dins d'ambdues proteïnes segueix sent esquiva. No obstant això, basant-se en comparacions de seqüències, estan filogenèticament més relacionats amb els macrodominis hidrolítics codificats pels virus ssRNA, potser els permeten postular també una capacitat d'unió d'ARN (figura 2). A més dels seus macrodominis, PARP14 mostra dos motius de reconeixement d'ARN (RRM) a prop del seu N-terminal, que estan separats per una regió intrínsecament desordenada (IDR, segons l'anàlisi de la seqüència d'aminoàcids mitjançant PONDR) dels seus altres dominis funcionals. Aquest és també el cas del PARP10 (anàlisi per PONDR) (Figura 1). Els RRM, però també els IDR de manera individual o cooperativa poden mediar la unió de l'ARN [91–93]. En general, els múltiples RRM funcionen en tàndem, facilitant així la unió adequada de l'ARN i conferint especificitat a l'ARN [94]. Serà d'interès avaluar els modes d'unió d'àcids nucleics d'aquest subconjunt de PARP. Aquests dominis detecten realment els àcids nucleics estrangers per contribuir a una resposta antiviral robusta?

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-macro2) van ser analitzats per CLUSTAL 2.1 i el fitxer d'arbre filogenètic es va penjar a iTOL 6.6 per generar aquest arbre filogenètic [95].

4.4. PARP regulats per IFN com a factors de restricció de l'amfitrió

Com ja s'ha dit, PARP12 posseeix una organització de domini similar a PARP13, però el seu domini ART mostra activitat enzimàtica [16] (Figura 1). Tot i que PARP13 ja és conegut pel seu paper com a PRR en la resposta immune innata, es podria postular una funció similar per a PARP12 [11,96]. Tanmateix, la unió a l'ARN de PARP12 no s'ha confirmat fins ara experimentalment, però hi ha proves que provenen del reclutament de PARP12 als SG [67,97,98]. Els SG són condensats enriquits en ARNm a causa dels complexos de traducció estancats depenent de l'estrès i PAR [67, 99]. La localització de PARP12 a aquests condensats depèn dels seus dominis ZnF i WWE, cosa que suggereix que la capacitat d'unir potencialment tant ARN com PAR provoca que PARP12 es localitzi als SG [97,98]. Cal destacar que, com la unió d'ARN, la unió de PAR pel domini WWE de PARP12 no s'ha validat experimentalment. Encara no s'ha trobat un paper funcional de PARP12 en els grànuls de biologia SG, però com que els SG es discuteixen com a resposta de primera línia a les infeccions víriques, la regulació i/o modulació d'aquests condensats podria ser un mode d'acció antiviral de PARP12 [100]. ]. Val la pena assenyalar que, a més de PARP13 i PARP12, PARP14 i PARP15 també s'han identificat com a proteïnes SG, almenys quan estan sobreexpressades [67]. Serà interessant analitzar si el PARP12, anàleg al PARP13, regula la rotació i/o la traducció d'ARN i si això està restringit als ARN virals o també pot ser rellevant per als ARNm de l'hoste en cèl·lules infectades i, per tant, estressades. Una línia d'evidència addicional per a PARP12 com a proteïna d'unió a l'ARN es dedueix de la investigació recent del SARS-CoV-2. La identificació de factors hoste que interactuen amb el genoma de l'ARN del SARS-CoV-2 va revelar PARP12 i PARP13 com a proteïnes que interactuen [58,101].

