Como se mencionó anteriormente, los ARS funcionan como reguladores y moléculas de señalización en el desarrollo de las células inmunitarias. No es difícil imaginar que las ARSS también funcionan como moléculas pleiotrópicas que regulan diversos procesos biológicos en enfermedades inmunitarias como enfermedades autoinmunes, enfermedades infecciosas e inmunidad tumoral.
SRAa y enfermedades autoinmunes
Es bien sabido que los SRA a menudo están involucrados en el desarrollo de la SSA como autoantígenos específicos. Esta enfermedad es un grupo heterogéneo de enfermedades autoinmunes caracterizadas por enfermedad pulmonar intersticial (EPI), miositis, manos mecánicas, fenómeno de Raynaud y artritis61. Hasta ahora, se encuentran principalmente las ocho anti-ARS autoanticuerpos incluyendo anti-histidilo (anti-Jo-1), anti-alanil (anti-PL-12), anti-treonil (anti-PL-7), anti-asparaginyl (anti-KS), anti-glycyl (anti-EJ), anti-phenylalanyl (anti-Zo), anti-tirosil (anti-Ha), y anti-isoleucyl (anti-DO) en ASSD62,63. Entre ellos, el anticuerpo anti-Jo-1 es el más común. Un estudio previo de Stone et al.64 encontraron que los niveles de autoanticuerpos anti-Jo-1 estaban modestamente correlacionados con la actividad de la miopatía inflamatoria idiopática. Sorprendentemente, la especificidad de los autoanticuerpos anti-ARS se relacionó con las características clínicas, la gravedad de la enfermedad e incluso la supervivencia de los pacientes con ASS65, 66,67,68. Hamaguchi et al.69 descubrieron que los autoanticuerpos anti-ARS eran generalmente mutuamente excluyentes, lo que significa que dos o más anticuerpos rara vez aparecían en el mismo paciente con ASD. Más importante aún, encontraron que el diagnóstico clínico de anti-Jo-1, anti-EJ y anti-PL-7 fue principalmente polimiositis o dermatomiositis; el diagnóstico clínico de anti-PL-12 fue principalmente dermatomiositis o EPI clínicamente amiopática; y el diagnóstico clínico de anti-SK y anti-OJ fue principalmente EPI. Mientras tanto, los pacientes con autoanticuerpos anti-PL-7, anti-EJ y anti-Jo-1 desarrollarían miositis más tarde si solo mostraran EPI en el momento de su aparición. En comparación con los pacientes sin anti-PL-7, los pacientes chinos con ASD con anti-PL-7 tuvieron más probabilidades de desarrollar EPI rápidamente progresiva y su tasa de supervivencia disminuyó más rápidamente en la etapa temprana del seguimiento a largo pl70. Además, al analizar la prueba de rango logarítmico y la razón de riesgos proporcionales de Cox, los investigadores demostraron que los pacientes con autoanticuerpos no Jo-1 tenían peor supervivencia en comparación con los pacientes con Jo-1 positivo71.
