Roller av aminoacyl-tRNA-syntetaser i immunreglering och immunsjukdomar

Som nämnts ovan arbetar ARSs som regulatorer och signalmolekyler i immuncellsutveckling. Det är inte svårt att föreställa sig att ARSs också fungerar som pleiotropa molekyler som reglerar olika biologiska processer vid immunsjukdomar som autoimmuna sjukdomar, infektionssjukdomar och tumörimmunitet.

ARSs och autoimmuna sjukdomar

det är välkänt att ARSs ofta är involverade i utvecklingen av ASSD som specifika autoantigener. Denna sjukdom är en heterogen grupp av autoimmun sjukdom som kännetecknas av interstitiell lungsjukdom (ILD), myosit, mekanikers händer, Raynauds fenomen och artrit61. Hittills finns det huvudsakligen åtta Anti-ARS-autoantikroppar inklusive anti-histidyl (anti-Jo-1), Anti-alanyl (anti-PL-12), Anti-treonyl (anti-PL-7), Anti-asparaginyl (anti-KS), Anti-glycyl (Anti-EJ), Anti-fenylalanyl (Anti-Zo), Anti-tyrosyl (anti-Ha) och anti-isoleucyl (Anti-OJ) i ASSD62,63. Bland dem är anti-Jo-1-antikropp den vanligaste. En tidigare studie av Stone et al.64 fann att nivåerna av anti-Jo-1 autoantikropp var blygsamt korrelerade med idiopatisk inflammatorisk myopati aktivitet. Påfallande var anti-ARS autoantikroppsspecificiteten relaterad till kliniska egenskaper, sjukdomens svårighetsgrad och till och med överlevnad hos ASSD-patienter65, 66,67,68. Hamaguchi et al.69 upptäckte att anti-ARS-autoantikropparna i allmänhet var ömsesidigt exklusiva, vilket innebär att två eller flera antikroppar sällan uppträdde i samma ASSD-patient. Ännu viktigare, de fann att den kliniska diagnosen av anti-Jo-1, anti-EJ, och anti-PL-7 var mestadels polymyosit eller dermatomyosit; den kliniska diagnosen av anti-PL-12 var mestadels kliniskt amyopatisk dermatomyosit eller ILD; och den kliniska diagnosen anti-KS och anti-OJ var mestadels ILD. Under tiden skulle patienter med anti-PL-7, anti-EJ och anti-Jo-1 autoantikroppar utveckla myosit senare om de bara visade ILD vid tidpunkten för starten. Jämfört med patienter utan anti-PL-7 var Kinesiska ASSD-patienter med anti-PL-7 mer benägna att utveckla snabbt progressiv ILD och deras överlevnad minskade snabbare i det tidiga skedet av långsiktig uppföljning70. Vidare, genom att analysera log-rank-testet och Cox proportionella riskförhållande, visade forskare att icke-Jo-1 autoantikroppspatienter hade sämre överlevnad jämfört med Jo-1-positiva patienter71.

faktum är att successiv forskning har försökt definiera förhållandet mellan Ars autoantigener och medfödda och adaptiva immunsvar (Fig. 2). Howard et al. avslöjade att histidyl-tRNA-syntetas (Hisr) och AsnRS kunde fungera som kemoattraktiva medel för leukocyter, medan andra ARSs utan antigen aktivitet inte hade någon liknande kemotaktisk aktivitet72. Specifikt inducerade dessa två myosit autoantigener selektivt migration av lymfocyter, aktiverade monocyter och omogna DCs. Dessutom inducerade Hisr CC-kemokinreceptor 5 (CCR5)-transfekterade celler att migrera, medan AsnRS inducerade CCR3-transfekterade celler att migrera. Nyligen har den unika N-terminala förlängningsdomänen för mänskliga AsnRS visat sig vara associerad med den CCR3-medierade kemotaktiska aktiviteten73. Fernandez et al.74 observerade att rekombinanta Hisr provocerade myosit hos möss via multipel myeloid differentiering primär responsgen 88 (MyD88)-beroende TLR. Det vill säga Hisr-stimulerade TLR2-och TLR4-dubbelknockout-möss visade en signifikant minskning av muskelinflammation, medan TLR2-och TLR4-enstaka knockout-möss fortfarande visade lymfocytisk infiltration av muskelvävnad. Naturliga mördarceller (nk) från ASSD-patienter hade onormal fenotypisk karakterisering, såsom ökat uttryck av hämmande receptor Ig-liknande transkript 2 (ILT2) och differentieringsrelaterad receptor CD57, samt minskat uttryck av den aktiverande receptorn NKp3075. Under tiden försämrades syntesen av IFN-Kubi i IL-12 plus IL-18-stimulerande NK-celler signifikant, vilket indikerar att cellfunktionen också var onormal. I synnerhet var infiltrationerna av NK-celler i lungvävnaderna hos ASSD-patienter täta och diffusa. Dessa fynd tyder på att NK-celler kan bidra till utveckling och progression av ASSD.

