roller af aminoacyl-tRNA-syntetaser i immunregulering og immunsygdomme

Som nævnt ovenfor fungerer ARSs som regulatorer og signalmolekyler i immuncelleudvikling. Det er ikke svært at forestille sig, at Ars ‘ er også fungerer som pleiotropiske molekyler, der regulerer forskellige biologiske processer i immunsygdomme, såsom autoimmune sygdomme, infektionssygdomme og tumorimmunitet.

ARSs og autoimmune sygdomme

det er velkendt, at ARSs ofte er involveret i udviklingen af ASSD som specifikke autoantigener. Denne sygdom er en heterogen gruppe af autoimmun sygdom karakteriseret ved interstitiel lungesygdom (ILD), myositis, mekanikerens hænder, Raynauds fænomen og arthritis61. Indtil nu er der hovedsageligt otte anti-ARS autoantistoffer, herunder anti-histidyl (anti-Jo-1), anti-alanyl (anti-PL-12), anti-threonyl (anti-PL-7), anti-asparaginyl (anti-KS), anti-glycyl (anti-EJ), anti-phenylalanyl (Anti-jo), anti-tyrosyl (anti-Ha) og anti-isoleucyl (anti-OJ) i ASSD62, 63. Blandt dem er anti-Jo-1 antistof det mest almindelige. En tidligere undersøgelse foretaget af Stone et al.64 fandt, at niveauerne af anti-Jo-1 autoantistof var beskedent korreleret med idiopatisk inflammatorisk myopati aktivitet. Slående var anti-ARS autoantistofspecificitet relateret til de kliniske træk, sygdommens sværhedsgrad og endda overlevelse af ASSD-patienter65, 66,67,68. Hamaguchi et al.69 opdagede, at anti-ARS-autoantistofferne generelt var gensidigt eksklusive, hvilket betyder, at to eller flere antistoffer sjældent optrådte i den samme ASSD-patient. Vigtigere, de fandt ud af, at den kliniske diagnose af anti-Jo-1, anti-EJ, og anti-PL-7 var for det meste polymyositis eller dermatomyositis; den kliniske diagnose af anti-PL-12 var for det meste klinisk amyopatisk dermatomyositis eller ILD; og den kliniske diagnose af anti-KS og anti-OJ var for det meste ILD. I mellemtiden ville patienter med anti-PL-7, anti-EJ og anti-Jo-1 autoantistoffer udvikle myositis senere, hvis de kun viste ILD på tidspunktet for starten. Sammenlignet med patienter uden anti-PL-7 var kinesiske ASSD-patienter med anti-PL-7 mere tilbøjelige til at udvikle hurtigt progressiv ILD, og deres overlevelsesrate faldt hurtigere i det tidlige stadium af langvarig opfølgning70. Ved at analysere log-rank-testen og forholdet mellem forholdsmæssige farer viste forskerne, at ikke-Jo-1 autoantistofpatienter havde dårligere overlevelse sammenlignet med Jo-1-positive patienter71.

faktisk har successiv forskning forsøgt at definere forholdet mellem ARS autoantigener og medfødte og adaptive immunresponser (Fig. 2). Et al. afslørede, at histidyl-tRNA-syntetase (HisRS) og Asnr ‘er kunne fungere som kemoattraktanter for leukocytter, mens andre Ars’ er uden antigenaktivitet ikke havde nogen lignende kemotaktisk aktivitet72. Specifikt inducerede disse to myositis autoantigener selektivt migration af lymfocytter, aktiverede monocytter og umodne DCs. Desuden inducerede HisRS CC chemokinreceptor 5 (CCR5)-transficerede celler til at migrere, mens Asnr ‘ er inducerede CCR3-transficerede celler til at migrere. For nylig har det unikke N-terminale udvidelsesdomæne for humane asnr ‘ er vist sig at være forbundet med CCR3-medieret kemotaktisk aktivitet73. Et al.74 observerede, at rekombinant Hisr ‘er provokerede myositis hos mus via multipelt myeloid differentiering primært responsgen 88 (MyD88)-afhængige TLR’ er. Det vil sige, HisRS-stimuleret TLR2 og TLR4 dobbelt-knockout mus viste en signifikant reduktion i muskelbetændelse, mens TLR2 og TLR4 single-knockout mus stadig viste lymfocytisk infiltration af muskelvæv. Naturlige dræberceller (NK) fra ASSD-patienter havde unormal fænotypisk karakterisering, såsom øget ekspression af hæmmende receptor Ig-lignende transkript 2 (ILT2) og differentieringsrelateret receptor CD57, såvel som nedsat ekspression af den aktiverende receptor NKp3075. I mellemtiden blev syntesen af IFN-kurr i IL-12 plus IL-18-stimulerende NK-celler signifikant svækket, hvilket indikerer, at cellefunktionen også var unormal. Især var infiltrationerne af NK-celler i lungevæv hos ASSD-patienter tætte og diffuse. Disse fund tyder på, at NK-celler kan bidrage til udvikling og progression af ASSD.