De hecho, sucesivas investigaciones han estado tratando de definir la relación entre los autoantígenos del ARS y las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas (Fig. 2). Howard et al. reveló que la histidil-ARNt sintetasa (HisRS) y las AsnRS podían actuar como quimioatractantes para los leucocitos, mientras que otros SRA sin actividad antigénica no tenían actividad quimiotáctica similar72. Específicamente, estos dos autoantígenos de miositis inducen selectivamente la migración de linfocitos, monocitos activados y DCs inmaduros. Además, el HisRS indujo a las células transfectadas por el receptor de quimiocina CC 5 (CCR5) a migrar, mientras que el AsnRS indujo a las células transfectadas por CCR3 a migrar. Recientemente, se ha demostrado que el dominio de extensión N-terminal único de los ASNR humanos está asociado con la actividad quimiotáctica mediada por CCR373. Fernandez et al.74 observaron que las RIS recombinantes provocaban miositis en ratones a través de las RLL dependientes del gen de respuesta primaria de diferenciación mieloide múltiple 88 (MyD88). Es decir, los ratones de doble nocaut TLR2 y TLR4 estimulados por HisRS mostraron una reducción significativa en la inflamación muscular, mientras que los ratones de nocaut único TLR2 y TLR4 aún mostraron infiltración linfocítica del tejido muscular. Las células asesinas naturales (NK) de los pacientes con ASD tuvieron una caracterización fenotípica anormal, como una mayor expresión del receptor inhibitorio transcripción 2 similar a Ig (ILT2) y el receptor relacionado con la diferenciación CD57, así como una disminución de la expresión del receptor activador NKp3075. Mientras tanto, la síntesis de IFN-γ en las células NK estimulantes de IL-12 más IL-18 se vio afectada significativamente, lo que indica que la función celular también era anormal. En particular, las infiltraciones de células NK en los tejidos pulmonares de los pacientes con ASD fueron densas y difusas. Estos hallazgos sugieren que las células NK pueden contribuir al desarrollo y progresión de la ASD.
Funciones de ARSs en el desarrollo de ASSD.
Ascherman et al.76 apoyaba que tanto las células presentadoras de antígeno (CPA) derivadas de PBMC como las DCs mediaban la proliferación de células T de sangre periférica desencadenada por Jo-1 humano de longitud completa, pero solo las DCs apoyaban las respuestas proliferativas al fragmento Jo-176. Más profundamente, se encontró que esta proliferación de células T era dependiente del complejo de histocompatibilidad mayor (MHC) de clase II, lo que indica la presencia de respuestas de células T específicas de Jo-1 en pacientes con polimiositis positiva a Jo-1. Al analizar las primeras respuestas de anticuerpos inducidas por Jo-1 humano o de ratón, los investigadores encontraron que las respuestas de células B y células T a la inmunización con Jo-1 mostraron una especificidad de especie significativa77. Cabe destacar que el Jo-1 murino indujo células B y T autorreactivas dirigidas a sus propios epítopos, y la propagación del epítopo se produjo de manera uniforme 8 semanas después de la inmunización única, lo que sugiere que el autoanticuerpo Jo-1 fue capaz de impulsar una respuesta inmune sostenida. Cuando se estimularon PBMCS y células de líquido de lavado broncoalveolar (BALF) de pacientes con ASD con HisRS o un péptido derivado de HisRS (HisRS11-23), la expresión de CD40L en células T CD4+ de los compartimentos correspondientes78. En comparación con las PBMC, las células T CD4+ BALF mostraron un fenotipo Th1 notable después de la estimulación, como la producción de más IFN-γ e IL-2, lo que indica la presencia de células T CD4+ específicas de HisRS en la sangre y los pulmones de los pacientes con ASD.
Además de estas posibles respuestas autoinmunes, el sistema inmunitario de los pacientes con ASD también presenta otras anomalías. Estudios recientes encontraron que la frecuencia de células B de memoria CD19+CD27+ en sangre periférica de pacientes con DSS con anti-Jo-1 disminuyó, mientras que la frecuencia de células B no tratadas previamente con CD19+CD27 aumentó 79. Además, células B de memoria CD20+CD27+ infiltrantes estaban presentes en el músculo de pacientes anti-Jo-1, lo que indica que la homeostasis de células B estaba deteriorada en el DSS. En comparación con los pacientes con Jo-1 negativo, los pacientes con Jo-1 positivo mostraron un perfil de glicanos Fc con glicanos menos bisecados y afucosilados, que se mejoró aún más en la IgG autoinmune anti-Jo-180. Es importante destacar que las características del perfil de Fc-glicanos se correlacionaron con cierta información clínica y diagnóstica de los pacientes, lo que sugiere que los glucanos Fc IgG específicos podrían ser responsables de la patogenicidad de los autoanticuerpos anti-Jo-1.
