RNAi-põhine viirusevastane kaasasündinud immuunsus taimedes, 1. osa

Abstraktne:

Peremeesorganismide viirusnakkuse eest kaitsmiseks töötati välja mitu viirusevastast immuunsust. RNA-interferentsil (RNAi) põhinev viirusevastane kaasasündinud immuunsus on eukarüootides evolutsiooniliselt konserveerunud ja mängib olulist rolli igat tüüpi viiruste vastu. Peremehe ja viiruse vahelise võidurelvastumise ajal arendavad paljud viirused välja RNA vaigistamise (VSR) viiruse supressoreid, et pärssida viirusevastast kaasasündinud immuunsust. Siin vaatasime üle RNAi-põhise viirusevastase kaasasündinud immuunsuse erinevatel etappidel mehhanismi taimedes ja erinevate VSR-ide vastutoimeid, peamiselt RNA-viiruste nakatumisel mudeltaimes Arabidopsis. Samuti pakuti välja mõned kriitilised väljakutsed selles valdkonnas ja arvame, et konserveerunud viirusevastase kaasasündinud immuunsuse edasine selgitamine võib tulevikus viirushaiguste ennetamiseks edasi anda laia spektri viirusevastaseid strateegiaid.

Viirusevastase immuunsuse ja immuunsuse vahel on tihe seos.

1. Immuunsus on viiruste vastu võtmetähtsusega: immuunsüsteem on üks tähtsamaid kaitsemehhanisme kehas. Immuunsüsteem kaitseb keha haiguste eest, hävitades, kontrollides ja takistades viiruste sisenemist kehasse. Kui teil on tugev immuunsüsteem, on teil parem viirusevastane immuunvastus ja parem võime võidelda viirusnakkustega.

2. Viirusevastane immuunsus on immuunsuse võti: viirusevastane immuunvastus tähendab immuunsüsteemi immuunvastust viiruse invasioonile organismi. Selle käigus toodab keha antikehi ja immuunrakke, mis tunnevad ära ja kõrvaldavad viiruse. Need antikehad ja immuunrakud on tihedalt seotud immuunsusega, tugevdades immuunsüsteemi talitlust ja parandades organismi võimet võidelda viirustega.

3. Immuunsus ja viirusevastane immuunsus on vastastikku sõltuvad: Immuunsus ja viirusevastane immuunsus on vastastikku sõltuvad. Nõrga immuunsusega inimestel on vähenenud resistentsus viiruse suhtes ning nad on altid infektsioonidele ja tõsistele tagajärgedele, samas kui nõrga viirusevastase immuunvastusega inimesed on altid viirusnakkustele, mõjutades seega immuunsüsteemi talitlust.

Seetõttu võib hea immuunsuse säilitamine parandada viirusevastast immuunvastust ja vältida viirusnakkust. Samal ajal võib mõnede spetsiifiliste viiruste, näiteks koroonaviiruste puhul kasutada vaktsiine ka immuunsüsteemi viirusevastase immuunvastuse aktiveerimiseks ja tugevdamiseks. Seetõttu peaksime pöörama tähelepanu immuunsuse edendamisele. Tistanche võib parandada immuunsust ja lihasegu on rikas mitmesuguste antioksüdantsete ainete poolest, nagu C-vitamiin, karotenoid jne, mis võivad puhastada vabu radikaale, vähendada oksüdatiivset stressi ja parandada immuunsüsteemi vastupanuvõimet.

Click cistanche tubulosa ekstrakti pulber

Märksõnad:

viirus; viirusevastane kaasasündinud immuunsus; RNAi; väike RNA; VSR.

1. Sissejuhatus

RNA vaigistamise nähtust täheldati esmakordselt taimedes 1990. aastal, kui kalkoonsüntaasi transgeeni sisestamine petuuniasse viis endogeensete homoloogiliste geenide allasurumiseni [1,2]. 1998. aastal leidsid Andrew Fire ja Craig Mello, et kaheahelalised RNA-d (dsRNA) põhjustavad tugevat ja spetsiifilist sekkumist Caenorhabditis elegantsesse [3] ning nimetasid nähtust RNA interferentsiks (RNAi), mis võitis 2006. aastal Nobeli füsioloogia- ja meditsiiniauhinna. avas revolutsiooni bioloogia vallas [3,4]. Arvukad uuringud näitasid, et RNAi oli eukarüootides evolutsiooniliselt konserveerunud ja reguleeris bioloogiliste sündmuste kõiki aspekte [5,6]. RNAi signaalimine loodi raja mõnede võtmekomponentide tuvastamisega.