De fet, PARP12 s'ha identificat com un factor de restricció per a alguns virus [81,102,103]. Un mecanisme potencial que s'està discutint és limitar la replicació d'alfavirus mitjançant la modulació de la traducció cel·lular [102]. Després de la infecció per VEEV, PARP12 sembla ser complex amb ribosomes i diverses proteïnes que se sap que tenen un paper en la traducció [102]. Això també podria proporcionar un enllaç a la biologia SG i/o a la modulació d'aquests condensats, ja que s'enriqueixen en complexos de traducció aturats [100]. A més, PARP12 limita la replicació del virus Zika (ZIKV) de fet després de la interacció amb PARP11 mitjançant els seus dominis WWE [104,105]. Aquí, l'efecte restrictiu està mediat per la promoció de la PARilació de les proteïnes virals no estructurals NS1 i NS3 dirigides a la degradació proteasòmica [104,105]. Això s'assembla al mode d'acció que es mostra per a PARP13.1 pel que fa a les proteïnes IAV que s'estan preparant per PAR per a la degradació proteasòmica [62]. De nou, presumiblement, altres enzims PARP també estan implicats en aquest procés, ja que la PARilació no està catalitzada per PARP12 ni PARP11 [72]. PARP11 s'ha identificat com un regulador de la senyalització d'IFN. S'ha demostrat que catalitza la MARilació de -TrcP, una ubiquitina E3 lligasa. Això dóna lloc a la posterior ubiqüitinació i rotació de l'IFN / receptor 1 (IFNAR1) que indica un control de retroalimentació de la senyalització d'IFN per PARP11 [106]. PARP9, juntament amb PARP14 i PARP15, és un dels PARP que contenen macrodominis [16] (figura 1). Tanmateix, fins ara, no s'ha dilucidat completament per a PARP9, tant si té o no activitat ribosilant d'ADP [16]. Els macrodominis PARP9 s'han identificat per unir PAR permetent la colocalització de PARP9 amb l'enzim PARilant PARP1 després d'un dany a l'ADN [107,108]. A més, s'ha discutit un paper antiviral per a PARP9. A les cèl·lules dendrítiques, la grip A, un virus d'ARN de cadena negativa, indueix l'expressió de PARP9 [15]. A més, Xing i els seus col·legues van informar d'un efecte protector de PARP9 contra el virus de l'estomatitis vesicular del virus de l'ARN de sentit negatiu i la infecció per reovirus dsRNA en ratolins, mentre que aquest efecte no es produeix amb el virus de l'ADN del virus de l'herpes simple tipus 1 (HSV-1 ) [15]. Van trobar que el primer macrodomini de PARP9 era essencial per a la unió de dsRNA viral que van des de 1100 parells de bases (pb) fins a 1400 pb (taula 1). A més, PARP9 contribueix substancialment a la producció d'IFN de tipus I activant la via de senyalització de la fosfoinosítid-3-quinasa/proteïna quinasa B (PI3K/AKT) [15]. Per a molts processos, però, PARP9 forma un heterodímer amb la ubiquitina lligasa E3 elimina la ubiquitina lligasa L (DTX3L). Junts tenen un paper en la reparació del dany de l'ADN i la defensa antiviral [15,108]. L'heterodímer DTX3L/PARP9 és capaç de MARilar selectivament la ubiquitina [108]. Els autors suggereixen que aquesta modificació depèn de l'activitat catalítica de PARP9 [108]. Russo i els seus col·legues van trobar que l'heterodímer DTX3L/PARP9 té un paper central en la ribosilació d'ADP induïda després de la inducció d'ISG. Això sembla ser independent de la pròpia activitat PARP9, cosa que suggereix una possible diafonia amb altres PARP MARylants o una acció concertada d'aquestes proteïnes. L'augment de la MARilació global s'inverteix per l'activitat hidrolasa del macrodomini SARS-CoV -2 nsP31 [109,110]. El 2016, Iwata i els seus col·legues