Curiosamente, los SRA también se desregularon en otras enfermedades autoinmunes, como la esclerosis múltiple, la artritis reumatoide, la trombocitopenia inmunitaria y el lupus eritematoso sistémico 81,82,83,84. Por ejemplo, Narasimhan et al.85 intentó predecir la expresión génica sinovial analizando las características de los perfiles metabolómicos séricos de pacientes con artritis reumatoide. Observaron que el metabolismo de la serina / glicina y la biosíntesis de aminoacil-ARNt estaban relacionados con las firmas de células TNF-α/CD3E y B/plasma, lo que indica que estas vías podrían estar involucradas en la regulación de las funciones de los linfocitos en el sinovio reumatoide. En general, la indoleamina-2,3-dioxigenasa (IDO) y el WRS son responsables del metabolismo y la utilización del triptófano, respectivamente, y desempeñan un papel importante en la regulación inmunológica86. La relación entre quinurenina sérica y triptófano aumentó en pacientes con enfermedad de Graves en comparación con controles sanos87. Otros estudios encontraron que la expresión de IDO en las células B y DCs fue mayor que en los controles sanos, pero no en las células T CD4+. Por el contrario, la expresión de WRS en las células T CD4+ fue mayor que en los controles sanos, pero no en las células B y las células DCs. Los altos niveles de WRS en los linfocitos T CD4+ abolieron la inmunosupresión mediada por IDO de los SCd, lo que podría estar relacionado con la patogénesis de la enfermedad de Graves.
ARSs y enfermedades infecciosas
ARSs en la infección por virus
Curiosamente, ARSs se han convertido en actores importantes en una variedad de infecciones virales (Fig. 3). El síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) es un defecto adquirido de la inmunidad celular asociado con la infección por el virus de inmunodeficiencia humana (VIH). Aunque esta enfermedad se puede tratar, no tiene cura y tiene un gran impacto en la salud. Por lo tanto, la prevención de la infección por el VIH es muy importante88. Durante el ensamblaje del VIH-1,los tRNALis de la célula huésped, 3 como imprimación para la transcripción inversa,se empaquetaron selectivamente en el virión mediante una interacción específica con el KRS humano,así como la poliproteína de mordaza viral y el precursor de gagpol89,90, 91, 92 (Fig. 3a). Sorprendentemente, no se detectaron otros SRA en el VIH-1, lo que sugiere que el KRS podría incorporarse específicamente a partículas virales89,93. Recientemente, Duchon et al.94 observaron que la infección por VIH-1 desencadenó la liberación de KRS del MSC para formar un grupo libre de KRS, lo que podría deberse a la fosforilación específica de S207 en KRS (Fig. 3a). Al mismo tiempo, los investigadores descubrieron que el KRS liberado se transportaba parcialmente al núcleo. Curiosamente, el bloqueo de esta vía mediante la adición de un inhibidor de quinasas reguladas por señal extracelular MAPK/MEK en células productoras de VIH-1 podría reducir la infectividad de los viriones de la progenie, lo que sugiere que el VIH-1 utilizó un MSC dinámico para mejorar su propia replicación.
una infección por VIH-1 desencadena la liberación de KRS del MSC para formar un grupo libre de KRS, y luego el KRS liberado se transporta parcialmente al núcleo. El bloqueo de esta vía mediante la adición de un inhibidor de MEK reduce la infectividad de los viriones de la progenie. Además, el KRS se une a un elemento similar a un ARNt ubicado cerca del sitio de unión de la imprimación dentro del ARN genómico del VIH-1, lo que facilita el recocido eficiente de los trnalis3 al ARN viral antes de la transcripción inversa. Además, el tRNALys de la célula huésped interactúa con el KRS humano, la poliproteína mordaza y el precursor de GagPol para formar un complejo de embalaje durante el ensamblaje del VIH-1. b La infección viral induce específicamente la fosforilación de los EPRS en el Ser990, lo que posteriormente conduce a la disociación de los EPRS del MSC. El EPRS disociado interactúa con PCBP2 y bloquea la ubiquitinación de MAVS mediada por PCBP2, lo que a su vez inhibe la replicación viral.