Ascherman et al.76 stödde att både PBMC-härledda antigenpresenterande celler (APC) och DCs medierade perifer blod-t-cellproliferation utlöst av fullängds human Jo-1, men endast DCs stödde proliferativa svar på Jo-1-fragment76. Mer djupt befanns denna t-cellproliferation vara större histokompatibilitetskomplex (MHC) klass II beroende, vilket indikerar närvaron av Jo-1-specifika T-cellsvar hos Jo-1-positiva polymyositpatienter. Genom att analysera de tidiga antikroppssvar som inducerats av människa eller mus Jo-1 fann forskare att B-cell-och T-cellsvar på Jo-1-immunisering visade signifikant artspecifikhet77. Observera att murina Jo-1 inducerade autoreaktiva B-och T-celler riktade mot sina egna epitoper, och epitopspridningen inträffade jämnt 8 veckor efter den enda immuniseringen, vilket tyder på att autoantikropp Jo-1 kunde driva ett ihållande immunsvar. När PBMCs och bronchoalveolar lavage fluid (BALF) celler från ASSD-patienter stimulerades med Hisr eller en Hisr-härledd peptid (HisRS11–23), var uttrycket av CD40L i CD4+ T-celler från motsvarande fack uppreglerat78. Jämfört med PBMCs visade BALF CD4+ T-celler en anmärkningsvärd Th1-fenotyp efter stimulering, såsom produktion av mer IFN-Kubi och IL-2, vilket indikerar närvaron av Hisr-specifika CD4+ T-celler i blod och lunga hos patienter med ASSD.

förutom dessa möjliga autoimmuna svar uppvisar immunsystemet hos ASSD-patienter också andra avvikelser. Nya studier visade att frekvensen av CD19 + CD27 + minne B-celler i perifert blod hos ASSD-patienter med anti-Jo− 1 minskade, medan frekvensen av CD19+CD27-naiva B-celler ökades 79. Dessutom var infiltrerande CD20 + CD27 + minne B-celler närvarande i muskeln hos anti-Jo-1-patienter, vilket indikerar att b-cellhemostas var nedsatt i ASSD. Jämfört med Jo-1-negativa patienter visade Jo-1-positiva patienter en Fc-glykanprofil med mindre bisekterade och afukosylerade glykaner, vilket förstärktes ytterligare i anti-Jo-1 autoimmun igg80. Det är viktigt att Fc-glykanprofilfunktionerna korrelerades med viss klinisk och diagnostisk information hos patienterna, vilket tyder på att de specifika IGG Fc-glykanerna kan vara ansvariga för patogeniciteten hos anti-Jo-1 autoantikroppar.intressant nog dysregulerades ARSs också i andra autoimmuna sjukdomar, inklusive multipel skleros, reumatoid artrit, immun trombocytopeni och systemisk lupus erythematosus81, 82,83,84. Till exempel Narasimhan et al.85 försökte förutsäga synovialt genuttryck genom att analysera egenskaperna hos serummetabolomiska profiler hos patienter med reumatoid artrit. De observerade att serin – / glycinmetabolism och aminoacyl-tRNA-biosyntes var relaterade till TNF-Kubi/CD3E och B/plasmacellsignaturer, vilket indikerar att dessa vägar kan vara involverade i reglering av lymfocytfunktioner i reumatoid synovium. I allmänhet är indoleamin-2,3-dioxygenas (IDO) och WRS ansvariga för metabolism och utnyttjande av tryptofan respektive spelar viktiga roller i immunreglering86. Förhållandet mellan serumkynurenin och tryptofan ökade hos Graves sjukdomspatienter jämfört med friska kontroller87. Ytterligare studier visade att Ido-uttryck i B-celler och DCs var högre än i friska kontroller, men inte i CD4+ T-celler. Däremot var WRS-uttryck i CD4+ T-celler högre än i friska kontroller, men inte i B-celler och DC. De höga nivåerna av WRS i CD4 + T-celler avskaffade Ido-medierad immunsuppression från DC, vilket kan vara relaterat till patogenesen av Graves sjukdom.