Ascherman et al.76 understøttede, at både PBMC-afledte antigenpræsenterende celler (APC ‘ er) og DCs medierede perifer blod-t-celleproliferation udløst af fuld længde human Jo-1, men kun DCs understøttede proliferative reaktioner på Jo-1 fragment76. Mere dybt blev denne T-celleproliferation fundet at være større histokompatibilitetskompleks (MHC) klasse II afhængig, hvilket indikerer tilstedeværelsen af Jo-1-specifikke T-celleresponser hos jo-1-positive polymyositis-patienter. Ved at analysere de tidlige antistofresponser induceret af human eller mus Jo-1, fandt forskerne, at B-celle-og T-celleresponserne på Jo-1-immunisering viste signifikant artsspecifikation77. Bemærk, murine Jo-1 inducerede autoreaktive B-og T-celler rettet mod sine egne epitoper, og epitopspredningen forekom ensartet 8 uger efter den enkelte immunisering, hvilket antyder, at autoantistof Jo-1 var i stand til at drive en vedvarende immunrespons. Når pbmc ‘ er og bronchoalveolær skyllevæske (BALF) celler fra ASSD-patienter blev stimuleret med HisRS eller et HisRS–afledt peptid (HisRS11-23), blev ekspressionen af CD40L i CD4+ T-celler fra de tilsvarende rum opreguleret78. Sammenlignet med Pbmc ‘ er viste BALF CD4+ T-celler en bemærkelsesværdig Th1-fænotype efter stimulering, såsom produktion af mere IFN-larr og IL-2, hvilket indikerer tilstedeværelsen af HisRS-specifikke CD4+ T-celler i blodet og lungen hos patienter med ASSD.

ud over disse mulige autoimmune reaktioner udviser immunsystemet hos ASSD-patienter også andre abnormiteter. Nylige undersøgelser viste, at hyppigheden af CD19 + CD27 + hukommelse B-celler i perifert blod af ASSD-patienter med anti-Jo− 1 blev nedsat, mens hyppigheden af CD19+CD27-naive B-celler blev øget79. Desuden var infiltrerende CD20 + CD27 + hukommelse B-celler til stede i musklen hos anti-Jo-1-patienter, hvilket indikerer, at B-cellehomeostase var nedsat i ASSD. Sammenlignet med Jo-1-negative patienter viste Jo-1-positive patienter en Fc-glycanprofil med mindre halverede og afucosylerede glycaner, som blev yderligere forbedret i anti-Jo-1 autoimmun IgG80. Det er vigtigt, at Fc-glycan-profilfunktionerne var korreleret med visse kliniske og diagnostiske oplysninger fra patienterne, hvilket antyder, at de specifikke IgG Fc-glycaner kan være ansvarlige for patogeniciteten af anti-Jo-1 autoantistoffer.

interessant nok blev ARSs også dysreguleret i andre autoimmune sygdomme, herunder multipel sklerose, reumatoid arthritis, immun trombocytopeni og systemisk lupus erythematosus81, 82,83,84. For eksempel Narasimhan et al.85 forsøgte at forudsige synovial genekspression ved at analysere egenskaberne ved serummetabolomiske profiler hos patienter med reumatoid arthritis. De observerede, at serin/glycinmetabolisme og aminoacyl-tRNA-biosyntese var relateret til TNF-kurr/CD3E og B / plasmacellesignaturer, hvilket indikerer, at disse veje kan være involveret i reguleringen af lymfocytfunktioner i det reumatoid synovium. Generelt er indoleamin-2,3-dioksygenase (IDO) og VRR ansvarlig for metabolisme og anvendelse af tryptophan, henholdsvis, og spiller vigtige roller i immun regulering86. Forholdet mellem serum kynurenin og tryptophan blev øget hos Graves’ sygdomspatienter sammenlignet med sunde kontrole87. Yderligere undersøgelser viste, at IDO-ekspression i B-celler og DCs var højere end i sunde kontroller, men ikke i CD4+ T-celler. I modsætning hertil var ekspression i CD4+ T-celler højere end i sunde kontroller, men ikke i B-celler og DCs. De høje niveauer af VRR i CD4 + T-celler afskaffede IDO-medieret immunsuppression fra DCs, hvilket kan være relateret til patogenesen af Graves’ sygdom.

