Role aminoacyl-tRNA synthetases v imunitní regulaci a imunitních onemocnění

Jak bylo uvedeno výše, ARSs pracovat jako regulační a signální molekuly v imunitní buňky vývoje. Není těžké si představit, že ARSs také funkce jako pleiotropní molekuly, které regulují různé biologické procesy v imunitních onemocnění, jako jsou autoimunitní onemocnění, infekční onemocnění, nádorové imunity.

ARSs a autoimunitní onemocnění

je dobře známo, že ARSs se často podílejí na vývoji ASSD jako specifických autoantigenů. Toto onemocnění je heterogenní skupinou autoimunitních onemocnění, vyznačující se tím, intersticiální plicní nemoc (ILD), myositis, mechanik ruce, Raynaudův fenomén, a arthritis61. Až do teď, tam jsou hlavně osm anti-ARS autoprotilátky, včetně anti-histidyl (anti-Jo-1), anti-alanin (anti-PL-12), anti-threonyl (anti-PL-7), anti-asparaginyl (anti-KS), anti-glycyl (anti-EJ), anti-phenylalanyl (anti-Zo), anti-tyrosyl (anti-Ha), a anti-isoleucyl (anti-ÚŘ. věst.) v ASSD62,63. Mezi nimi je nejčastější protilátka anti-Jo-1. Předchozí studie Stone et al.64 bylo zjištěno, že hladiny anti-Jo-1 autoprotilátky byly mírně korelovány s aktivitou idiopatické zánětlivé myopatie. Pozoruhodné je, že anti-ARS autoprotilátek byla specifičnost týkající se klinických funkcí, závažnost onemocnění, a dokonce i přežití ASSD patients65,66,67,68. Hamaguči et al.69 zjistil, že anti-ARS autoprotilátky se obecně vzájemně vylučují, což znamená, že dvě nebo více protilátek se zřídka objevily u stejného pacienta s ASSD. Ještě důležitější je, oni zjistili, že klinická diagnóza anti-Jo-1, anti-EJ, a anti-PL-7 byl většinou polymyozitidy nebo dermatomyozitida; klinická diagnóza anti-PL-12 byl většinou klinicky amyopathic dermatomyozitida nebo ILD; a klinická diagnóza anti-KS a anti-OJ byla většinou ILD. Mezitím, pacienti s anti-PL-7, proti-EJ, a anti-Jo-1 autoprotilátky by rozvinout myositida později, pokud oni jen ukázal ILD v době nástupu. Ve srovnání s pacienty bez anti-PL-7, Čínské ASSD pacientů s anti-PL-7 byly více pravděpodobné, že rychle rozvíjet progresivní ILD a jejich míra přežití snížil více rychle v rané fázi dlouhodobé sledování-up70. Dále analýzou log-rank testu a poměru Cox proporcionálních rizik vědci prokázali, že pacienti s autoprotilátkami bez Jo-1 měli horší přežití ve srovnání s Jo-1 pozitivní71.

ve skutečnosti se postupný výzkum pokouší definovat vztah mezi Ars autoantigeny a vrozenými a adaptivními imunitními odpověďmi (obr. 2). Howard a kol. ukázal, že histidyl-tRNA syntetázy (HisRS) a AsnRS mohl působit jako chemoattractants pro leukocyty, zatímco ostatní ARSs bez antigenní aktivitu neměl podobné chemotaktické activity72. Konkrétně tyto dva myositis autoantigeny selektivně indukovaly migraci lymfocytů, aktivovaných monocytů a nezralých DCs. Navíc, HisRS vyvolané CC chemokinový receptor 5 (CCR5)-transfektovaly buňky migrovat, zatímco AsnRS vyvolané CCR3-transfektovaly buňky migrovat. Nedávno se ukázalo, že unikátní N-terminální extension doména lidských AsnRS je spojena s chemotaktickou aktivitou zprostředkovanou CCR373. Fernandez a kol.74 zjištěno, že rekombinantní HisRS vyvolal myositidy u myší přes více myeloidní diferenciace primární reakce gen 88 (MyD88)-závislé TLRs. To znamená, HisRS-stimulované TLR2 a TLR4 double-knockout myších ukázaly významné snížení zánět svalů, vzhledem k tomu, TLR2 a TLR4 single-knockout myší ještě ukázal lymfocytární infiltrace svalové tkáně. Přírodní vrah (NK) buněk z ASSD pacientů mělo abnormální fenotypové charakterizace, jako je zvýšená exprese inhibičních receptorů Ig-like transcript 2 (ILT2) a diferenciace-related receptor CD57, stejně jako snížená exprese aktivace receptoru NKp3075. Mezitím byla významně narušena syntéza IFN-γ v IL-12 plus IL-18 stimulujících NK buňkách, což naznačuje, že buněčná funkce byla také abnormální. Zejména infiltrace NK buněk v plicních tkáních pacientů s ASSD byly husté a difúzní. Tato zjištění naznačují, že NK buňky mohou přispívat k rozvoji a progresi ASSD.