van trobar que el transductor de senyal i l'activador de la transcripció 1 (STAT1) i STAT6 estaven ribosilats amb ADP in vitro per PARP14, un procés suprimit per PARP9. A més, van afirmar que la fosforilació STAT1 era inhibida per la ribosilació STAT1 ADP mediada per PARP14 [111]. A més, es va observar un paper antiinflamatori de PARP14 en els macròfags, que promou la resposta de la interleucina (IL)-4 i que suprimeix les respostes induïdes per IFN [111]. Tot i que aquest treball ha rebut fortes crítiques [112], almenys la interacció PARP9-PARP14 s'ha confirmat en experiments de co-immunoprecipitació realitzats per altres grups [113]. Grunewald i els seus col·legues suggereixen que PARP14 pot regular la resposta d'IFN tant, depenent de la ribosilació d'ADP, com també independentment de la seva activitat catalítica [114]. A més, van observar un augment de la replicació viral del virus de l'hepatitis del ratolí (MHV) en experiments d'inhibició i derrocament de Parp14, cosa que suggereix capacitats antivirals de PARP14 [114]. En experiments de reticulació viral i purificació en fase sòlida (VIR-CLASP) per al virus Chikungunya (CHIKV), PARP14 i PARP9 es van identificar com a interactors CHIKV-ARN [115]. Una pantalla per als interactors del genoma IAV, en canvi, no va revelar la interacció de cap dels mono-ARTD [115]. PARP14 té tres macrodominis i s'ha informat que macro2 i macro3 s'uneixen a PARP10 MARylated, però sembla que no tenen activitat hidrolasa i, per tant, es consideren lectors de MARylation [75]. Curiosament, s'ha descrit que el macrodomini PARP141 s'assembla, almenys a nivell de seqüència, al macrodomini SARS-CoV-2 (figura 2) [116,117]. PARP14 és el més gran dels enzims PARP i té un motiu de reconeixement d'ARN (RRM) al seu N-terminal seguit d'una llarga regió intrínsecament desordenada, la funció de la qual encara és desconeguda [118]. PARP14 s'uneix al 3'UTR de l'ARNm del factor tissular en sinergia amb tristetraprolina (TTP) després de l'estimulació de lipopolisacàrids (LPS) (taula 1) [119]. Tanmateix, encara s'ha de determinar quins dominis de PARP14 estan implicats en aquesta interacció o si la ribosilació ADP mediada per PARP{140}}contribueix a aquesta interacció [119]. Riley i els seus col·legues també han informat de la unió d'àcids nucleics de PARP14, que van trobar dos motius d'ADN putatius reconeguts per PARP14 (taula 1). Aquests motius estan presents a la regió promotora de la interleucina-4 (Il{-4) i Il{-5 i PARP14 sembla tenir un paper en l'expressió de les citocines T helper tipus 2 (Th2) [ 120]. Això també es recolza en les troballes sobre el paper de PARP14 en les reaccions al·lèrgiques en ratolins [121]. Es va trobar que PARP14 es localitza principalment al citosol i es trasllada al nucli després del tractament amb LPS [113]. També sembla estar implicat en la translocació d'altres proteïnes al nucli, especialment aquelles que són induïbles per IFN [113]. PARP10 s'expressa molt a les cèl·lules hematopoètiques, donant suport a un paper funcional en la immunitat innata [122]. Igual que PARP12, s'ha demostrat que PARP10 és restrictiu per a la replicació viral [81,102,103]. Atasheva i els seus col·legues van demostrar que l'expressió de PARP10 a partir d'un segon promotor subgenòmic dins del genoma VEEV provoca la inhibició de la traducció [102]. No obstant això, com PARP10 interfereix amb la traducció segueix obert. De la mateixa manera, no està clar si aquesta possible modulació de la traducció confereix a la seva activitat antiviral.