ARSs och infektionssjukdomar

ARSs vid virusinfektion

intressant har ARSs blivit viktiga aktörer i en mängd olika virusinfektioner (Fig. 3). Förvärvat immunbristsyndrom (AIDS) är en förvärvad defekt av cellulär immunitet associerad med infektion med humant immunbristvirus (HIV). Även om denna sjukdom kan behandlas, har den inget botemedel och har stor inverkan på hälsan. Därför är förebyggandet av HIV-infektion mycket viktigt88. Under HIV-1-Montering förpackades värdcell tRNALys, 3 som primer för omvänd transkription selektivt i virionen genom en specifik interaktion med humana KRS,såväl som viralt Gag-polyprotein och GagPol-prekursor89, 90,91,92 (Fig. 3a). Påfallande upptäcktes inte andra ARSs i HIV-1,vilket tyder på att KRS kan införlivas specifikt i virala partiklar89, 93. Nyligen, Duchon et al.94 observerade att HIV-1-infektion utlöste frisättningen av KRS från MSC för att bilda en fri pool av KRS, vilket kan bero på den specifika fosforyleringen av S207 i KRS (Fig. 3a). Samtidigt fann forskarna att den frigjorda KRS delvis transporterades till kärnan. Intressant kan blockering av denna väg genom tillsats av en MAPK/extracellulär signalreglerade kinaser (MEK)-hämmare i HIV-1-producerande celler minska smittsamheten hos avkomma virioner, vilket tyder på att HIV-1 använde en dynamisk MSC för att förbättra sin egen replikering.

faktum är att införlivandet av tRNALys i virionen var nära relaterat till dess interaktion med KRS95. När KRS i de infekterade cellerna specifikt hämmades visade det resulterande viruset minskad tRNALys-förpackning och tRNALys,3 glödgning till viralt RNA. I synnerhet var införlivandet av tRNALys beroende av KRS förmåga att binda till tRNALys, snarare än dess förmåga att aminoacylat tRNALys96. Vidare binds KRS till ett tRNA-liknande element beläget nära primerbindningsstället inom HIV-1 genomiskt RNA, vilket underlättar effektiv glödgning av tRNALys,3 till viralt RNA före omvänd transkription97,98,99 (Fig. 3a). Sammantaget belyser dessa studier starkt att KRS spelar en viktig roll i HIV-1-Montering.

dessutom Clarke et al.100 jämförde det cellulära genuttrycket efter hjärninfektion med japanskt encefalitvirus (JEV) och West Nile-virus (WNV) (två virus som orsakade centrala nervsystemet) och reovirus (ett orelaterat neurotropiskt virus) genom mikroarrayanalys. I hjärnor infekterade med alla tre virus uppreglerades många gener, såsom gener relaterade till inflammation, IFN-signalering och immunsystemet, medan gener relaterade till glutamatsignalering nedreglerades. I synnerhet 14 ARSs uppreglerades i Jev-eller WNV-infekterade hjärnor, medan ingen av dessa ARSs uppreglerades efter reovirusinfektion, vilket tyder på att ARSs kan vara involverat i utvecklingen av JEV-eller WNV-inducerad sjukdom i centrala nervsystemet. Ett 32-nukleotid-RNA-motiv vid 3 ’ – änden av överförbart gastroenterit coronavirus (TGEV) genom befanns interagera med värd EPRS och arginyl-tRNA-syntetas (RRS)101. Eftersom detta RNA-motiv hade hög homologi till gamma interferon-aktiverad hämmare av translation (gång) element, kunde det binda till GÅNGKOMPLEXET och hämma översättningen av en chimär mRNA innefattande RNA-motivet. Celler infekterade med TGEV som hyser mutationer i 32-nukleotid-RNA-motivet uppvisade ett mer potent medfödd immunsvar medierat av melanomdifferentieringsassocierad gen 5 (MDA5) – väg, vilket indikerar att detta RNA-motiv eventuellt hämmade värdens immunsvar under tgev-infektion. Nyligen, Lee et al.102 visade att virusinfektion specifikt inducerade fosforylering av EPRS vid Ser990, vilket senare ledde till dissociation av EPRS från MSC (Fig. 3b). De dissocierade EPRS interagerade med poly(rC)-bindande protein 2 (PCBP2) och blockerade PCBP2-medierad mitokondriell antiviral signalering protein (MAVS) ubiquitination, vilket i sin tur hämmade viral replikation. Konsekvent uppvisade EPRS− haploida (Eprs+/ -) möss omfattande immunbrist, såsom allvarligare viremi och fördröjd viral clearance.