Ascherman et al.76 podporované že oba PBMC získaných antigen-prezentující buňky (Apc) a DCs zprostředkovanou periferní krve T buněčné proliferace vyvolané full-length lidskou Jo-1, ale pouze DCs podporované proliferační odpovědi na Jo-1 fragment76. Více hluboce, T buněčné proliferace bylo zjištěno, že hlavní histokompatibilní komplex (MHC) třídy II závislá, což ukazuje na přítomnost Jo-1-specifické T buněčné odpovědi v Jo-1 pozitivní polymyozitidy pacientů. Analýzou časných odpovědí protilátek vyvolaných lidským nebo myším Jo-1 vědci zjistili, že odpovědi B buněk a T buněk na imunizaci Jo-1 vykazovaly významnou druhovou specificitu77. Poznámky, myší Jo-1 indukované autoreactive B a T buněk cílení svých vlastních epitopů, a epitop šíření došlo rovnoměrně 8 týdnů po jediném očkování, což naznačuje, že autoprotilátek Jo-1 byl schopen řídit trvalé imunitní odpověď. Když Pbmc a bronchoalveolární laváže tekutiny (BALFE) buněk z ASSD pacientů byla stimulována s HisRS nebo HisRS-peptid odvozený (HisRS11–23), exprese CD40L v CD4+ T buněk od příslušného oddělení bylo upregulated78. Ve srovnání s Pbmc, BALFE CD4+ T buňky vykazovaly pozoruhodnou Th1 fenotypu po stimulaci, jako je produkce IFN-γ a IL-2, což ukazuje na přítomnost HisRS-specifické CD4+ T-buněk v krvi a plicích pacientů s ASSD.

kromě těchto možných autoimunitních odpovědí vykazuje imunitní systém pacientů s ASSD také další abnormality. Nedávné studie zjistili, že frekvence CD19+CD27+ paměťových B-buněk v periferní krvi ASSD pacientů s anti-Jo-1 byla snížena, zatímco frekvence CD19+CD27− naivní B buňky byl increased79. Kromě toho byly ve svalu pacientů s anti-Jo-1 přítomny infiltrační CD20+CD27+ paměťové B buňky, což naznačuje, že homeostáza B buněk byla u ASSD narušena. Ve srovnání s Jo-1-negativních pacientů, Jo-1 pozitivní pacienti vykazovali Fc-glycan profil s méně půlen a afucosylated glykany, která byla dále posílena v anti-Jo-1 autoimunitní IgG80. Důležitější je, Fc-glycan profil funkce byly korelovány s některými klinické a diagnostické informace z pacientů, což naznačuje, že specifické IgG Fc-glykanů by mohly být zodpovědné za patogenitu anti-Jo-1 autoprotilátky.

Zajímavé je, ARSs byly také porušenou regulací v jiných autoimunitních onemocnění, včetně roztroušené sklerózy, revmatoidní artritidy, imunitní trombocytopenie, systémový lupus erythematosus81,82,83,84. Například Narasimhan a kol.85 se pokusil předpovědět expresi synoviálních genů analýzou charakteristik sérových metabolomických profilů pacientů s revmatoidní artritidou. Pozorovali, že serin/glycin metabolismus a aminoacyl-tRNA syntézy byly spojené s TNF-α/CD3E a B/plazmatické buňky podpisů, což naznačuje, že tyto cesty by mohly být zapojeny v regulaci funkce lymfocytů v revmatoidní synovii. Obecně platí, že indoleamin-2,3-dioxygenáza (IDO) a WRS jsou zodpovědné za metabolismus a využití tryptofanu a hrají důležitou roli v imunitní regulaci86. Poměr sérového kynureninu k tryptofanu byl u pacientů s Gravesovou chorobou ve srovnání se zdravými kontrolami zvýšen87. Další studie zjistily, že exprese IDO v B buňkách a DCs byla vyšší než u zdravých kontrol, ale ne v CD4+ T buňkách. Naproti tomu exprese WRS v CD4+ T buňkách byla vyšší než u zdravých kontrol, ale ne v B buňkách a DCs. Vysoké hladiny WRS v CD4+ T buňkách zrušily imunosupresi zprostředkovanou IDO z DCs, což by mohlo souviset s patogenezí Gravesovy choroby.