ARSs og infektionssygdomme

ARSs i virusinfektion

interessant nok er ARSs blevet vigtige aktører i en række virale infektioner (Fig. 3). Erhvervet immundefektsyndrom (AIDS) er en erhvervet defekt af cellulær immunitet forbundet med infektion med human immundefektvirus (HIV). Selvom denne sygdom kan behandles, har den ingen kur og har stor indflydelse på helbredet. Derfor er forebyggelsen af HIV-infektion meget vigtig88. Under HIV-1-samling blev værtscelle tRNALys, 3 som primer til revers transkription selektivt pakket ind i virionen ved en specifik interaktion med humane KRS,såvel som viral Gag polyprotein og GagPol precursor89, 90,91,92 (Fig. 3a). Påfaldende blev andre Ars ‘ er ikke påvist i HIV-1, hvilket tyder på,at KRS kunne være specifikt inkorporeret i virale partikler89, 93. For nylig, Duchon et al.94 observerede, at HIV-1-infektion udløste frigivelsen af KRS fra MSC til dannelse af en fri pulje af KRS, hvilket kan skyldes den specifikke phosphorylering af S207 i KRS (Fig. 3a). Samtidig fandt forskerne, at den frigivne KRS delvist blev transporteret til kernen. Interessant nok kunne blokering af denne vej ved tilsætning af en MAPK/ekstracellulær signalreguleret kinaser (MEK) hæmmer i HIV-1-producerende celler reducere infektiviteten af afkom virioner, hvilket tyder på, at HIV-1 anvendte en dynamisk MSC for at forbedre sin egen replikation.

faktisk var inkorporeringen af tRNALys i virionen tæt forbundet med dens interaktion med KRS95. Når KRS i de inficerede celler specifikt blev hæmmet, viste den resulterende virus reduceret trnalys-emballage og tRNALys,3 udglødning til viralt RNA. Trnalys-inkorporeringen var især afhængig af KRS ‘ evne til at binde til tRNALys snarere end dets evne til at aminoacylere tRNALys96. Endvidere bindes KRS til et tRNA – lignende element placeret nær primerbindingsstedet i det HIV-1 genomiske RNA, hvilket letter effektiv udglødning af tRNALys,3 til viralt RNA før revers transkription97,98,99 (Fig. 3a). Alt sammen belyser disse undersøgelser stærkt, at KRS spiller en vigtig rolle i HIV-1-samlingen.

derudover Clarke et al.100 sammenlignede den cellulære genekspression efter hjerneinfektion med japansk encephalitisvirus (JEV) og Vestnilvirus (VNV) (to vira, der forårsagede sygdomme i centralnervesystemet) og reovirus (en ikke-relateret neurotropisk virus) ved mikroarray-analyse. I hjerner inficeret med alle tre vira blev mange gener opreguleret, såsom gener relateret til betændelse, IFN-signalering og immunsystemet, mens gener relateret til glutamatsignalering blev nedreguleret. Især blev 14 ars ‘er opreguleret i Jev-eller VNV-inficerede hjerner, mens ingen af disse Ars’ er blev opreguleret efter reovirusinfektion, hvilket antyder, at Ars ‘ er kan være involveret i udviklingen af JEV-eller VNV-induceret centralnervesystemsygdom. Et 32-nukleotid-RNA-motiv i 3 ‘ -slutningen af transmissibelt gastroenteritis coronavirus (TGEV) genom viste sig at interagere med vært EPRS og arginyl-tRNA syntetase (RRS)101. Da dette RNA-motiv havde høj homologi til gamma interferon-aktiveret inhibitor af translation (gang) element, kunne det binde til GANGKOMPLEKSET og hæmme translationen af et kimært mRNA omfattende RNA-motivet. Celler inficeret med TGEV, der huser mutationer i 32-nukleotid-RNA-motivet, udviste en mere potent medfødt immunrespons medieret af den melanomdifferentieringsassocierede Gen 5 (MDA5) vej, hvilket indikerer, at dette RNA-motiv muligvis hæmmede værtsimmunresponset under TGEV-infektion. For nylig, Lee et al.102 viste, at virusinfektion specifikt inducerede phosphorylering af EPRS ved Ser990, hvilket efterfølgende førte til dissociation af EPRS fra MSC (Fig. 3b). Den dissocierede EPRS interagerede med poly(rC)-bindende protein 2 (PCBP2) og blokeret PCBP2-medieret mitokondrielt antiviralt signalprotein (MAVS) allestedsnærværende, hvilket igen hæmmede viral replikation. Konsekvent udviste EPRS-haploid (Eprs+/−) mus omfattende immundefekt, såsom mere alvorlig viræmi og forsinket viral clearance.

