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前面。性研究。,14December 2022
秒。基本病毒学
卷2 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fviro.2022.1078454

细胞质的核糖核蛋白复合体,RNA解旋酶和冠状病毒感染

李王,

玛丽亚·古斯曼 ,

伊莎贝尔苍井空 ,

Luis Enjuanes ^*和

索尼娅·祖尼加 ^*

分子和细胞生物学。国家生物技术中心(CNB-CSIC),马德里自治大学校园,马德里,西班牙

真核细胞的RNA代谢包括核糖核蛋白复合物的形成(rnp),根据其蛋白质成分,有不同的功能。细胞质rnp,如压力颗粒(SGs)或P-bodies (PBs)相当期间相关感染调节病毒和细胞RNA表达和宿主细胞的抗病毒反应的关键球员。rnp RNA解旋酶丰富的组件,并对病毒感染可能产生重大的影响。本文综述rnp和RNA解旋酶的作用在冠状病毒感染(x)。x是新兴大型单链RNA基因组高致病性病毒。在x和感染,一个复杂的网络建立不同RNP rna蛋白质相互作用的结构。总而言之,RNA解旋酶和rnp有抗病毒作用,但有有限的知识是否病毒蛋白与细胞的相互作用组件是这种抗病毒效应的介质或浸抗病毒抵抗机制的一部分。需要额外的数据来阐明这些rna蛋白质交互的角色在浸感染和病毒复制他们潜在的贡献或发病机理。

1介绍

真核细胞RNA与蛋白质有关,形成的核糖核蛋白复合体(rnp)。rnp mrna的亚细胞位置是一个强大的机制的时空调控RNA在细胞处理事件(1)。此外,通过共享组件,不同rnp在细胞形成一个大的监管网络。

细胞质中包含许多rnp,包括特定的mrna转录后加工的不同阶段,包括压力颗粒(SGs),处理尸体(PBs),神经机构和外来体机构(2)。SGs和PBs是研究最多的。与运输相关神经元的身体平移逮捕mrna沿着轴突树突(3,4)。外来体介导的尸体被提议作为AU-rich网站元素mRNA衰变包含外来体亚基(5)。在细胞核中,研究最多rnp卡哈尔的身体(CBs) (6),尽管原子核包含其他rnp如核仁,核斑点,核压力团体、组蛋白位点的身体,paraspeckles和早幼粒细胞白血病(PML)机构(7- - - - - -11)。一般来说,这些核rnp网站定义的生化反应,通过集中反应组件在一个狭小的空间里,和基因活化或抑制(12)。

RNA解旋酶属于一个丰富的蛋白质家族,从细菌到人类是守恒的,并与所有相关的细胞过程涉及RNA (13- - - - - -16)。RNA解旋酶是细胞的丰富要素rnp (17,18)。例如,在基因表达中,RNA解旋酶催化rnp重组基因转录开始并继续连续转录后的步骤,如pre-mRNA拼接、mRNA出口、翻译和营业额(19- - - - - -21)。

细胞质和核rnp参与了一些疾病的条件,包括病毒感染。本文主要是在细胞质rnp之间的相互作用,RNA解旋,冠状病毒感染(x)。

2胞质核糖核蛋白结构

2.1分类和功能

研究最多的细胞质rnp SGs和PBs。这些结构是高度动态的mRNA中心整理、存储和退化,拼接的过程中,想法介导RNA衰变(NMD)看起来相当不可理喻,翻译,营业额和RNA沉默相交(图1)(22- - - - - -27)。SGs瞬态疫源地浓缩在翻译起始因子和40 s核糖体亚基,而机械富集PBs RNA衰变。SGs和PBs每个包含独特的标记蛋白虽然可以找到许多蛋白质在SGs和PBs,如真核翻译起始因子4 e (eIF4E) AU-rich RNA结合蛋白tristetraprolin (TTP), argonaute RISC催化组件2 (AGO2)、载脂蛋白B mRNA-editing复杂3 (APOBEC3),聚(rC)结合蛋白2 (PCBP2)和其他人(23,28,29日)。事实上,除了蛋白质共享组件,PBs和SGs动态交换RNP货物,通常形成co-aggregates和已经被提议作为SGs(形成的成核点30.,31日)。SGs, PBs和其他细胞质焦点是高度动态的结构,虽然在时间(PBs相当稳定32)。他们在与其他rnp动态稳定状态,如多核糖体,针对平动状态的细胞(23)(图1)。