ARSs a infekční onemocnění

ARSs v virus infekce

Zajímavé je, ARSs se staly důležitými hráči v různých virových infekcí (Obr. 3). Syndrom získané imunodeficience (AIDS) je získaný defekt buněčné imunity spojený s infekcí virem lidské imunodeficience (HIV). Ačkoli toto onemocnění lze léčit, nemá lék a má zásadní dopad na zdraví. Proto je prevence infekce HIV velmi důležitá88. Během HIV-1 sestava, hostitelské buňky tRNALys,3 jako primer pro reverzní transkripci byl selektivně balené do virion prostřednictvím specifické interakce s lidskou KRS, stejně jako virové Gag polyproteinu a GagPol precursor89,90,91,92 (Obr. 3a). Je pozoruhodné, že u HIV-1 nebyly detekovány jiné Ars, což naznačuje, že KRS může být specificky začleněn do virových částic89, 93. Nedávno, Duchon a kol.94 bylo zjištěno, že infekce HIV-1 vyvolala uvolnění KRS z MSC za vzniku volného fondu KRS ,což může být způsobeno specifickou fosforylací S207 v KRS (obr. 3a). Současně vědci zjistili, že uvolněný KRS byl částečně transportován do jádra. Zajímavé je, že zablokování této dráhy přidáním MAPK/extracelulárním signálem regulované kinázy (MEK) inhibitor HIV-1-produkující buňky by mohly snížit infekčního potomstva virionů, což naznačuje, že HIV-1 byl použit dynamický MSC, aby posílily své vlastní replikace.

ve Skutečnosti, začlenění tRNALys do virion byl úzce souvisí s jeho interakce s KRS95. Když byla KRS v infikovaných buňkách specificky inhibována, výsledný virus vykazoval snížené balení tRNALys a tRNALys, 3 žíhání na virovou RNA. Inkorporace tRNALys byla zejména závislá na schopnosti KRS vázat se na tRNALys, spíše než na jeho schopnosti aminoacylovat tRNALys96. Kromě toho, KRS vázané k tRNA-jako prvek se nachází v blízkosti primer-vazebné místo v HIV-1 genomové RNA, čímž se usnadňuje efektivní žíhání tRNALys,3 virové RNA před reverzní transcription97,98,99 (Obr. 3a). Dohromady tyto studie silně objasňují, že KRS hraje hlavní roli v sestavě HIV-1.

dodatečně, Clarke et al.100 ve srovnání buněčné genové exprese po infekci mozku se virus Japonské encefalitidy (JEV) a West Nile virus (WNV) (dva viry, které způsobily centrální nervový systém) a reovirus (nesouvisející neurotropní virus) pomocí microarray analýzy. V mozku napaden všemi třemi viry, mnohé geny byly upregulovány, jako jsou geny související se zánětem, IFN signalizaci, a imunitní systém, zatímco geny související s glutamátovou signalizaci byly downregulated. Zejména, 14 ARSs byly upregulovány v JEV nebo WNV-infikované mozky, i když žádný z těchto ARSs byly upregulovány po reovirus infekce, což naznačuje, že ARSs může být zapojen do vývoje JEV nebo WNV-vyvolané centrální nervový systém. 32 nukleotidů RNA motiv na 3′ konci se infekční gastroenteritidy koronavirus (TGEV) genomu bylo zjištěno, že komunikovat s hostiteli EPRS a arginyl-tRNA syntetázy (RRS)101. Od této RNA motiv měl vysoké homologie na interferon gama aktivuje inhibitor překlad (CHŮZE) prvek, to může vázat k CHŮZI komplexní a inhibují překlad chimerická mRNA obsahující RNA motiv. Buňky infikované TGEV nesoucí mutace v 32-nukleotidů RNA motiv vykazovali závažnější vrozené imunitní odpovědi zprostředkované melanomu diferenciace-associated gene 5 (MDA5) cestou, což naznačuje, že tato RNA motiv pravděpodobně inhibuje imunitní odpověď hostitele během TGEV infekce. Nedávno, Lee a kol.102 prokázáno, že virové infekce, konkrétně indukované fosforylace EPRS na Ser990, což následně vedlo k disociaci EPRS z MSC (Obr. 3b). Disociované EPRS ve styku s poly(rC)-vázající protein 2 (PCBP2) a blokovány PCBP2-zprostředkované mitochondriální antivirové signalizace protein (MAVS) ubikvitinace, což inhibuje replikaci viru. Důsledně vykazovaly myši EPRS− haploidní (Eprs+/ -) rozsáhlou imunodeficienci, jako je závažnější virémie a opožděná virová clearance.