Taula 1. Visió general de les modalitats d'unió a l'ARN dels PRR clàssics i dels PARP regulats per IFN.

Recentment, s'ha identificat la proteïna no estructural (nsP) 2 de CHIKV com a substrat PARP10. La MARilació perjudica l'activitat proteolítica de nsP2, que és essencial per a la replicació [81]. Les nsP de CHIKV es tradueixen com a poliproteïnes que necessiten ser processades a les nsP individuals, que posteriorment formen el complex de replicació funcional [123]. Així, l'activitat antiviral de PARP10 podria estar mediada almenys en part per la modificació i regulació de proteïnes virals. Curiosament, la MARilació de CHIKV-nsP2 només es va observar quan es va imitar una infecció viral mitjançant la transfecció d'un replicó d'ARN transcrit in vitro. La coexpressió basada en plasmidi de GFP-nsP2 i PARP10 no va ser suficient per induir la MARilació [81]. Es van observar resultats similars estudiant la ribosilació d'ADP en el context d'una infecció pel virus de l'hepatitis murina (MHV), un coronavirus. La proteïna nucleocàpsida (N) de MHV només es va trobar ribosilada amb ADP després de la infecció per MHV i la modificació fallida quan s'expressava de manera exògena a les cèl·lules [80]. Aquestes troballes fomenten l'especulació. És necessària la presència d'ARN viral per a l'activació completa de PARP10 i d'altres PARP? L'N-terminal PARP10 posseeix dos RRM prop de l'N-terminal. Això va seguit d'un domini ric en glicina intrínsecament desordenat (figura 1). S'ha d'investigar si aquests permeten la unió d'àcids nucleics per abordar la qüestió de si PARP10 podria funcionar com a PRR. Com s'ha assenyalat anteriorment, l'ARN s'ha identificat com a substrat per a la MARylation [83,84,124,125]. Els dominis catalítics aïllats de PARP10 i PARP15 són capaços de MARilar el fosfat terminal 50 de ssRNA in vitro. Tanmateix, les variants de longitud completa d'aquestes proteïnes no ho van fer in vitro [83,84]. L'ADP-ribosiltransferasa identificada a l'ARN MARylate com a proteïna de longitud completa in vitro i en cèl·lules, és TRPT-1. S'ha demostrat que la MARilació de 50 -P-RNA impedeix la traducció [84].

4.5. Perspectiva dels PARP regulats per IFN com a sensors d'ARN viral

cistanche tubulosa: millora el sistema immunitari

Què es pot extreure d'aquestes troballes? És evident que els PARP estan implicats en la defensa antiviral. Hi ha una creixent evidència que vincula aquest subconjunt d'enzims PARP que responen a IFN amb la immunitat innata, tal com es resumeix en revisions recents [16,109,118]. Tanmateix, com que es tracta d'un camp de recerca bastant emergent i de ràpid desenvolupament, hi ha moltes preguntes obertes per abordar i respondre. A més de la inducció per IFN, difícilment entenem com es regula l'expressió d'aquests gens PARP i la funció de les proteïnes codificades. Com es regula la seva activitat catalítica? Es necessita una regulació precisa de l'activitat MAR? Com s'aconsegueix la rotació d'aquestes proteïnes? Quines són les funcions dels diversos dominis proteics amb què estan equipades aquestes proteïnes PARP? Hi ha diafonia entre aquests diferents dominis i, ampliant-ho, proporcionen una funcionalitat separada de l'activitat MAR? A més, com es fan sinergies els enzims individuals per contribuir a l'establiment d'una resposta antiviral robusta? Quines són les molècules de substrat (proteïnes o àcids nucleics) per afinar una resposta immune a un o altre patogen? Com s'aconsegueix l'especificitat? En aquesta darrera secció, ens agrada especular sobre les possibles respostes a aquestes preguntes. A partir de la seva organització del domini (figura 1), especulem que aquest subconjunt de PARPs interacciona amb àcids nucleics estrangers, però possiblement també cel·lulars. Els ARN virals presenten moltes estructures secundàries, que juntament amb la seqüència i/o la modificació de l'ARN poden permetre el reconeixement i la unió [126,127]. Aquestes estructures secundàries complexes, localitzades majoritàriament a la 5'UTR i 3'UTR dels ARN virals, les protegeixen del reconeixement per part de molts sensors de ssRNA [128]. A més, els virus han desenvolupat diferents estratègies, com ara l'arrabassament de la tapa (robar la tapa de l'ARNm de l'hoste) o la imitació de la tapa per evadir el reconeixement dels PRR clàssics [129]. Per tant, és concebible que els PARP, com el PARP9, entrin en joc (figura 3). En unir l'ARN, podrien ajudar a l'activació dels PRR clàssics, tal com s'ha demostrat per a PARP13 en concert amb RIG-I [11].