en Realidad, la incorporación de tRNALys en el virión, estaba estrechamente relacionada con su interacción con KRS95. Cuando se inhibió específicamente el KRS en las células infectadas, el virus resultante mostró una reducción del empaquetado de los tRNALys y de los tRNALys,3 recociendo al ARN viral. En particular, la incorporación de tRNALys dependía de la capacidad del KRS para unirse a tRNALys, en lugar de su capacidad para aminoacilartrnalys96. Además, el KRS se une a un elemento similar a un ARNt ubicado cerca del sitio de unión del cebador dentro del ARN genómico del VIH-1, lo que facilita el recocido eficiente de los ANTR3 al ARN viral antes de la transcripción reversa97,98,99 (Fig. 3a). En conjunto, estos estudios aclaran claramente que el KRS desempeña un papel importante en el ensamblaje del VIH-1.
Además, Clarke et al.100 comparó la expresión génica celular después de la infección cerebral con el virus de la encefalitis japonesa (VJJ) y el virus del Nilo Occidental (VNO) (dos virus que causaron la enfermedad del sistema nervioso central) y el reovirus (un virus neurotrópico no relacionado) mediante análisis de microarrays. En los cerebros infectados con los tres virus, muchos genes se regularon al alza, como los genes relacionados con la inflamación, la señalización de IFN y el sistema inmunitario, mientras que los genes relacionados con la señalización de glutamato se regularon a la baja. En particular, 14 SRA se regularon al alza en cerebros infectados por VEV o VNO, mientras que ninguno de estos SRA se reguló al alza después de la infección por reovirus, lo que sugiere que el SRA podría estar involucrado en el desarrollo de la enfermedad del sistema nervioso central inducida por VEV o VNO. Se encontró que un motivo de ARN de 32 nucleótidos en el extremo 3′ del genoma del coronavirus de la gastroenteritis transmisible (TGEV) interactúa con el EPRS del huésped y la arginil-ARNt sintetasa (RRS)101. Dado que este motivo de ARN tenía una alta homología al elemento inhibidor de la traslación activado por interferón gamma (MARCHA), podría unirse al complejo de MARCHA e inhibir la traslación de un ARNm quimérico que comprende el motivo de ARN. Las células infectadas con TGEV que albergan mutaciones en el motivo de ARN de 32 nucleótidos exhibieron una respuesta inmunitaria innata más potente mediada por la vía del gen 5 asociado a la diferenciación de melanoma (MDA5), lo que indica que este motivo de ARN posiblemente inhibió la respuesta inmunitaria del huésped durante la infección por TGEV. Recientemente, Lee et al.102 demostró que la infección viral indujo específicamente la fosforilación de los EPRS en el Ser990, lo que posteriormente llevó a la disociación de los EPRS del MSC (Fig. 3b). Las EPRS disociadas interactuaron con la proteína 2 de unión a poli(rC) (PCBP2) y bloquearon la ubiquitinación de la proteína de señalización antiviral mitocondrial mediada por PCBP2 (MAVS), que a su vez inhibió la replicación viral. De manera consistente, los ratones EPRS-haploides (Eprs+/−) exhibieron inmunodeficiencia extensa, como viremia más grave y retraso en el aclaramiento viral.