图1

图1信使rna在真核细胞的新陈代谢。信使rna在细胞的示意图表示。mrna在三大rnp:多核糖体,PBs和SGs。PBs和SGs mRNA的大型动态中心整理、存储和退化。rnp从多核糖体和SGs和PBs处于动态平衡。在PBs, rnp可以接受进一步改造和定义一个路径,包括他们回到多核糖体。此外,PBs已被证明与SGs和交换组件进行交互。PBs也与信使rna质量控制机制,如NMD通路。在沉默中,非编码rna功能为先导分子纳入RNA-induced沉默复杂(RISC)控制目标的翻译和退化mrna在PBs和SGs。箭头表示不同rnp之间的平衡。 Ribosomes (red ovals), SG protein components (blue, orange and purple polygons) and PB protein components (yellow, green and purple ovals) are also represented.

SGs 200 - 400 nm动态结构快速细胞接触时形成的外部压力和翻译利率下降,和分散在翻译条件恢复时(33,34)。描述的最常见诱因SG形成的氧化,饥饿,热应力和不同病原体感染。这些刺激激活真核翻译起始因子2α(eIF2α)激酶:heme-regulated激酶(HRI),一般控制non-depressible 2激酶(GCN2) dsRNA-activated蛋白激酶R (PKR)和PKR-like内质网激酶(活跃)。eIF2α磷酸化块翻译,迫使陷入僵局的43的积累和48个年代核糖体始发前复合物。抑制真核翻译起始因子的功能如果或eIF4A (DDX2A)也与SG形成(35)和一些SG形成机制能够在缺乏eIF2α磷酸化(36- - - - - -38)。SGs的组件可以分为三类:核心组件,如失速起始复合物;rna结合蛋白沉默和成绩单稳定有关,如脚手架蛋白T-cell-restricted胞内抗原1 (TIA-1)或TIA-1-related蛋白质(裂缝)和rna结合蛋白mRNA新陈代谢相关(23,39- - - - - -42)。SGs的主要功能是保护信使rna在细胞压力,改变的组成rnp可逆的方式(43)。此外,SGs一般被认为一种抗病毒活性病毒感染和许多病毒操纵SGs逃避宿主反应(2,44- - - - - -47)。

PBs作为临时储款非翻译作品mrna可能进一步进入翻译或退化。5 ' 3 '的PBs包含组件衰减机械、NMD通路和RNA-induced沉默机械(48)。这种浓缩mRNA衰减机械组件导致建议重要的RNA在PBs发生衰变。然而,这是有争议的,因为一些催化剂的mRNA衰变路径中找到PBs平移监管机构还存在在SGs (29日,49)。PBs是既定的存在于真核细胞但增加规模和数量当发生平移逮捕时,同步SG的形成,导致物理SG和PB结构之间的交互(23,30.)。它被描述,信使rna降解发生在PBs和取决于降解酶和信使rna降解中间体的存在(50,51)。许多PB的组件不限于这些焦点,也存在于可溶性细胞质和细胞核,表明不同的过程可能在mrna之前开始进入PBs。

2.2胞质rnp在病毒感染中的作用

病毒感染激活细胞应激反应在许多水平调节RNA颗粒。一般来说,RNP颗粒可以代表一个障碍也为病毒复制和作为传感器来山先天免疫反应。因此,病毒已经进化出不同的机制来控制RNP颗粒的组装和功能,在某些情况下,组件的RNP增选进入小说的特异结构所需的病毒复制(52)。

哺乳动物orthoreovirus (MRV)、dsRNA病毒诱发SGs在感染的早期阶段,相关与减少翻译细胞和病毒mrna和增加磷酸化eIF2α(53)。脊髓灰质炎病毒抑制SGs组装在感染的后期,SG蛋白质的机制涉及乳沟Ras GTPase-activating此种蛋白1 (G3BP1),由病毒介导的3 c蛋白酶(54)。此外,TIA-1-containing颗粒坚持即使在脊髓灰质炎病毒感染的后期,但这些rnp正常SGs的残余不与平移镇压(55,56)。与MRV和脊髓灰质炎病毒,甲型流感病毒(IAV)防止SG形成阶段的感染,根据NS1蛋白表达的机制,因为SGs抑制IAV复制(57)。