ARSs vid bakteriell infektion

Proteomiska studier visade att 26 proteiner uttrycktes signifikant differentiellt mellan de akuta och konvalescenta faserna av Vibrio cholerae O1-infektion103. Genom Gen ontologi (GO) analys visade forskarna att dessa differentiellt uttryckta proteiner huvudsakligen var relaterade till medfödda immunsvar, cytokinuttryck och apoptos. Intressant nog var nivåerna av S100A8 och WRS högre i lamina propria-cellerna under det akuta stadiet av kolera, vilket tyder på att dessa två proteiner kan spela en viktig roll i det intestinala inflammatoriska svaret i kolera i tidigt stadium. Nyligen, genom att analysera integrerade transkriptom-och metabolomdataset, Duffy et al.104 fann att tuberkulosprogression var associerad med en immunometabolisk profil, inklusive tryptofan, kortisol, glutation och tRNA acyleringsnätverk. Efter infektion av olika patogener, såsom Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus och respiratoriskt syncytialvirus, utsöndrade värdmonocyter snabbt WRS105. De utsöndrade WRS resulterade i produktion av cytokiner i humana och murina makrofager och ökade nivåer av CD40, CD80 och CD86 på cellytan, vilket indikerar att WRS kunde aktivera makrofager. Ytterligare studier visade att WRS inducerade kemokinproduktion och fagocytos genom bindning till TLR4-myeloid differentieringsfaktor 2 (MD2) – komplexet på makrofager.dessutom inducerade Shiga-toxinerna som framställts av Escherichia coli KRS i makrofagliknande differentierade THP-1-celler för att dissociera från MSC och därefter utsöndras i extracellulärt utrymme106. I sin tur kan den utsöndrade KRS främja produktionen av proinflammatoriska cytokiner i THP-1-celler, såsom IL-8, IL-1 ci och TNF-ci. Till skillnad från Shiga-toxiner hämmade acetyltransferastoxinerna som producerades av Salmonella enteritidis och Typhimurium översättning i makrofager genom acetylering av aminoacyl-tRNA, vilket inducerade bildning av Salmonella persister under infektion107. Sammanfattningsvis deltar värd ARSs inte bara i HIV-församlingen utan skyddar också mot bakteriella och virusinfektioner genom att modulera immunsvaret, vilket indikerar att ARSs spelar en viktig roll i infektionssjukdomar.