SAR en infección bacteriana
Los estudios proteómicos revelaron que 26 proteínas se expresaban de manera significativamente diferente entre las fases aguda y convaleciente de la infección por Vibrio cholerae O1103. A través del análisis de Ontología génica (GO), los investigadores demostraron que estas proteínas expresadas diferencialmente estaban relacionadas principalmente con las respuestas inmunitarias innatas, la expresión de citoquinas y la apoptosis. Curiosamente, los niveles de S100A8 y WRS fueron más altos en las células de la lámina propia durante la etapa aguda del cólera, lo que sugiere que estas dos proteínas podrían desempeñar un papel importante en la respuesta inflamatoria intestinal en la etapa temprana del cólera. Recientemente, al analizar conjuntos de datos integrados de transcriptomas y metabolomas, Duffy et al.104 encontraron que la progresión de la tuberculosis se asoció con un perfil inmunometabólico, que incluía redes de acilación de triptófano, cortisol, glutatión y ARNt. Después de la infección por diversos patógenos, como Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus y virus respiratorio sincitial, los monocitos del huésped secretaron rápidamente WRS105. Los WRS secretados dieron lugar a la producción de citoquinas en macrófagos humanos y murinos y aumentaron los niveles de CD40, CD80 y CD86 en la superficie celular, lo que indica que los WRS podrían activar los macrófagos. Otros estudios encontraron que el WRS indujo la producción de quimioquinas y la fagocitosis al unirse al complejo TLR4-factor de diferenciación mieloide 2 (MD2) en macrófagos.
Además, las toxinas Shiga producidas por Escherichia coli indujeron el KRS en células THP-1 diferenciadas similares a macrófagos para disociarse del MSC y posteriormente ser secretadas en el espacio extracelular106. A su vez, el KRS secretado podría promover la producción de citoquinas proinflamatorias en las células THP-1, como IL-8, IL-1β y TNF-α. A diferencia de las toxinas Shiga, las toxinas acetiltransferasas producidas por Salmonella Enteritidis y Typhimurium inhibieron la traslación en los macrófagos por acetilación de aminoacil-tRNAs, induciendo así la formación de Salmonella persistente durante la infección107. En conclusión, el SRA del huésped no solo participa en la asamblea del VIH, sino que también protege contra las infecciones bacterianas y virales al modular las respuestas inmunitarias, lo que indica que el SRA juega un papel importante en las enfermedades infecciosas.
SRAa e inmunidad tumoral
Sorprendentemente, los SRA están estrechamente relacionados con la inmunidad tumoral (Fig. 4). Las células cancerosas de ovario podían secretar TRS en respuesta al estrés celular, y los niveles de TRS en muestras de pacientes con cáncer se correlacionaron con el avance del estadio de la enfermedad y el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF)108. Fue de particular interés encontrar que el TRTR estaba sobreexpresado en leucocitos infiltrantes, incluidos neutrófilos y células plasmáticas, dentro de tumores ováricos. Estos datos demostraron que los TRH podrían manipular el microambiente tumoral a través de la regulación de la angiogénesis y las respuestas de las células inmunitarias, lo que afectaría la progresión tumoral. Análogamente, la expresión alta de KRS podría estar presente en las células cancerosas gástricas y sus células inflamatorias infiltrantes, como las células T CD4+, los macrófagos/monocitos o los neutrófilos 109. Entre ellos, los pacientes con expresión alta de KRS en células cancerosas se relacionaron con una supervivencia general más corta del cáncer gástrico, mientras que los pacientes con expresión alta de KRS en células inflamatorias se relacionaron con una supervivencia general más larga. Además, los pacientes con una expresión alta de KRS en las células cancerosas acompañada de una expresión baja o nula de KRS en las células inflamatorias tuvieron tasas de supervivencia significativamente reducidas. Notoriamente, Kim et al.110 estudiaron sistemáticamente el mecanismo de secreción de KRS en células de carcinoma colorrectal (Fig. 4). En las células tumorales, se expuso un motivo de unión a PDZ en el terminal C del KRS mediante la escisión del terminal N por caspasa-8. El motivo expuesto de unión a PDZ unido a la sintenina, que a su vez promovió la disociación del KRS del MSC y la posterior secreción al espacio extracelular en forma de exosomas. Los exosomas liberados podrían inducir la migración de macrófagos y la expresión de varias citocinas. Curiosamente, los exosomas que contenían un KRS muy bajo tenían una actividad inmunoestimulante más fuerte que el KRS desnudo, y el HSP90, un factor inmunoestimulante en los exosomas, se correlacionó positivamente con el KRS, lo que indica que el KRS podría jugar un papel sinérgico con otros factores inflamatorios presentes en los exosomas. Las antraciclinas indujeron la translocación de calreticulina (TRC) a la superficie de las células cancerosas, lo que llevó a la muerte celular inmunogénica111. Kepp et al.en 112 se encontró que el KRS también se traslocó a la superficie de las células cancerosas estimuladas por inductores de muerte inmunogénicos y co-localizadas con TRC en balsas lipídicas. Además, el agotamiento del KRS inhibió la exposición a la TRC, lo que indica que el KRS estuvo involucrado en la translocación de la TRC en la muerte inmunogénica de células cancerosas.
