Schlafens puede hacer que los virus duerman, parte 1

Abstracto:

La familia de genes Schlafen codifica proteínas involucradas en diversas tareas biológicas, incluida la proliferación celular, la diferenciación y el desarrollo de células T. Los Schlafens se descubrieron inicialmente en ratones y se han estudiado en el contexto de la biología del cáncer, así como su papel en la protección de las células durante la infección viral. Esta familia de proteínas proporciona barreras antivirales a través de efectos directos e indirectos sobre la infección por virus. Schlafens puede inhibir la replicación de virus con genomas de ARN y ADN. En esta revisión, resumimos las funciones celulares y la relación emergente entre Schlafens y la inmunidad innata. También discutimos las funciones y distinciones de esta familia emergente de proteínas como factores de restricción del huésped contra la infección viral. La investigación adicional sobre la función de la proteína Schlafen proporcionará información sobre los mecanismos que contribuyen a la inmunidad intrínseca e innata del huésped.

Los códigos de la familia de genes están estrechamente relacionados con la inmunidad. Múltiples familias de genes codifican proteínas y moléculas que representan células inmunitarias específicas que trabajan en estrecha colaboración para coordinar y activar las respuestas inmunitarias.

Una de las familias de genes más importantes es la familia de las inmunoglobulinas, también conocida como superfamilia de las inmunoglobulinas. Esta familia codifica una serie de moléculas de inmunoglobulina, incluyendo IgG, IgM, IgA, IgE e IgD. Estas moléculas de inmunoglobulina pueden unirse a antígenos extraños y activar respuestas inmunitarias específicas. Además, los miembros de la familia de las inmunoglobulinas también pueden activar y regular la actividad de las células inmunitarias al unirse a los receptores en la superficie de las células inmunitarias.

Otra familia de genes importante es la familia del antígeno leucocitario humano (HLA), también conocida como complejo de histocompatibilidad. Esta familia codifica antígenos de leucocitos humanos, que están presentes en los principales tejidos humanos y pueden reconocer y unirse a antígenos extraños y mostrarlos a las células T en el sistema inmunitario, lo que desencadena una respuesta inmunitaria celular.

Además, existen muchas otras familias de genes que codifican proteínas relacionadas con la inmunidad, como la familia de las quimiocinas, la familia de la nitrito sintasa, etc.

Por lo tanto, las proteínas codificadas por la familia de genes son fundamentales para regular la respuesta inmunitaria y mejorar la inmunidad. Las mutaciones o variaciones en algunos genes pueden conducir a una función inmunológica anormal, lo que lleva a enfermedades tales como enfermedades autoinmunes, enfermedades de inmunodeficiencia y enfermedades infecciosas. Por lo tanto, estudiar la relación entre la codificación de la familia de genes y la inmunidad es de gran importancia para la prevención y el tratamiento de estas enfermedades. Por lo tanto, debemos prestar especial atención a la mejora de nuestra inmunidad. Cistanche puede mejorar la inmunidad, y los polisacáridos de la carne pueden regular la respuesta inmunitaria del sistema inmunitario humano, mejorar la capacidad de estrés de las células inmunitarias y mejorar el efecto bactericida de las células inmunitarias.

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Palabras clave:

Schlafen; SLFN; inmunidad innata; virus; factor de restricción; evasión inmune.

1. Introducción

En 1998, el gen Schlafen (SLFN para humanos; Slfn para ratones) se informó por primera vez en el estudio del desarrollo del timo murino. Los primeros Schlafen descubiertos fueron los genes murinos Slfn1–4. Cuando Slfn1 se expresa ectópicamente en fibroblastos NIH-3T3, induce la detención del ciclo celular G0/G1; esta observación condujo a la acuñación del término "schlafen" de la palabra alemana que significa "dormir" [1].

Investigaciones posteriores encontraron que los Schlafen desempeñan funciones en una variedad de funciones celulares, incluidas la antiproliferación y la diferenciación celular [2–7], la migración, la proliferación y la prevención de la invasión de células cancerosas [8–11], la sensibilización de las células cancerosas al daño del ADN fármacos [12-17] e inhibición de la replicación viral [18-24]. A medida que los estudios sobre la familia Schlafen se han ampliado en los últimos años, se ha logrado un progreso sustancial hacia la comprensión de cómo las proteínas de esta familia tienen funciones distintas. Excelentes artículos de revisión recientes han descrito su importancia para el campo de la biología del cáncer [25].