Leiti, et mittekodeeriva väikese RNA käivitab kas isekomplementaarne või kaheahelaline RNA (dsRNA) ja see toimib geeni vaigistamise tõelise signaali ja spetsiifilisuse määrajana. Primaarne dupleksne väike RNA toodetakse vastavalt juuksenõela RNA või dsRNA töötlemisel mikroRNA-ks või siRNA-ks, kasutades spetsiifilist Dicerit [7]. Lisaks tuleb geenide tõhusaks vaigistamiseks tavaliselt toota sekundaarset väikest RNA-d RNA-sõltuva RNA polümeraasi (RdRP) amplifitseerimise teel. Dupleksset väikest RNA-d saab seejärel metüülida HEN1 abil, et suurendada stabiilsust, ja see laaditakse efektor-Argonaute'i (AGO) valkudesse [8]. Väikese dupleks-RNA läbipääsuahelat lagundavad AGO-d ja juhitav ahel jääb moodustama RNA-indutseeritud vaigistamiskompleksi (RISC) [9]. Seejärel sihib RISC komplementaarset RNA-d aluste sidumise teel, et vahendada degradatsiooni või translatsiooni pärssimist transkriptsioonijärgses geenivaigistamises (PTGS) või indutseerida transkriptsioonigeeni vaigistamist (TGS).

Taimedes on kaks peamist endogeense väikese RNA klassi: mikroRNA-d (miRNA-d) ja siRNA-d [10]. miRNA-d ja siRNA-d toodetakse vastavalt juuksenõela RNA või dsRNA töötlemisel spetsiifilise Diceri poolt. MiRNA-d, mis on tavaliselt 21 nt pikk, toodab Arabidopsises Dicer-like 1 (DCL1). Endogeensed miRNA-d vahendavad tavaliselt PTGS-i ja mängivad olulist rolli taimede arenguprotsesside kõigis aspektides.

Lisaks toodavad Arabidopsises DCL4, DCL2 või DCL3 vastavalt 21, 22 ja 24 nt siRNA-d ning need reguleerivad ka erinevaid bioloogilisi protsesse. Kui 21 ja 22 nt endogeensed siRNA-d vahendavad tavaliselt PTGS-i, näiteks 21 nt tasiRNA, mis osaleb lehtede morfogeneesis, siis 24 nt endogeensed siRNA-d vahendavad TGS-i peamiselt DNA metüülimise kaudu.

Patogeeniga nakatumisel toodetakse ka erineva suurusega patogeeni RNA-st pärinevaid siRNA-sid, et kutsuda esile RNAi-põhine antimikroobne immuunsus, mis annab peremeesorganismile resistentsuse [10, 11]. RNAi-põhine viirusevastane kaitse avastati esmakordselt taimedes [12,13]. Seejärel leiti, et see mängib selgrootute [14] ja imetajate [15, 16] viirusevastases immuunsuses olulist rolli. Transgeenide vaigistamise ja endogeensete geenide vaigistamise leidude põhjal iseloomustati DCL-de, AGO-de ja RDR-ide (RNA-sõltuvad RNA polümeraasid) funktsiooni viirusevastases immuunsuses.

Nüüd on teada, et RNAi-põhine viirusevastane kaasasündinud immuunsus indutseeritakse, et vältida igasuguste RNA või DNA viiruste agressiooni peaaegu kõigis eukarüootides (joonis 1). Teisest küljest arenevad paljud viirused, eriti patogeensed viirused, kodeerima VSR-e, et rünnata RNAi-põhise viirusevastase raja erinevaid etappe (joonis 1). VSR-i levimus aitab kaasa viirusepideemiatele; see pimestab ka meie arusaama RNAi-põhisest viirusevastasest kaasasündinud immuunsusest. Lisaks takistas VSR meil aastakümneid kasutamast klassikalist geneetilist sõeluuringut uute regulaatorite tuvastamiseks viirusevastases rajas kuni viimase ajani töötati välja tõhus geneetiline meetod barjäärist mööda hiilimiseks [17, 18].

Siin vaatleme viiruse RNA tajumist ja RNAi-põhise viirusevastase kaitse algatamist, viiruse siRNA (siRNA) tootmist ja amplifitseerimist ning viirusevastase RNAi efektor Argonautes funktsioone, rõhuasetusega hiljutistele edusammudele selles valdkonnas, vaidlustada olemasolevad küsimused mudeltaime Arabidopsis kohta. Samuti võeti kokku mõned taimeviiruste VSR-id ja nende funktsioonid, et paremini mõista taimeperemeeste ja viiruste vahelist võidurelvastumist. Vabandame, et mõned valdkonna uuringud ei pruugi hõlmata.