ARSs v bakteriální infekci,

Proteomic studie odhalila, že 26 proteiny byly výrazně rozdílně vyjádřené mezi akutní a rekonvalescentní fáze Vibrio cholerae O1 infection103. Prostřednictvím analýzy genové ontologie (GO) vědci prokázali, že tyto diferencovaně exprimované proteiny souvisely hlavně s vrozenými imunitními odpověďmi, expresí cytokinů a apoptózou. Je zajímavé, hladiny S100A8 a WRS byly vyšší v lamina propria buňky během akutní fáze cholery, což naznačuje, že tyto dva proteiny by mohlo hrát důležitou roli ve střevní zánětlivou odpověď v rané fázi cholery. Nedávno, analýzou integrovaných datových souborů transkriptomu a metabolomu, Duffy et al.104 zjistil, že tuberkulóza progrese byla spojena s immunometabolic profil, včetně tryptofanu, kortizolu, glutathion, a tRNA acylace sítí. Po infekce různými patogeny, jako je Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, respirační syncytiální virus, host monocyty rychle vylučován WRS105. Sekrece WRS za následek produkci cytokinů v lidských a myších makrofágů a zvýšení hladiny CD40, CD80 a CD86 na povrchu buňky, což naznačuje, že WRS může aktivovat makrofágy. Další studie zjistila, že WRS vyvolané chemokinový výroby a fagocytózy vazbou na TLR4-myeloidní diferenciační faktor 2 (MD2) komplex na makrofágy.

Kromě toho, Shiga toxiny produkované bakterií Escherichia coli vyvolané KRS v makrofág, stejně jako diferencované THP-1 buňky oddělit od MSC a následně vylučovány do extracelulárního space106. Na druhé straně by vylučované KRS mohly podporovat produkci prozánětlivých cytokinů v buňkách THP-1, jako jsou IL-8, IL-1β a TNF-α. Lišící se od Shiga toxiny, acetyltransferázu toxiny produkované Salmonella Enteritidis a Typhimurium inhibována překlad v makrofázích tím, že acetylace aminoacyl-tRNAs, a tím vyvolávající Salmonely persister formace během infection107. Na závěr host ARSs nejen podílet na HIV shromáždění, ale také chrání proti bakteriální a virové infekce modulací imunitní odpovědi, což naznačuje, že ARSs hrát důležitou roli v infekčních onemocnění.