Las proteínas de Schlafen también tienen funciones en el control de virus y el sistema inmunitario del huésped. Aquí, abordamos las similitudes y diferencias funcionales entre los miembros de la familia Schlafen en términos de sus funciones en la regulación de las características virológicas e inmunológicas. Estos hallazgos recientes inspiran futuras líneas de investigación sobre esta familia de proteínas emergente.

2. Miembros de la familia Schlafen y composición de proteínas

Los miembros de la familia de genes Schlafen son altamente homólogos en muchas especies de mamíferos. Nueve proteínas de Schlafen se expresan en ratones a partir del cromosoma 11, y seis se han encontrado en humanos a partir del cromosoma 17 (Figura 1) [3,26]. A pesar de que Slfn-like 1 (Slfn1L) se expresa en el cromosoma 4 del ratón, existe la opinión de que no se considera un miembro de la familia 'bona file Schlafen' debido a la similitud extremadamente baja con los genes Slfn [26,27]. Además, se considera que Slfn6 y Slfn7 son secuencias derivadas de las isoformas Slfn3 o Slfn4 u otros parálogos de ratón [1,27].

Los miembros de Schlafen se dividen en tres grupos distintos, cada uno con su conjunto único de características y funciones (Figura 1). El grupo I tiene un dominio asociado a ATPasa AAA divergente que contiene una región de caja Slfn común que se ha denominado dominio central de Schlafen y se comparte con los otros dos grupos [2,28–31]. El dominio central de Schlafen tiene forma de herradura y contiene motivos de dedos de zinc que están muy conservados en todos los miembros de la familia de proteínas Schlafen.

Los grupos II y III contienen un dominio enlazador adicional que sigue al dominio central de Schlafen, que alberga el motivo SWADL definido por el patrón de secuencia de aminoácidos SW-(A/S)-(V/G/L)-D-(L/I/ V) con función desconocida [3,29]. Solo las proteínas del grupo III presentan un dominio carboxilo (C)-a extendido que coincide con la superfamilia I de helicasas de ADN/ARN [2]. El dominio central de Schlafen carece del motivo Walker. Walker A y B representan motivos estructurales para la unión de nucleótidos y se descubrieron en la familia AAA de ATPasas [32].

Debido a la ausencia de motivos de Walker, las proteínas de Schlafen en los grupos I y II pueden carecer de actividad ATPasa. Los supuestos dominios helicasa de ADN/ARN de algunos miembros del grupo III de Schlafen tienen dominios AAA con motivos de Walker que parecen ser enzimáticamente funcionales [18,33,34]. Estos están incompletos en Schlafen 14 murino y humano, que poseen solo el motivo Walker B [31]. Además, la extensión C-terminal de algunos Schlafen del grupo III posee una señal de localización nuclear (NLS) y puede tener funciones nucleares (Figura 1) [20,24,25]

A excepción del ornitorrinco, un monotrema, la familia Schlafen se encuentra en prácticamente todos los mamíferos. Se descubrieron secuencias similares a los genes de Schlafen en el anfibio Xenopus laevis y en la especie de pez Callorhincuys milii, pero no en ningún otro organismo no mamífero. Curiosamente, se han encontrado secuencias similares a las de Schlafens mediante análisis bioinformáticos de genomas de ortopoxvirus (OPV), como vaccinia, variola (viruela) y virus de la viruela bovina [1]. La secuenciación posterior del virus de la viruela del camello (CMLV) identificó otra proteína similar a Schlafen llamada 176R. Esta proteína consta de 502 aminoácidos y tiene una secuencia C-terminal que es comparable al dominio central de Schlafen de los Schlafen murino. Algunos de estos genes virales de Schlafen (v-Slfn) retienen un marco de lectura abierto (ORF) completo.

Si bien el ORF para v-Slfn está intacto en los genomas de los virus de la viruela del camello, la viruela del mono, la viruela de las vacas, la viruela del ratón y el terapox, la expresión de proteínas está restringida en otras OPV, como el virus vaccinia (VACV), debido a la fragmentación del ORF [1,26]. ,35]. Se encontró que las secuencias de v-Slfn eran similares a las del grupo I de ratones y ratas Schlafen, pero carecían del dominio C-terminal. Esto implica que, si bien el virus progenitor de la OPV puede haber adquirido un Schlafen intacto de los roedores, el ORF estaba fragmentado debido a mutaciones adquiridas con el tiempo [26,27].