ARSs i bakteriel infektion

proteomiske undersøgelser viste, at 26 proteiner var signifikant differentielt udtrykt mellem de akutte og konvalescerende faser af Vibrio cholerae o1 infektion103. Gennem Gen ontologi (GO) analyse viste forskerne, at disse differentielt udtrykte proteiner hovedsageligt var relateret til medfødte immunresponser, cytokinekspression og apoptose. Interessant nok var niveauerne af S100A8 og VR ‘ er højere i lamina propria-cellerne under det akutte stadium af kolera, hvilket tyder på, at disse to proteiner kan spille en vigtig rolle i den intestinale inflammatoriske respons i det tidlige stadium kolera. For nylig, ved at analysere integrerede transkriptom-og metabolomdatasæt, Duffy et al.104 fandt, at tuberkuloseprogression var forbundet med en immunometabolisk profil, herunder tryptophan -, cortisol -, glutathion-og tRNA-acyleringsnetværk. Efter infektion med forskellige patogener, såsom Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus og respiratorisk syncytialvirus, udskilles værtsmonocytter hurtigt VRS105. Den udskillede VRR resulterede i produktion af cytokiner i humane og murine makrofager og øgede niveauer af CD40, CD80 og CD86 på celleoverfladen, hvilket indikerer, at VRR kunne aktivere makrofager. Yderligere undersøgelser viste, at VRS inducerede kemokinproduktion og fagocytose ved binding til TLR4-myeloid differentieringsfaktor 2 (MD2) kompleks på makrofager.

desuden inducerede Shiga-toksinerne produceret af Escherichia coli KRS i makrofaglignende differentierede THP-1-celler til at adskille sig fra MSC og derefter udskilles i ekstracellulært rum106. Til gengæld kunne de udskilte KRS fremme produktionen af proinflammatoriske cytokiner i THP-1-celler, såsom IL-8, IL-1-lolist og TNF-lolist. Forskellig fra Shiga-toksiner hæmmede acetyltransferasetoksinerne produceret af Salmonella Enteritidis og Typhimurium translation i makrofager ved acetylering af aminoacyl-tRNA ‘ er og inducerede derved Salmonella persisterdannelse under infektion107. Afslutningsvis deltager vært ARSs ikke kun i HIV-samlingen, men beskytter også mod bakterielle og virale infektioner ved at modulere immunresponserne, hvilket indikerer, at ARSs spiller en vigtig rolle i infektionssygdomme.