为例,病毒性拉拢RNP组件,从黄病毒rna,如西尼罗河病毒和登革热病毒,结合TIA-1和隔离或在细胞核周围的病毒复制中心附近许多PB组件在PBs的数量减少(58)。人类免疫缺陷病毒(HIV) 1乙蛋白质与PB组件交互DDX3促进病毒mRNA翻译(59),hiv - 1答引起蛋白质是由抗病毒因素APOBEC3 Moloney白血病病毒10 (MOV10)、PB成分(60- - - - - -63年)。

浸与大型单链RNA病毒的基因组约30 Kb,而生命周期发生在感染细胞的细胞质中。浸RNA合成,包括复制和转录,是一个复杂的过程,涉及膜重组宿主细胞,病毒和细胞蛋白(64年,65年)。关于细胞质rnp浸感染的作用,它已经表明,鼠肝炎病毒(MHV)复制诱发宿主平移关闭和mRNA衰变,随之而来的SGs的形成和PBs (66年)。猪传染性胃肠炎病毒(TGEV)触发SG形成和干扰PB的形成,与病毒复制和转录相关(67年)。严重急性呼吸系统综合症(SARS)浸,SARS-CoV-2和禽传染性支气管炎病毒(IBV)核衣壳蛋白(N)被发现与G3BP1 SG组件交互,这已被建议作为一种机制来避免SG形成(68年- - - - - -72年)。此外,猪流行性腹泻病毒(PEDV)促进G3BP1乳沟caspase-8 (73年)和中东呼吸道综合征(即4 x和辅助蛋白质干扰SG的形成通过抑制激活PKR绑定到dsRNA,从而抑制SGs的形成,确保病毒蛋白质翻译和有效的病毒复制(74年,75年)。最近报道,SARS-CoV-2, hcov - 229 e和HCoV-OC43导致PB拆卸。在SARS-CoV-2的情况下,这个过程可能是由N蛋白(76年)。

3 RNA解旋酶

3.1分类和功能

RNA解旋分享守恒的解旋酶域,所有含有ATP结合主题,提供解旋酶分类的基础(图2)。大多数细胞RNA解旋酶属于SF2总科,其中只有少数,up-frameshift抑制因子1 (Upf1)像解旋酶(即。,也称为RENT1 UPF1和MOV10解旋酶),属于SF1。相反,许多病毒RNA解旋酶,如浸nsp13,属于SF1总科(77年)。SF1和SF2解旋包含7到9守恒的图案构成解旋酶的核心。此外,SF2 RNA解旋,通常称为DExD / H盒子RNA解旋,分为五个不同的子组(图2):死盒(保守氨基酸残基Asp-Glu-Ala-Asp), DEAH(保守氨基酸残基Asp-Glu-Ala-His) / RHA Ski2 (Superkiller-like 2)例如,视黄acid-inducible基因我(rig - I)——和病毒DExH蛋白质,氨基酸序列图案命名一个共识(16,78年- - - - - -80年)。死者框(DDX)在SF2解旋酶是最大的子群,他们中的大多数参与RNA代谢,从转录到退化和建立更大的RNA蛋白质复合物,如核糖体(81年,82年)。

图2

图2RNA解旋酶的分类。所有的RNA解旋酶分为五个总科(SF) 1 - 5。SF1和SF2分为不同的家庭和团体。SF1分为Upf1-like家庭。SF2分为五个家庭。SF2 RNA解旋酶,死去的盒子,DEAH / RHA Ski2-like, RIG-I-like和病毒DExH,统称为DExD / H盒RNA解旋。RNA解旋酶综述中提到的类型,如MOV10 UPF1,浸解旋酶(nsp13),死去的盒子和DEAH-box表示。

3.2 RNA解旋酶浸感染的作用

细胞DDX RNA解旋酶发挥重要作用在一个广泛的生物过程和服务于多个角色的病毒-宿主接口(83年- - - - - -86年)。具体来说,DDX RNA解旋酶是被浸和参与重要DDX-mediated病毒复制步骤(87年)。在x和感染,这些RNA解旋酶与病毒蛋白相互作用,如下所述(表1)。此外,他们中的许多人与病毒RNA (88年- - - - - -90年)(表1),提高的可能性,这些RNA helicase-CoV蛋白质相互作用是由RNA。