3. Expresión regulada de Schlafens en el sistema inmunológico

Se ha revelado que los miembros de la familia Schlafen son inducidos por varios estímulos, incluidos CpG-DNA [36], LPS [36–38] y patógenos, como Brucella, Listeria [39] y rinovirus [37]. El IFN de tipo I y los receptores de IFN se han implicado en la inducción de genes de Schlafen, lo que implica que los Schlafen son genes estimulados por IFN (ISG). En 2010, se informó por primera vez que el IFN influye en la expresión de los miembros de la familia de genes Schlafen [40]. Los datos presentados en este estudio revelan que el IFN tipo I es un potente inductor de numerosos miembros de la familia Schlafen de ratón, incluidos miembros del grupo I (Slfn1 y Slfn2), grupo II (Slfn3) y grupo III (Slfn5 y Slfn8). Las proteínas Stat activadas por IFN y la MAP quinasa p38 operaron de manera diferente en su regulación de la expresión inducida por interferón [41].

En la eliminación de Stat1 en fibroblastos embrionarios de ratón, la expresión dependiente de IFN de todos los genes de Schlafen se redujo en relación con las células parentales, desde una reducción parcial en Slfn3 hasta defectos transcripcionales totales en Slfn1, 2, 5 y 8. Curiosamente, la expresión de Slfn5 fue completamente independiente de Stat3, pero se incrementó en las celdas knockout de Stat3. La función de las cascadas de señalización activadas por p38 MAPK es necesaria para la activación transcripcional completa de los ISG. Sin embargo, aunque se requiere p38 MAPK para la expresión dependiente de IFN de genes de Schlafen en los grupos I y II, curiosamente, la expresión génica del grupo III no depende de p38 MAPK.

En ausencia de p38 MAPK, se suprimió la expresión de ARNm dependiente de IFN de Slfn1, Slfn2 y, en menor medida, Slfn3. Los genes de Schlafen del grupo III, SLFN5 y SLFN8, por otro lado, fueron inducidos por IFN de una manera independiente de p38 MAPK [41]. En particular, ni Stat3 ni p38 MAPK fueron necesarios para la inducción de Slfn5, lo que indica que en este proceso están involucrados mecanismos reguladores alternativos.

La inducción de ISG por IFN tipo I requiere la presencia de elementos de respuesta estimulados por interferón (ISRE) en la región promotora del ISG, lo que permite la activación transcripcional a través de la unión del factor de transcripción ISGF3, un complejo de heterodímeros STAT1/STAT2 fosforilados, y IRF9 [42]. La inducibilidad de Schlafens por IFN o estímulos de IFN fue menor que para MxA, un ISG convencional [37].

El análisis de los sitios de unión del factor de transcripción usando el programa MatInspector [43] mostró que MxA tiene seis sitios ISRE, mientras que la mayoría de los genes Schlafen humanos tienen solo un ISRE canónico [37]. Aunque la familia Schlafen pertenece al grupo de ISG clásicos regulados por el complejo STAT, algunos Schlafen se expresan a través de vías de IFN no canónicas o mecanismos indefinidos. Niveles considerables de Schlafens se expresan en varias células, incluidos los fibroblastos primarios y las células cancerosas, en ausencia de activación de IFN [18,20,44].

La sensibilidad de la expresión de Schlafen al IFN varía según el tipo de célula. Por ejemplo, la expresión de SLFN5 se suprime en el melanoma maligno en comparación con los melanocitos normales. La estimulación con IFN, por otro lado, aumentó significativamente la expresión de SLFN5, mientras que SLFN11, SLFN12 y SLFN13 no se vieron afectadas [40]. En contraste, los estimulantes de IFN, como poli I: C y 50 pppdsRNA, aumentaron la expresión de Slfn5 levemente, pero no significativamente, en células RAW 264.7 de macrófagos de ratón, mientras que la expresión de Slfn14 aumentó significativamente [19].

En la 50 -región flanqueante del gen Slfn2, se encuentran una copia de un sitio de unión putativo de NF-κB y dos copias de las secuencias de unión de AP-1. Se ha demostrado que el tratamiento de macrófagos con CpG-DNA y LPS requiere la interacción funcional de NF-κB y AP1 dentro del elemento promotor [36]. El escaneo de la región promotora de Slfn4 con JASPAR (jaspar.cgb.ki.se) reveló la presencia de AP1 y PU. 1 secuencia de unión, así como dos copias de las secuencias de unión de los elementos de respuesta IFN STAT1 e IRF1 [38].