ARSs og tumorimmunitet

slående er ARSs tæt forbundet med tumorimmunitet (Fig. 4). Ovariecancerceller kunne udskille Thrr ‘ er som reaktion på cellestress, og Thrr-niveauer i patientkræftprøver var korreleret med fremrykkende sygdomsstadium og vaskulær ENDOTELVÆKSTFAKTOR (VEGF)108. Det var af særlig interesse at finde ud af, at Thrr ‘ er blev overudtrykt i infiltrerende leukocytter, herunder neutrofiler og plasmaceller, inden for ovarietumorer. Disse data viste, at Thrr ‘ er kan manipulere tumormikromiljøet gennem regulering af angiogenese og immuncellerespons og derved påvirke tumorprogression. Analogt kan høj ekspression af KRS være til stede i gastriske kræftceller og deres infiltrerende inflammatoriske celler, såsom CD4+ T-celler, makrofager/monocytter og/eller neutrofiler109. Blandt dem var patienter med høj KRS-ekspression i kræftceller forbundet med kortere samlet overlevelse af gastrisk kræft, mens patienter med høj KRS-ekspression i inflammatoriske celler var forbundet med længere samlet overlevelse. Derudover havde patienter med høj KRS-ekspression i kræftceller ledsaget af lav eller ingen KRS-ekspression i inflammatoriske celler signifikant reduceret overlevelsesrate. Iøjnefaldende, Kim et al.110 undersøgte systematisk sekretionsmekanismen for KRS i kolorektale karcinomceller (Fig. 4). C-terminalen af KRS blev eksponeret ved spaltning af N-terminalen af caspase-8. Det eksponerede motiv bundet til syntenin, hvilket igen fremmede KRS-dissociation fra MSC og efterfølgende sekretion i det ekstracellulære rum i form af eksosomer. De frigivne eksosomer kunne inducere makrofagmigration og ekspression af forskellige cytokiner. Interessant nok havde eksosomerne indeholdende meget lave KRS stærkere immunstimulerende aktivitet end nøgne KRS, og HSP90, en immunstimulerende faktor i eksosomer, var positivt korreleret med KRS, hvilket indikerer, at KRS kan spille en synergistisk rolle med andre inflammatoriske faktorer, der er til stede i eksosomer. Antracykliner inducerede translokationen af calreticulin (CRT) til overfladen af kræftceller, hvilket førte til immunogen celledød111. Kepp et al.112 fandt, at KRS også translokeret til overfladen af kræftceller, der stimuleres af immunogene død inducere og co-lokaliseret med CRT i lipid flåder. Desuden hæmmede KRS-udtømning CRT-eksponering, hvilket indikerer, at KRS var involveret i translokationen af CRT i immunogen kræftcelledød.

en nylig undersøgelse af Adam et al.113 opdagede, at kræftceller kunne opregulere kræft på to forskellige måder for at tilpasse sig den ernæringsmæssige stress forårsaget af tryptophan nedbrydning. På den ene side aktiverede tryptophanudtømning forårsaget af høj ekspression af indoleamin-2,3-dioksygenase-1 (IDO1) og tryptophan-2,3-dioksygenase (TDO2) i ln229 glioblastomceller den generelle kontrol ikke-derepressible-2 (GCN2) kinase, hvilket resulterede i phosphorylering af eukaryot translationsinitieringsfaktor 2-Purpur (eIF2a) og aktiveringen af aktiverende transkriptionsfaktor 4 (ATF4), hvilket resulterede i fosforylering af eukaryot translationsinitieringsfaktor 2-Purpur (eIF2a) og aktiveringen af aktiverende transkriptionsfaktor 4 (ATF4), som blev yderligere opreguleret var udtryk. På den anden side inducerede tumorinfiltrerende T-celler i fællesskab ekspressionen af IDO1 og VRS i brystkræft, tyktarmscarcinom og B-celle lymfom ved at udskille IFN-RUR. Efter phosphorylering af S207-resten af KRS i tyktarmskræftceller ville KRS-molekylet dissociere fra MSC og translokere til kernen114 (Fig. 4). Derefter fremmede den nukleare KRS vækstarrest-specifik 6 (GAS6) transkription af MiTF og forårsagede således m2 polarisering af makrofager. M2-makrofager udskilte flere opløselige faktorer, såsom fibroblastvækstfaktor 2 (FGF2), vækstreguleret onkogen-kar (GROa) og makrofagkolonistimulerende faktor, som ikke kun aktiverede intracellulære signaler i kræftceller, men også fremmede lamininsekretion af kræftassocierede fibroblaster, hvilket fører til mikromiljøomdannelse og kræftmetastase. Endvidere kunne tumorceller frigive Fas, en apoptotisk ligand, som inducerede makrofager til at udskille glycyl-tRNA syntetase (GRS)115. Til gengæld er den udskilte GRS bundet til cadherin-6 i kræftceller, hvorved phosphatase 2A (PP2A) aktivitet forbedres. Endelig hæmmede den aktiverede PP2A Erk-signalering via dephosphorylering af erk, hvorved tumorigenese undertrykkes. Samlet set er ARS ‘ er aktive deltagere i tumorimmunitet. På den ene side regulerer tumorceller immuncellernes funktioner ved at udskille ARSs. På den anden side kan tumorrelaterede immunceller også udskille ARSs og derved påvirke tumorudviklingen.