表1

表1RNA解旋酶参与x和感染。

DDX1,与nsp14蛋白冠和IBV,表明这种交互可能为其他浸是守恒的。DDX1-nsp14互动有助于高效浸RNA复制在细胞培养(91年)。从TGEV DDX1也与nsp14蛋白相互作用,诱导干扰素(IFN)生产(92年),建议将病毒组件感觉到nsp14 DDX1-DDX21-DHX36细胞质传感器,描述在树突细胞(93年)。支持浸与DDX1-DDX21-DHX36交互复杂,N蛋白SARS-CoV-2和IBV与DDX21交互,虽然这种交互的后果还不清楚(71年,94年)。此外,MHV N蛋白的磷酸化允许招募DDX1浸复制转录复合体(RTC),增加了病毒rna的合成,这表明这是一个病毒的策略来支持从不连续过渡到连续转录(95年)。

从冠DDX3X和N蛋白之间的相互作用,SARS-CoV-2或IBV描述(71年,96年)。由于DDX3X参与各级激活先天免疫应答的(97年- - - - - -99年),建议N蛋白可以通过绑定DDX3X和调节免疫反应抑制这些抗病毒通路,为其他病毒(One hundred.)。冠nsp13与DDX5和抑制DDX5交互抑制病毒复制的结果。DDX5被建议前病毒的功能,也许作为nsp13 co-activator在RNA合成(101年)。此外,由于DDX5参与核因子kappa-light-chain-enhancer激活B细胞(NF-kB)反应,nsp13之间的绑定和DDX5也可以逃避宿主炎性反应的作用(102年)。有趣的是,DDX5与其他死盒子解旋酶,如DDX3X及其近DDX17同系物。DDX5 phosphorylation-dependent互动和DDX3X作为死亡的联合作用机制提出了盒子解旋酶参与RNP重构和拼接,通过形成一个复杂的函数在RNP出口往返细胞核和细胞质(103年,104年)。

解旋酶位于SGs和PBs DDX6,期间下调PEDV感染减少内质网(ER)压力,促进病毒复制(105年)。DDX6的积累是减少HCoV-OC43感染,虽然它不会改变与hcov - 229 e或SARS-CoV-2感染(76年)。DDX6与rig - i增加抗病毒信号和干扰素诱导(106年)。然而,期间DDX6先天免疫调制的潜在影响PEDV感染并不像干扰素无能维洛细胞的分析。

还有最近的证据的其他RNA解旋酶参与免疫应答在SARS-CoV-2感染。DHX16被描述为一种新型传感器SARS-CoV-2复制,引发干扰素应答(107年)。DHX9表达的水平效应TCD8 +细胞与COVID-19更好的结果(108年)。

3.3 MOV10

MOV10蛋白质UPF1-like RNA解旋酶(109年,110年)。MOV10解旋酶有1060多个扶少团团员,根据BioGRID数据库(111年),其中一些链接MOV10 RNA代谢途径如NMD通路或核基因沉默途径。事实上,损耗MOV10 mRNA利用siRNAs干扰(RNAi活动110年,112年)。此外,MOV10 IFN-stimulated基因(研究小组)(113年)和MOV10参与干扰素诱导蛋白在病毒感染(114年)。

和前病毒的抗病毒功能MOV10已报告。前病毒的因素,它需要δ型肝炎病毒(HDV为)复制而不是信使核糖核酸的翻译(115年)和促进肠病毒复制(116年)。作为一个抗病毒因子抑制:(i) hiv - 1逆转录病毒复制和其他多个步骤(63年),(2)核进口流感病毒核蛋白(117年),(3)猪生殖与呼吸综合征病毒(PRRSV)复制,避免核衣壳蛋白贩运核(118年),(iv)丙型肝炎病毒(HCV)和登革热病毒复制的部分未知的机制(119年,120年),(v) bunyavirus复制通过阻断几核蛋白质功能(121年)。在乙型肝炎病毒(HBV)的情况下,矛盾的数据报道,它的前病毒的(122年)和抗病毒活动(123年)。