Además, también existe un sitio de unión a Gli1 dentro del promotor. Gli1, un efector de señalización de Hedgehog, es necesario para la activación del promotor Slfn4, lo que significa que el papel de Slfn4 es crítico en la aparición de macrófagos que expresan IL1 o TNF [45]. En las células cancerosas, la inhibición epigenética de la expresión génica a través de la hipermetilación de la isla del promotor CpG es un hecho frecuente [46]. Varios estudios han informado sobre la hipermetilación del promotor del gen SLFN11 [14,46–49]. El silenciamiento de SLFN11 por la hipermetilación de la isla CpG del promotor está relacionado con una mayor resistencia a los compuestos de platino para la quimioterapia contra el cáncer [14]. La hipermetilación de una isla promotora de CpG inactiva la expresión del gen SLFN11.

Esta metilación es catalizada por dos ADN metiltransferasas principales, DNMT1 y DNMT3B [14]. El hecho de que la expresión de DNMT3B en los monocitos sea muy baja, o apenas detectable [50], puede implicar que los niveles elevados de expresión de SLFN11 en los monocitos están relacionados con la hipermetilación. También se sabe a partir de estudios de diferenciación de células B del centro germinal que los modificadores de histonas, como EZH2 y HDAC, regulan la expresión epigenética de SLFN11 [48].

Además, se ha demostrado que la expresión de SLFN11 y el represor PAX5 específico del linaje de células B tienen una correlación inversa casi perfecta [48]. Existe un sitio potencial de unión de PAX5 (GCGTGAC) en la región promotora de SLFN11, lo que sugiere que PAX5 puede ser uno de los represores de SLFN11 en las células B.

Los miembros de Schlafen se expresan en diferentes fases del desarrollo de timocitos y activación de células T periféricas en ratones. Slfn1 y Slfn2 se elevan drásticamente durante la transición de las etapas de maduración de doble positivo de CD4 y CD8 a positivo simple. Sin embargo, los niveles de expresión de ambos genes disminuyen después de la activación de las células T [1,2,51]. Slfn3 se expresa altamente en células T positivas individuales a lo largo del desarrollo de timocitos. Slfn3 también se expresa a un nivel más alto en las células T reguladoras naturales CD4 más CD25 más que en las células CD4 más CD25−. La expresión de Slfn3 aumenta en las células T CD4 más CD25- tras la activación, pero disminuye en las células T CD4 más CD25 más después de la activación con estimulación anti-CD3/CD28. La estimulación con TGF- también disminuye la expresión de Slfn3 en el subconjunto de células T CD4 plus, lo que sugiere que Slfn3 puede ser un nuevo marcador de activación de células T [52]. Slfn4 se detecta temprano y disminuye durante el desarrollo de los timocitos, mostrando el fenómeno opuesto a Slfn1 [1,2].

Los niveles de ARNm de Slfn4 se regulan al alza durante la activación de los macrófagos, mientras que se regulan a la baja durante la diferenciación. La mielopoyesis se ve interrumpida por la expresión constitutiva de Slfn4 en el linaje mieloide, lo que implica que la regulación a la baja de la expresión del gen Slfn4 durante la diferenciación de los macrófagos es crítica, y Slfn4 puede actuar como un modulador de este linaje [38]. A diferencia de los otros grupos, Slfn5, 8, 9 y 10 en el grupo III no cambian cuantitativamente durante el desarrollo de los timocitos. Sin embargo, durante la activación de las células T, hubo una disminución significativa de la expresión de Slfn5 y Slfn8, mientras que la expresión de Slfn9 aumentó y la expresión de Slfn10 permaneció relativamente constante [2]. Dado que SLFN14 se expresa a un nivel extremadamente bajo en las células T, es poco probable que esté relacionado con el destino de las células T [37].

La familia Schlafen humana también está asociada con la proliferación de células inmunitarias y la maduración de células T. A excepción de SLFN14, todas las proteínas Schlafen humanas se expresan de forma nativa en monocitos, células dendríticas derivadas de monocitos (moDC) y células T [37]. Los niveles de expresión de SLFN5 en células T y SLFN11 en monocitos y moDC son notablemente altos. La expresión de SLFN5 y SLFN11 cambia ligeramente a lo largo de la diferenciación de moDC.