arss och tumörimmunitet

påfallande är ARSs nära besläktade med tumörimmunitet (Fig. 4). Äggstockscancerceller kunde utsöndra ThrRS som svar på cellstress, och ThrRS-nivåer i patientcancerprover korrelerades med framväxande sjukdomsstadium och vaskulär endotelväxtfaktor (VEGF)108. Det var av särskilt intresse att finna att ThrRS var överuttryckt i infiltrerande leukocyter, inklusive neutrofiler och plasmaceller, inom äggstockstumörer. Dessa data visade att ThrRS kan manipulera tumörens mikromiljö genom att reglera angiogenes och immuncellsvar, vilket påverkar tumörprogressionen. Analogt kan högt uttryck av KRS vara närvarande i magcancerceller och deras infiltrerande inflammatoriska celler, såsom CD4+ T-celler, makrofager/monocyter och/eller neutrofiler109. Bland dem var patienter med högt KRS-uttryck i cancerceller associerade med kortare total överlevnad av magcancer, medan patienter med högt KRS-uttryck i inflammatoriska celler var associerade med längre total överlevnad. Dessutom hade patienter med högt KRS-uttryck i cancerceller åtföljt av lågt eller inget KRS-uttryck i inflammatoriska celler signifikant minskad överlevnad. Påfallande, Kim et al.110 studerade systematiskt sekretionsmekanismen för KRS i kolorektala karcinomceller (Fig. 4). I tumörceller exponerades ett PDZ-bindande motiv vid C-terminalen av KRS genom att klyva N-terminalen med caspase-8. Det exponerade PDZ-bindande motivet bundet till syntenin, vilket i sin tur främjade KRS-dissociation från MSC och efterföljande utsöndring i det extracellulära utrymmet i form av exosomer. De frigjorda exosomerna kan inducera makrofagmigration och uttryck av olika cytokiner. Intressant nog hade exosomerna som innehöll mycket låga KRS starkare immunostimulerande aktivitet än nakna KRS, och HSP90, en immunostimulerande faktor i exosomer, var positivt korrelerad med KRS, vilket indikerar att KRS kan spela en synergistisk roll med andra inflammatoriska faktorer som finns i exosomer. Antracykliner inducerade translokationen av kalretikulin (CRT) till ytan av cancerceller, vilket ledde till immunogen celldöd111. Kepp et al.112 fann att KRS också translokerade till ytan av cancercellerna som stimulerades av immunogena dödsinducerare och samlokaliserades med CRT i lipidflottor. Dessutom hämmade KRS-utarmningen CRT-exponering, vilket indikerar att KRS var involverad i translokationen av CRT vid immunogen cancercelldöd.

en ny studie av Adam et al.113 upptäckte att cancerceller kunde uppreglera WRS på två olika sätt för att anpassa sig till näringsstressen orsakad av tryptofannedbrytning. Å ena sidan aktiverade tryptofanutarmning orsakad av högt uttryck av indoleamin-2,3-dioxygenas-1 (ido1) och tryptofan-2,3-dioxygenas (TDO2) i ln229 glioblastom-celler det allmänna kontroll-icke-derepressibla-2 (GCN2) – Kinas, vilket resulterade i fosforylering av eukaryot translationsinitieringsfaktor 2 kg (eIF2a) och aktiveringen av aktiverande transkriptionsfaktor 4 (ATF4), som ytterligare uppreglerade var uttryck. Å andra sidan inducerade tumörinfiltrerande T-celler gemensamt uttrycket av IDO1 och WRS i bröstcancer, kolonkarcinom och B-celllymfom genom att utsöndra IFN-Kubi. Vid fosforylering av S207-återstoden av KRS i koloncancerceller skulle KRS-molekylen dissociera från MSC och translokera till kärnan114 (Fig. 4). Därefter främjade kärnkraftens KRS tillväxt arresteringsspecifik 6 (GAS6) transkription av MiTF och orsakade därmed m2-polarisering av makrofager. M2-makrofager utsöndrade flera lösliga faktorer, såsom fibroblasttillväxtfaktor 2 (FGF2), tillväxtreglerad onkogen-Kubi (GROa) och makrofagkolonistimulerande faktor, som inte bara aktiverade intracellulära signaler i cancerceller utan också främjade lamininsekretion av cancerassocierade fibroblaster, vilket ledde till mikromiljöombyggnad och cancermetastas. Vidare kunde tumörceller frigöra Fas, en apoptotisk ligand, som inducerade makrofager att utsöndra glycyl-tRNA-syntetas (GRS)115. I sin tur binds det utsöndrade GRS till cadherin-6 i cancerceller, vilket förbättrar fosfatas 2a (PP2A) aktivitet. Slutligen inhiberade den aktiverade PP2A ERK-signaleringen via defosforylering av ERK, varigenom tumörgenes undertrycktes. Sammantaget är ARSs aktiva deltagare i tumörimmunitet. Å ena sidan reglerar tumörceller immuncellernas funktioner genom att utsöndra ARSs. Å andra sidan kan tumörrelaterade immunceller också utsöndra ARSs, vilket påverkar tumörutvecklingen.