MOV10的角色在我们组最近分析了x和复制。内源性MOV10之间的交互和N蛋白在感染了猪TGEV病毒,和温和的(hcov - 229 e)和高致病性浸(冠,MERS-CoV和SARS-CoV-2) (124年)。这种交互也被其他作者报道,感染上下文之外使用N蛋白进行靶向治疗(71年,94年,125年)。MERS-CoV感染期间,MOV10和N蛋白在细胞质rnp硝唑,无关与浸清债信托公司,最终可能还包含其他细胞蛋白质,如裂缝、AGO2或UPF1 (124年)(图3)。功能分析表明MOV10在MERS-CoV和SARS-CoV-2感染抗病毒活性,但不是在hcov - 229 e感染、暗示与x和发病机理的关系,进一步探讨(124年)。与其他先前协议描述MOV10与细胞的相互作用蛋白质,与x N蛋白是依赖rna (MOV10互动124年)。有趣的是,MOV10互动SARS-CoV-2 RNA最近描述(88年,90年,126年- - - - - -128年为其他人类浸(),它是守恒的127年)。这个问题打开N蛋白具有积极作用的可能性的MOV10抗病毒活动或非特异性招募MOV10 rnp,由其绑定病毒rna。与其他病毒感染相比,MOV10解旋酶活动期间所需的抗病毒功能MERS-CoV感染(124年)。MOV10和x N蛋白的绑定是守恒的独立于MOV10抗病毒活性,即。,MOV10突变没有解旋酶的活动,或者在hcov - 229 e感染(124年),这表明N绑定MOV10 MOV10抗病毒功能无关。此外,提出了x N蛋白颠覆SGs或抵消NMD途径促进病毒复制(129年,130年)。因此,需要额外的实验证据来确定N蛋白可能有积极作用的形成或函数MOV10 rnp。

图3

图3提出的模型在MERS-CoV感染MOV10抗病毒功能。的示意图表示感染细胞,包括核(深蓝色)和细胞质(浅蓝色)。浸复制和转录导致一系列嵌套的病毒rna的合成,这两种病毒基因组(gRNA)和subgenomic mrna (sgmRNAs)。N从subgenomic RNA和蛋白质翻译结合病毒RNA。依赖rna的N蛋白之间的相互作用和MOV10可能导致病毒rna的积累和N蛋白在细胞质rnp,抑制病毒的翻译。

4结论和未来的观点

rna蛋白质相互作用导致rnp形成代表一个蛋白表达的转录后调控机制。病毒与宿主细胞相互作用rnp促进病毒复制和抵消抗病毒反应。在浸,细胞质rnp一般,抗病毒效果。因此,浸发展机制来对抗rnp形成或函数。

浸和细胞RNA解旋酶之间的相互作用是一个明显的例子复杂网络的交互感染的结果可能有不同的贡献。DDX1一些RNA解旋酶,被雇来浸清债信托公司来促进病毒RNA合成,有前病毒的功能。另一方面,RNA解旋酶也抗病毒功能由他们的角色在先天免疫反应的感染或形成rnp。这些问题往往是相关的,因为rnp组件,rna和蛋白质,可能直接影响先天免疫因子的表达。

有知识有限的交互和功能的RNA解旋酶或rnp浸感染,尤其是在感染上下文。最近组学方法可能有助于破译浸感染期间rnp的组成和功能。然而,一些细胞蛋白质之间的相互作用发生和必要的病毒因素,不能修改直接分析对感染的影响。此外,rnp组件通常有功能冗余或共享不同rnp之间有不同的功能。此外,rnp是动态的,可以依赖于细胞类型或感染阶段。因此,它将是一个挑战解开这些病毒-宿主相互作用网络和他们如何有助于病毒复制和发病机理。

作者的贡献

LW, MG和深圳文献综述,准备数据表,写的手稿。是,深圳和辅助写作和修改的手稿。所有作者的评论文章和批准提交的版本。

资金

这项工作是由政府支持的西班牙(pid2019 - 107001 - rb - i00 AEI /菲德尔,问题;2017 - 0712和PIE_INTRAMURAL_LINEA签订1 - 202020 e079),对CSIC (pie_intramural - 202020 - e043),欧盟委员会(European Commission) (ISOLDA_848166 H2020-SC1 - 2019 -两个阶段rtd RIA;MANCO_101003651 H2020-SC1 -法-冠状病毒- 2020 RIA),和美国国立卫生研究院(NIH_2P01AI060699)。投资者没有参与研究设计、数据收集和分析,决定发表,或准备的手稿。

确认

我们感谢河南冈萨雷斯(CNB-CSIC)技术援助。

的利益冲突

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引用

1。Glisovic T, Bachorik杰,勇J,更有g . rna结合蛋白和转录后基因调控。2月列托人(2008)582:1977 - 86。doi: 10.1016 / j.febslet.2008.03.004