Figura 3. PARPs regulats per IFN com a sensors d'ARN estranger i possibles conseqüències d'aquesta interacció.

Encara no s'ha dilucidat un enllaç directe amb l'activació de l'inflamsoma, però NLRP3, que s'activa en una àmplia gamma d'ARN, depèn completament de proteïnes accessories, ja que no té cap capacitat intrínseca d'unió a l'ARN [49]. En aquests escenaris, els PARP podrien entrar en joc per detectar els àcids nucleics i, com a conseqüència, unir-se i mediar l'activació del PRR. Això podria estar controlat per MARylation. De fet, ja s'ha demostrat la ribosilació ADP de NLRP3. La PARilació per PARP1 contribueix a la seva activació i al posterior muntatge d'inflamsoma [130]. S'ha demostrat que la MARilació addicional de NLRP3 per toxines bacterianes contribueix a l'activació de l'inflamsoma [131]. Serà interessant provar si els PARP regulats per IFN podrien unir la detecció de l'ARN i l'activació de l'inflamsoma i si això és independent de la MARilació. La unió d'ARN pot desencadenar l'activació dels enzims PARP i contribuir a l'especificitat, tal com suggereixen les troballes amb CHIKV-nsP2 o la proteïna N de MHV (figura 3) [80, 81]. En aquests estudis, la modificació de les proteïnes virals només es va poder observar després de la infecció i, per tant, la presència d'ARN viral. El concepte d'activació enzimàtica depenent de l'àcid nucleic es coneix des de fa temps per a PARP1, que s'activa completament només amb la presència d'ADN tallat a causa de la diafonia entre ZnF III i el domini ART [132]. Aquesta diafonia de domini també és ben imaginable per als PARP regulats per IFN. Un altre mode d'activació, encara que altament especulatiu actualment, podria ser comparable a com s'activa RIG-I [25]. Els RRM i la llarga regió rica en glicina intrínsecament desordenada present a PARP10 i PARP14 poden contribuir a una conformació inactiva, que s'obre quan les proteïnes interaccionen amb l'ARN (figura 3). Aquesta conformació més oberta podria permetre l'activitat catalítica i/o el reconeixement de substrats. Així, serà interessant aclarir si aquestes interaccions intramoleculars es produeixen i com es regulen. A més, la promiscuïtat dels enzims PARP s'ha discutit recentment [133]. La promiscuïtat podria ser superada per cofactors. Per exemple, HPF-1 dirigeix ​​l'activitat PARP1 cap a la modificació de la serina i s'ha discutit que DTX3L confereix l'activitat catalítica de PARP9 [108,134]. Una idea interessant és que, a més de les proteïnes que actuen com a cofactors, l'ARN també pot transmetre especificitat, canviant així un repertori potencial de substrats (figura 3). Pensant més en això, la unió de l'ARN també podria donar lloc a una modificació específica del substrat en lloc de l'automodificació. A més, es va demostrar que la inhibició de l'activitat catalítica d'alguns PARP augmenta la seva estabilitat, cosa que indica que la modificació automàtica provoca la degradació proteasòmica [82]. Així, la unió d'ARN d'aquests PARP podria reduir l'automodificació a causa dels canvis en l'especificitat del substrat, promovent així l'estabilitat dels PARP sensibles a IFN. Aquest augment de proteïnes podria ser important per millorar la capacitat cel·lular de reconèixer els àcids nucleics patògens. A més, un cop resolt l'estrès de la infecció i eliminat l'ARN estrany de les cèl·lules, els PARP tornarien a la modificació automàtica, afavorint la seva degradació. Així, un escenari d'aquest tipus milloraria inicialment i, posteriorment, participaria en l'apagada oportuna de la resposta immune innata, evitant així efectes tòxics pel fet de superar la immunitat. Les capacitats d'unió a l'ARN dels enzims PPARP poden interferir amb la traducció viral. Els alfavirus, per exemple, contenen un alt contingut de CpG i, per tant, són reconeguts i dirigits per PARP13 [129]. Al seu torn, es va demostrar que PARP13 interacciona amb el factor d'iniciació de la traducció eucariota 4G (eIF-4G) i eIF{-4A [129]. Els PARP associats a macrodominis poden interferir amb la traducció de l'ARN del SARS-CoV-2. El SARS-CoV-2 nsP3 es localitza a vesícules de doble membrana derivades de l'ER [60]. S'ha demostrat que el SUD de nsP3, format per dos macrodominis virals i el domini que precedeix a la ubiquitina 2 (Ubl2) i la proteasa semblant a la papaïna 2 (PL2pro) (DPUP), interacciona amb els ribosomes i la proteïna que interacciona amb la proteïna d'unió a poliadenilat 1 ( PAIP1) [128]. Es creu que aquesta interacció és crucial per a la traducció viral. A més, se sap que els macrodominis del SUD són capaços d'unir G-quadruplex i, en el cas de macro3, probablement poli-A [128]. La unió de l'ARN viral als macrodominis nsP3 SUD també podria protegir-los del reconeixement per part dels macrodominis humans. No obstant això, aquesta hipòtesi encara és bastant vaga, ja que encara no s'ha demostrat que l'ARN viral s'uneixi als MD del CoV-2 SUD, ni que els MD humans puguin interactuar amb l'ARN viral aquí. Alternativament, els macrodominis virals podrien unir-se als ARNm hostes i, per tant, dificultar la seva traducció juntament amb nsP1 [128]. Tanmateix, en ambdós casos també és interessant observar la proximitat de la macro1 viral N-terminal adjacent al SUD. Macro1 té activitat hidrolasa, cosa que suggereix que els PARP o la ribosilació d'ADP estan implicats en l'atenuació de virus interferint amb la seva traducció [135]. El propi ARN viral podria ser un substrat (figura 3). Els estudis in vitro no van demostrar la MARilació mitjançant PARP10 o PARP15 de longitud completa [84]. Tanmateix, donada la naturalesa artificial de l'estirament 5'-P-RNA utilitzat en aquests experiments in vitro, no es pot excloure la modificació de l'ARN per part dels enzims PARP. De nou, els motius estructurals i/o de seqüència de l'ARN podrien ser importants per a la unió i per alterar l'activitat i/o l'especificitat de la MARylation, aspectes que s'han d'aclarir en futures investigacions. La interacció i la col·laboració entre PARP també podrien estar mediades per l'ARN. Diversos d'aquests PARP, almenys quan estan sobreexpressats, semblen formar condensats a les cèl·lules [136]. L'ARN té un paper important com a bastida en molts condensats. La MARilació, a més de l'ARN, podria permetre reclutar aquests PARP a aquests condensats. Segons estudis amb TARG1, la unió a l'ARN i la unió a la ribosa APD no semblen ser exclusives, cosa que suggereix que els macrodominis podrien ser capaços de reconèixer els senyals MAR i l'ARN alhora [86]. Després d'aquesta idea més aviat especulativa dels PARP com a sensors d'ARN estranger i la possible conseqüència d'aquesta interacció RRNA, encara hi ha una pregunta òbvia per respondre. Els PARP regulats per IFN necessiten una regulació estricta? Com que estan implicats en la immunitat innata, la desregulació o l'activació de mutacions vinculen els PARP amb els trastorns autoimmunes? També cal destacar que els enzims PARP poden actuar com una espasa de doble tall, no només jugant un paper antiviral sinó que també són explotats per alguns virus. Un d'aquests candidats podria ser PARP11, com a contrapès per a la senyalització d'IFN [106].