En las células tumorales, un motivo de unión a PDZ en el terminal C del KRS se expone mediante la escisión del terminal N por caspasa-8. El motivo de unión a PDZ expuesto se une a la sintenina, que a su vez promueve la disociación del KRS del MSC y la posterior secreción al espacio extracelular en forma de exosomas. Los exosomas liberados inducen la migración de macrófagos y la expresión de varias citocinas. Además, tras la fosforilación del residuo S207 de KRS en las células cancerosas de colon, el KRS se disocia del MSC y se trasloca al núcleo. Luego, el KRS nuclear promueve la transcripción de GAS6 por MiTF y, por lo tanto, causa la polarización M2 de los macrófagos. Los macrófagos M2 secretan FGF2, GROa y M-CSF, que no solo pueden activar las señales intracelulares en las células cancerosas, sino que también promueven la secreción de laminina por los CAFs, lo que conduce a la remodelación microambiental y a la metástasis del cáncer.
Un estudio reciente realizado por Adam et al.113 descubrió que las células cancerosas podían regular al alza las SRO de dos maneras diferentes para adaptarse al estrés nutricional causado por la degradación del triptófano. Por un lado, la depleción de triptófano causada por la alta expresión de indoleamina-2,3-dioxigenasa-1 (IDO1) y triptófano-2,3-dioxigenasa (TDO2) en células de glioblastoma LN229 activó la quinasa de control general no derepressible-2 (GCN2), lo que resultó en la fosforilación del factor de iniciación de la traducción eucariótica 2α (eIF2a) y la activación del factor de transcripción activador 4 (ATF4), lo que aumentó aún más la expresión. Por otro lado, las células T infiltrantes de tumores indujeron conjuntamente la expresión de IDO1 y WRS en cáncer de mama, carcinoma de colon y linfoma de células B secretando IFN-γ. Tras la fosforilación del residuo S207 de KRS en células de cáncer de colon, la molécula de KRS se disociaría del MSC y se translocaría al nucleo114 (Fig. 4). Luego, el KRS nuclear promovió la transcripción específica de detención de crecimiento 6 (GAS6) por MiTF y, por lo tanto, causó la polarización M2 de los macrófagos. Los macrófagos M2 secretaron múltiples factores solubles, como el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), el oncogén α regulado por el crecimiento (GROa) y el factor estimulante de colonias de macrófagos, que no solo activaron las señales intracelulares en las células cancerosas, sino que también promovieron la secreción de laminina por los fibroblastos relacionados con el cáncer, lo que llevó a la remodelación microambiental y a la metástasis del cáncer. Además, las células tumorales podrían liberar Fas, un ligando apoptótico, que indujo a los macrófagos a secretar gliciltrna sintetasa (GRS)115. A su vez, los GRS secretados se unen a la cadherina-6 en las células cancerosas, aumentando así la actividad de la fosfatasa 2A (PP2A). Finalmente, el PP2A activado inhibió la señalización de ERK a través de la desfosforilación de ERK, suprimiendo así la tumorogénesis. En general, los SRA son participantes activos en la inmunidad tumoral. Por un lado, las células tumorales regulan las funciones de las células inmunitarias secretando ARSs. Por otro lado, las células inmunitarias relacionadas con el tumor también pueden secretar ARSs, lo que afecta el desarrollo del tumor.