ARSs a imunita nádoru

je pozoruhodné, že ARSs úzce souvisí s imunitou nádoru (obr. 4). Buňky rakoviny vaječníků může vylučovat ThrRS v reakci na buňce stres, a ThrRS úrovní ve pacient rakovinu vzorky byly korelovány s postupující onemocnění fáze a vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF)108. To bylo zvláště zajímavé, aby zjistil, že ThrRS byl vyjádřen v infiltrující leukocyty, včetně neutrofilů a plazmatické buňky, v ovariální nádory. Tato data prokázala, že Thrr mohou manipulovat s mikroprostředím nádoru prostřednictvím regulace angiogeneze a odpovědí imunitních buněk, čímž ovlivňují progresi nádoru. Analogicky může být vysoká exprese KRS přítomna v buňkách rakoviny žaludku a jejich infiltrujících zánětlivých buňkách, jako jsou CD4+ T buňky, makrofágy / monocyty a / nebo neutrofily109. Mezi nimi byli pacienti s vysokou expresí KRS v rakovinných buňkách spojeni s kratším celkovým přežitím rakoviny žaludku, zatímco pacienti s vysokou expresí KRS v zánětlivých buňkách byli spojeni s delším celkovým přežitím. Navíc pacienti s vysokou expresí KRS v rakovinných buňkách doprovázených nízkou nebo žádnou expresí KRS v zánětlivých buňkách významně snížili míru přežití. Nápadně, Kim a kol.110 systematicky studoval mechanismus sekrece KRS v buňkách kolorektálního karcinomu (obr. 4). V nádorových buňkách byl motiv vázající PDZ na C-konci KRS vystaven štěpením N-terminálu kaspázou-8. Exponované PDZ-binding motif povinen syntenin, což povýšen KRS disociace od MSC a následné sekreci do extracelulárního prostoru v podobě exosomy. Uvolněné exosomy by mohly indukovat migraci makrofágů a expresi různých cytokinů. Zajímavé je, že exosomy obsahující velmi nízké KRS měl silnější imunostimulační aktivitu než nahá KRS, a HSP90, imunostimulační faktor v exosomy, byl pozitivně korelovala s KRS, což naznačuje, KRS může hrát synergický úlohu s jinými zánětlivými faktory přítomné v exosomy. Antracykliny indukovaly translokaci kalretikulinu (CRT)na povrch rakovinných buněk, což vedlo k imunogenní buněčné smrti111. Kepp a kol.112 zjistil, že KRS také přemístěný na povrchu nádorových buněk, které stimulován imunogenní smrt induktory a ko-lokalizována s CRT v lipidových raftech. Kromě toho deplece KRS inhibovala expozici CRT, což naznačuje, že KRS se podílel na translokaci CRT při imunogenní smrti nádorových buněk.

nedávná studie Adam et al.113 zjistil, že rakovinné buňky mohou upregulovat WRS dvěma různými způsoby, aby se přizpůsobily nutričnímu stresu způsobenému degradací tryptofanu. Na jedné straně, tryptofanu vyčerpání způsobené vysokými výraz indoleamine-2,3-dioxygenase-1 (IDO1) a tryptofan-2,3-dioxygenase (TDO2) v LN229 glioblastomu buňky aktivuje obecné řízení non-derepressible-2 (GCN2) kinázy, což vede k fosforylaci eukaryotické překlad iniciační faktor 2α (eIF2a) a aktivaci aktivační transkripční faktor 4 (ATF4), které dále BYL upregulován výraz. Na druhé straně T buňky infiltrující nádor společně indukovaly expresi IDO1 a WRS u karcinomu prsu, karcinomu tlustého střeva a lymfomu B buněk vylučováním IFN-γ. Po fosforylaci zbytku S207 KRS v buňkách rakoviny tlustého střeva by molekula KRS disociovala z MSC a translokovala se do jádra114 (obr. 4). Poté jaderná KRS podporovala transkripci 6 (GAS6) specifickou pro růst MiTF a způsobila tak M2 polarizaci makrofágů. M2 makrofágy vylučován více rozpustné faktory, např. fibroblastový růstový faktor 2 (FGF2), růst regulovaných proteinem-α (GROa), a kolonie makrofágů stimulující faktor, který nejen aktivuje intracelulární signály v nádorových buňkách, ale také povýšen lamininu sekrece rakoviny spojené s fibroblasty, což vede k microenvironmental přestavby a metastáz rakoviny. Navíc nádorové buňky by mohlo uvolnit Fas, apoptotických ligand, který indukované makrofágy vylučují glycyl-tRNA syntetázy (GRS)115. Na druhé straně, vylučován GRS povinen cadherin-6 v nádorových buňkách, čímž se zvyšuje fosfatázy 2A (pb 2a) činnosti. Nakonec aktivovaný PP2A inhiboval signalizaci ERK defosforylací ERK, čímž potlačil tumorigenezi. Celkově jsou Ars aktivními účastníky nádorové imunity. Na jedné straně nádorové buňky regulují funkce imunitních buněk vylučováním ARSs. Na druhé straně imunitní buňky související s nádorem mohou také vylučovat ARSs, čímž ovlivňují vývoj nádoru.