cistanche tubulosa: millora el sistema immunitari

5. Conclusions

Els darrers anys han creat diverses línies d'evidència que indiquen que un subconjunt de MARylating ARTD té un paper en la immunitat innata. Amb les proteïnes i recentment també l'ARN com a substrats dels mecanismes potencials de MARilació i com confereixen a una resposta antiviral robusta s'estan discutint i avaluant. A més del domini ART i la modulació per activitat catalítica, els papers potencials de diversos altres dominis, amb els quals estan equipats els PARP regulats per IFN, s'estan centrant en les seves possibles contribucions a les activitats antivirals. Certament, estem lluny d'entendre els detalls necessaris de les funcions d'aquestes proteïnes PARP per dibuixar una imatge completa de la seva implicació en la immunitat innata. No obstant això, en aquesta revisió, presentem possibilitats de com els dominis addicionals, a més del domini ART, poden contribuir a la senyalització immune innata. L'obtenció d'una comprensió més completa de les seves funcions i la interacció amb factors virals i hoste, tant proteïnes com ARN, definirà, sens dubte, nous punts de partida per a la intervenció farmacològica.

Referències

1. Carty, M.; Guy, C.; Bowie, AG Detecció d'infeccions víriques per immunitat innata. Bioquímica. Pharmacol. 2021, 183, 114316. [CrossRef] [PubMed]

2. Chow, KT; Gale, M., Jr.; Loo, YM RIG-I i altres sensors d'ARN en immunitat antiviral. Ann. Reverent Immunol. 2018, 36, 667–694. [CrossRef] [PubMed]

3. Said, EA; Tremblay, N.; Al-Balushi, MS; Al-Jabri, AA; Lamarre, D. Virus vistos per les nostres cèl·lules: el paper dels sensors d'ARN viral. J. Immunol. Res. 2018, 2018, 9480497. [CrossRef] [PubMed]

4. Fitzgerald, KA; Kagan, JC Toll-like Receptors and the Control of Immunity. Cel·la 2020, 180, 1044–1066. [Ref creuat]

5. Hopfner, KP; Hornung, V. Mecanismes moleculars i funcions cel·lulars de la senyalització cGAS-STING. Nat. mossèn Mol. Biol cel·lular. 2020, 21, 501–521. [Ref creuat]

6. Lugrin, J.; Martinon, F. L'inflammasoma AIM2: sensor de patògens i pertorbacions cel·lulars. Immunol. Rev. 2018, 281, 99–114. [Ref creuat]

7. Rehwinkel, J.; Gack, receptors semblants a MU RIG-I: la seva regulació i papers en la detecció d'ARN. Nat. Reverent Immunol. 2020, 20, 537–551. [Ref creuat]

8. Zhao, C.; Zhao, W. NLRP3 Inflamasome-Un jugador clau en respostes antivirals. Davant. Immunol. 2020, 11, 211. [Ref. creuada]

9. Schlee, M.; Hartmann, G. Discriminar el jo del no-jo en la detecció d'àcids nucleics. Nat. Reverent Immunol. 2016, 16, 566–580. [Ref creuat]

10. Schwartz, SL; Conn, regulació de l'ARN GL de la proteïna antiviral 20 -50 -oligoadenilat sintetasa. Wiley Interdiscip. Rev. RNA 2019, 10, e1534. [Ref creuat]

11. Ficarelli, M.; Neil, SJD; Swanson, CM Restricció dirigida a l'expressió i replicació gènica viral pel sistema antiviral ZAP. Ann. Reverent Virol. 2021, 8, 265–283. [Ref creuat]

12. Oshiumi, H.; Kouwaki, T.; Seya, T. Factors accessoris dels sensors d'ARN viral citoplasmàtic necessaris per a la resposta immune innata antiviral. Davant. Immunol. 2016, 7, 200. [CrossRef]

13. Su, C.; Tang, YD; Zheng, C. DExD/H-box helicases: reguladors multifuncionals en la immunitat innata antiviral. Cèl·lula. Mol. Ciència de la vida. 2021, 79, 2. [Ref. creuada]

14. Williams, FP; Haubrich, K.; Pérez-Borrajero, C.; Hennig, J. Emerging RNA-binding roles in the TRIM family of ubiquitin ligases. Biol. Chem. 2019, 400, 1443–1464. [Ref creuat]

15. Xing, J.; Zhang, A.; Du, Y.; Fang, M.; Minze, LJ; Liu, YJ; Li, XC; Zhang, Z. Identificació de la poli(ADP-ribosa) polimerasa 9 (PARP9) com a sensor no canònic per a virus ARN en cèl·lules dendrítiques. Nat. Commun. 2021, 12, 2681. [CrossRef]

16. Luscher, B.; Verheirstraeten, M.; Krieg, S.; Korn, P. Mono-ADP-ribosiltransferases intracel·lulars a la interfase hoste-virus. Cèl·lula. Mol. Ciència de la vida. 2022, 79, 288. [Ref. creuada]

17. Duan, T.; Du, Y.; Xing, C.; Wang, HY; Wang, Senyalització de receptors similars a RF i el seu paper en la immunitat mediada per cèl·lules. Davant. Immunol. 2022, 13, 812774. [CrossRef]

18. Lind, NA; Rael, VE; Pestal, K.; Liu, B.; Barton, GM Regulació dels receptors Toll-like sensibles a l'àcid nucleic. Nat. Reverent Immunol. 2022, 22, 224–235. [Ref creuat]

19. Vierbuchen, T.; Stein, K.; Heine, H. RNA està fent el seu peatge: impacte dels receptors de tipus Toll específics de l'ARN sobre la salut i la malaltia. Al·lèrgia 2019, 74, 223–235. [Ref creuat]

20. Crossley, diputat; Cançó, C.; Bocek, MJ; Choi, JH; Kousorous, J.; Sathirachinda, A.; Lin, C.; Brickner, JR; Bai, G.; Lans, H.; et al. Els híbrids d'ARN-ADN citoplasmàtics derivats del bucle R activen una resposta immune. Natura 2023, 613, 187–194. [Ref creuat]

21. Wongsurawat, T.; Gupta, A.; Jenjaroenpun, P.; Owens, S.; Forrest, JC; Nookaew, I. L'anàlisi de seqüències que formen bucles en milers de genomes virals identifiquen un nou element comú en els herpesvirus. Ciència. Rep. 2020, 10, 6389. [CrossRef] [PubMed]

22. Tanji, H.; Ohto, U.; Shibata, T.; Taoka, M.; Yamauchi, Y.; Isobe, T.; Miyake, K.; Shimizu, T. El receptor 8 de tipus Toll detecta els productes de degradació de l'ARN monocatenari. Nat. Estructura. 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. L'anàlisi estructural revela que el receptor 7 de tipus Toll és un receptor dual per a la guanosina i l'ARN monocatenari. Immunitat 2016, 45, 737–748. [CrossRef] [PubMed]