La expresión de SLFN12L y SLFN13 es relativamente modesta en los monocitos en reposo, pero parece estar elevada durante la diferenciación en moDC, mientras que la expresión de SLFN12 se reduce notablemente [37]. Por lo tanto, la regulación a la baja y la regulación al alza de cada proteína de la familia Schlafen pueden representar requisitos distintos para estas proteínas en la función de moDC.

Curiosamente, parece haber un mecanismo de retroalimentación reguladora para el control transcripcional dentro de la familia Schlafen [53]. La pérdida de Slfn3 por knockout disminuye la expresión de Slfn4, Slfn8 y Slfn9 en la mucosa ileal mientras aumenta Slfn1 y Slfn5. Además, la deficiencia de Slfn3 disminuye la expresión de Slfn4 y aumenta la expresión de Slfn8 y Slfn9 en el timo y el bazo, donde las células inmunitarias maduran y/o proliferan [53]. Los promotores de todos los miembros de la familia Schlafen contienen regiones para la unión del factor de transcripción del factor similar a Kruppel-6 (KLF6).
También se prevé que los factores relacionados con NFAT ING4, ZNF333 y KLF4 se unan a la mayoría de los promotores de Schlafen. Estos factores de transcripción de la familia KLF juegan diferentes roles en la diferenciación y proliferación de células gastrointestinales y tienen diferentes patrones de expresión [54]. Esto sugiere que los miembros de las familias KLF y Schlafen pueden tener circuitos de retroalimentación que actúan como reguladores del destino de las células gastrointestinales e inmunitarias de diferentes maneras [53].

4. Inmunodeficiencia de mutantes de Schlafen

Se ha observado que el mutante de Elektra es una mutación homocigótica de Slfn2 murino y confiere vulnerabilidad a infecciones virales y bacterianas [55]. La tasa de mortalidad de ratones después de la infección por citomegalovirus murino (MCMV) fue significativamente alta en comparación con la de los ratones de control de tipo salvaje [55]. En ratones con el fenotipo Elektra, los linfocitos T CD8 plus y CD4 plus no logran expandirse. En comparación con las células de tipo salvaje, estas células tenían una mayor tasa de apoptosis.

En respuesta a las señales de activación de las células T, se cree que esta mutación provoca la apoptosis [9]. Los ratones Elektra también mostraron un nivel significativamente más bajo de células T en respuesta a la infección por el virus de la coriomeningitis linfocítica. Las células T Elektra, similares a las células T activadas recientemente, no logran mantener la quiescencia celular y entran en una fase posmitótica. Las células T pierden su potencial de proliferación y mueren en respuesta a las señales de proliferación/activación, lo que resulta en una reducción de las poblaciones de células T en los ratones mutantes Elektra [9].

Ha habido informes de un paciente con una gran pérdida heterocigótica de los genes SLFN11, SLFN12 y SLFN13 en el cromosoma 17 [56]. Se descubrió que este paciente tenía anomalías sustanciales en la proliferación de células T y la regulación del ciclo celular. Curiosamente, el paciente tenía carcinoma de células de Merkel en la parte superior del muslo, un tipo de carcinoma asociado con una infección viral, y se consideró que era susceptible al cáncer, ya que se le había diagnosticado linfoma de células T.

La sangre y el plasma del paciente tenían una cantidad sustancial de ADN del virus Epstein-Barr y del virus Torque teno, lo que indica que el paciente era vulnerable a las infecciones virales. El paciente tenía una distribución normal de células inmunitarias CD4+/CD8+ y una distribución típica de células vírgenes y de memoria, pero tenía una proliferación aberrante de células T y una muerte excesiva de células T [56].

Las mutaciones en SLFN14 se han relacionado con macrotrombocitopenia y sangrado excesivo [57-61]. Además, la función plaquetaria está disminuida en pacientes con estas mutaciones [61]. Esta mutación SLFN14 presenta un fenotipo específico de especie, con anomalías plaquetarias en humanos y eritrocitosis microcítica grave en ratones [62].

Por lo tanto, SLFN14 puede ser un jugador esencial en la hematopoyesis de los mamíferos y puede desempeñar un papel en la determinación del compromiso del linaje de plaquetas y eritroides en especies particulares. Además, ahora se sabe que las plaquetas tienen un papel en una variedad de respuestas inmunológicas innatas y adaptativas, lo que va mucho más allá de la concepción clásica de las plaquetas como solo agentes hemostáticos y trombolíticos [63]. Por lo tanto, se puede demostrar que SLFN14 está profundamente implicado en el control inmunológico a través de la regulación de la función y la formación de plaquetas.

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