24. Thoresen, D.; Wang, W.; Galls, D.; Guo, R.; Xu, L.; Pyle, AM El mecanisme molecular d'activació i senyalització de RIG-I. Immunol. Rev. 2021, 304, 154–168. [CrossRef] [PubMed]

25. Wang, W.; Pyle, AM El receptor RIG-I adopta dues conformacions diferents per distingir l'hoste dels lligands d'ARN viral. Mol. Cel·la 2022, 82, 4131–4144.e6. [Ref creuat]

26. Berke, IC; Li, Y.; Modis, Y. Bases estructurals del reconeixement immune innat de l'ARN viral. Cèl·lula. Microbiol. 2013, 15, 386–394. [Ref creuat]

27. Bruns, AM; Horvath, sinergia CM LGP2 amb MDA5 en el reconeixement d'ARN mediat per RLR i senyalització antiviral. Cytokine 2015, 74, 198–206. [Ref creuat]

28. Wu, B.; Peisley, A.; Richards, C.; Yao, H.; Zeng, X.; Lin, C.; Chu, F.; Walz, T.; Hur, S. Bases estructurals per al reconeixement dsRNA, formació de filaments i activació del senyal antiviral per MDA5. Cèl·lula 2013, 152, 276–289. [Ref creuat]

29. Satoh, T.; Kato, H.; Kumagai, Y.; Yoneyama, M.; Sato, S.; Matsushita, K.; Tsujimura, T.; Fujita, T.; Akira, S.; Takeuchi, O. LGP2 és un regulador positiu de les respostes antivirals mediades per RIG-I i MDA5-. Proc. Natl. Acad. Ciència. EUA 2010, 107, 1512–1517. [Ref creuat]

30. Zhu, Z.; Zhang, X.; Wang, G.; Zheng, H. El laboratori de genètica i fisiologia 2: idees emergents sobre les funcions controvertides d'aquest receptor semblant a RIG-I. BioMed Res. Int. 2014, 2014, 960190. [CrossRef]

31. Sánchez David, RY; Combredet, C.; Sismeiro, O.; Dillies, MA; Jagla, B.; Coppee, JY; Mura, M.; Guerbois Galla, M.; Despres, P.; Tangy, F.; et al. Anàlisi comparativa de signatures d'ARN viral en diferents receptors semblants a RIG-I. Elife 2016, 5, e11275. [Ref creuat]

32. Ren, X.; Linehan, MM; Iwasaki, A.; Pyle, AM RIG-I Discrimina selectivament contra 50 -ARN monofosfat. Cell Rep. 2019, 26, 2019–2027.e2014. [Ref creuat]

33. Li, X.; Liu, CX; Xue, W.; Zhang, Y.; Jiang, S.; Yin, QF; Wei, J.; Yao, RW; Yang, L.; Chen, LL Biogènesi i funció coordinada del circRNA amb NF90/NF110 en infecció viral. Mol. Cel·la 2017, 67, 214–227.e217. [Ref creuat]

34. Saito, T.; Owen, DM; Jiang, F.; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. Immunitat innata induïda pel reconeixement RIG-I depenent de la composició de l'ARN del virus de l'hepatitis C. Natura 2008, 454, 523–527. [Ref creuat]

35. Schnell, G.; Loo, YM; Marcotrigiano, J.; Gale, M., Jr. La composició d'uridina del tracte poli-U/UC de l'ARN del VHC defineix el reconeixement no propi per RIG-I. PLoS Pathog. 2012, 8, e1002839. [Ref creuat]

36. Peisley, A.; Jo, MH; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Walz, T.; Hohng, S.; Hur, S. Mecanisme cinètic per a la discriminació de longitud dsRNA viral per filaments MDA5. Proc. Natl. Acad. Ciència. EUA 2012, 109, E3340–E3349. [Ref creuat]

37. Peisley, A.; Lin, C.; Wu, B.; Orme-Johnson, M.; Liu, M.; Walz, T.; Hur, S. Muntatge cooperatiu i desmuntatge dinàmic de filaments MDA5 per al reconeixement viral dsRNA. Proc. Natl. Acad. Ciència. EUA 2011, 108, 21010–21015. [Ref creuat]

38. Pippig, DA; Hellmuth, JC; Cui, S.; Kirchhofer, A.; Lammens, K.; Lammens, A.; Schmidt, A.; Rothenfusser, S.; Hopfner, KP El domini regulador de l'ATPasa LGP2 de la família RIG-I detecta l'ARN de doble cadena. Àcids nucleics Res. 2009, 37, 2014–2025. [Ref creuat]

39. Uchikawa, E.; Lethier, M.; Malet, H.; Brunel, J.; Gerlier, D.; Cusack, S. Anàlisi estructural de la unió dsRNA als receptors de reconeixement de patrons antivirals LGP2 i MDA5. Mol. Cel·la 2016, 62, 586–602. [Ref creuat]

40. Lemaire, PA; Anderson, E.; Lary, J.; Cole, JL Mecanisme d'activació de PKR per dsRNA. J. Mol. Biol. 2008, 381, 351–360. [Ref creuat]

41. Zheng, X.; Bevilacqua, PC Activació de la proteïna quinasa PKR mitjançant ARNs curts de doble cadena amb cues monocatenàries. RNA 2004, 10, 1934–1945. [CrossRef] [PubMed]

42. Nallagatla, SR; Hwang, J.; Toroney, R.; Zheng, X.; Cameron, CE; Bevilacqua, activació de PKR depenent del trifosfat de PC 50 -per ARN amb bucles de tija curts. Ciència 2007, 318, 1455–1458. [CrossRef] [PubMed]

43. Cole, JL Activació de PKR: un cas obert i tancat? Tendències Bioquímica. Ciència. 2007, 32, 57–62. [CrossRef] [PubMed]

44. Donovan, J.; Dufner, M.; Korennykh, A. Bases estructurals per a la vigilància de l'ARN citosòlic de doble cadena mitjançant oligoadenilat sintetasa humà 1. Proc. Natl. Acad. Ciència. EUA 2013, 110, 1652–1657. [Ref creuat]

45. Ibsen, MS; Gad, HH; Thavachelvam, K.; Boesen, T.; Despres, P.; Hartmann, R. Els enzims 20 -50 -oligoadenilat sintetasa 3 sintetitza potentment els 20 -50 -oligoadenilats necessaris per a l'activació de la RNasa L. J. Virol. 2014, 88, 14222–14231. [Ref creuat]

46. ​​Koul, A.; Deo, S.; Booy, EP; Orriss, GL; Genung, M.; McKenna, SA Impacte de les característiques de l'ARN de doble cadena en l'activació de l'20 -50 -oligoadenilat sintetasa 2 (OAS2) humana. Bioquímica. Cèl·lula. Biol. 2020, 98, 70–82. [Ref creuat]

47. Huang, H.; Zeqiraj, E.; Dong, B.; Jha, BK; Duffy, NM; Orlicky, S.; Thevakumaran, N.; Talukdar, M.; Pillon, MC; Ceccarelli, DF; et al. L'estructura dimèrica de la pseudoquinasa RNasa L unida a 2-5A revela una base per a l'activitat antiviral induïda per interferó. Mol. Cèl·lula 2014, 53, 221–234. [Ref creuat]

48. Home, SM; Karki, R.; Kanneganti, TD AIM2 inflammasoma en infecció, càncer i autoimmunitat: paper en la detecció de l'ADN, la inflamació i la immunitat innata. Eur. J. Immunol. 2016, 46, 269–280. [Ref creuat]

49. Xiao, TS Els inflamasomes sensibles a l'àcid nucleic. Immunol. Rev. 2015, 265, 103–111. [Ref creuat]

50. Kumar, V. La Trinitat de cGAS, TLR9 i ALR Guardians of the Cellular Galaxy Against Host-Derived Self-DNA. Davant. Immunol. 2020, 11, 624597. [CrossRef]

51. Krupina, K.; Goginashvili, A.; Cleveland, DW Causes i conseqüències dels micronuclis. Curr. Opina. Biol cel·lular. 2021, 70, 91–99. [Ref creuat]

52. Bohn, JA; DaSilva, J.; Kharytonchyk, S.; Mercedes, M.; Vosters, J.; Telesnitsky, A.; Hatziioannou, T.; Smith, JL La flexibilitat en la unió d'àcids nucleics és fonamental per a l'activitat antiviral APOBEC3H. J. Virol. 2019, 93, e01275-19. [Ref creuat]

53. Fullam, A.; Schroder, M. DExD/H-box ARN helicases com a mediadors de la immunitat innata antiviral i factors de l'hoste essencials per a la replicació viral. Biochim. Biofísica. Acta 2013, 1829, 854–865. [Ref creuat]

54. Cantó, J.; Neculai, D.; Grinstein, S. Receptors Scavenger en homeòstasi i immunitat. Nat. Reverent Immunol. 2013, 13, 621–634. [Ref creuat]

55. Schwerk, J.; Soveg, FW; Ryan, AP; Tomàs, KR; Hatfield, LD; Ozarkar, S.; Forero, A.; Kell, AM; Roby, JA; Així, L.; et al. Les isoformes de proteïnes d'unió a l'ARN ZAP-S i ZAP-L tenen funcions de resolució antivirals i immunitàries diferents. Nat. Immunol. 2019, 20, 1610–1620. [Ref creuat]

56. Hayakawa, S.; Shiratori, S.; Yamato, H.; Kameyama, T.; Kitatsuji, C.; Kashigi, F.; Goto, S.; Kameoka, S.; Fujikura, D.; Yamada, T.; et al. ZAPS és un potent estimulador de la senyalització mediat per l'ARN helicasa RIG-I durant les respostes antivirals. Nat. Immunol. 2011, 12, 37–44. [Ref creuat]