2. Viiruse RNA tajumine ja RNAi-põhise viirusevastase kaitse käivitamine

Viirused on peaaegu väikseimad organismid Maal, klassikalise struktuuriga, milles geneetiline materjal, RNA või DNA, on pakendatud kattevalgusse. Viirused tuleb peremeesorganismis halvata ja paljundada, kasutades peremeesorganismi materjale ja energiat. Erinevalt teistest mikroobsetest patogeenidest ei tuvasta mustrituvastusretseptorid (PRR-id) peremeesorganismi rakumembraanil viiruseid. Pärast viiruse sisenemist peremeesrakku tekivad viiruse replikatsiooni käigus viiruse replikatsioonide kaudu kaheahelalised viiruse RNA-d, peremees Diceri valgud tajuvad ja tükeldavad kaheahelalisi viiruse RNA-sid, et toota 21–24 nt pikkust siRNA-d. Seega võib Diceri valku pidada viiruse PRR-iks, mida kasutatakse RNAi-põhise viirusevastase raja käivitamiseks.

Dicer kuulub RNaasi III-laadsesse perekonda ja sellel on eukarüootides väga konserveerunud endonukleaas [19]. Arabidopsises on neli Dicer-like valku (DCL): DCL1, DCL2, DCL3 ja DCL4. Need kõik sisaldavad viit domeeni, milleks on DExD-helikaas, helikaas-C, tundmatu funktsiooniga domeen 283 (DUF283), Piwi/Argonaute/Zwille (PAZ) domeen, kaks tandem RNaasi III domeeni ja üks või kaks dsRNA-d siduvat domeeni ( dsRBD-d) N-otsast C-otsani [20] (joonis 2). DCL3-l puudub helicase-C domeen. Üldiselt kasutab helikaasi domeen dsRNA lahtikerimise hõlbustamiseks ATP hüdrolüüsi [19, 21].

DUF283 domeeni kirjeldati hiljuti, et hõlbustada RNA-RNA aluste sidumist ja RNA sidumist [22, 23]. PAZ ja RNaasi III domeenid on dsRNA lõhustamiseks üliolulised, PAZ domeen tunneb ära dsRNA ja RNaasi III domeenide otsad ja lõikab ühe dsRNA ahelast ning kauguse PAZ domeeni ja RNaasi III domeenide vahel määrab pikkus. toodetest [22,24]. DsRBD domeen hõlbustab dsRNA seondumist ja toimib ka mitteklassikalise tuuma lokaliseerimise signaalina [23].

DCL1 osaleb peamiselt 21 nt mikro-RNA (miRNA) biogeneesi rajas, mis mängivad olulist rolli taimede arengu kõigis aspektides ja taimede reaktsioonides keskkonnastiimulitele [25]. DCL1, DsRNA-d siduv valk 1 (DRB1) (tuntud ka kui HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1) ja SERRATE (SE) moodustavad tuumast tükeldatud kehad, mis tunnevad ära pri-miRNA juuksenõela struktuuri ja lõikavad pri-miRNA järjestikku miRNA eelkäijaks (prekursor) -miRNA) ja pre-miRNA küpseks miRNA-ks [21, 26]. Hiljuti teatati, et SE faaside eraldamine ajendab kuubikuteks lõikamist ja soodustab miRNA töötlemist DCL1 poolt Arabidopsises [27]; SE-ga seotud valk 1 soodustab ka miRNA biogeneesi, moduleerides pri-miRNA splaissimist, töötlemist ja stabiilsust [28].

Seetõttu näitasid funktsiooni kadumisega DCL1 mutandid, embrüonaalne letaalne ja isegi hüpomorfne mutant DCL1 samuti pleiotroopseid arengudefekte, mis olid tingitud miRNA biogeneesi katkemisest [29]. DCL1 võib kaudselt toimida RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses, kontrollides mõne miRNA biogeneesi. Teatati, et miR168 reguleerib negatiivselt AGO1 akumuleerumist taimedes [30] ja vastavalt miR482 või miR6019/miR6020 vähendab R-geenide viirusevastast resistentsust tomatites või tubakas [31,32]. DCL1 võib samuti soodustada siRNA teisi DCL-i vahendatud biogeneesi [33, 34].

DCL2 vastutab eksogeensete kaheahelaliste RNA (dsRNA) molekulide või looduslike antisenss-siRNA-de töötlemise eest Arabidopsises 22-nt siRNA-deks [35,36]. Kuid DCL2 asendab Arabidopsises RNAi-põhise viirusevastase kaasasündinud immuunsuse algatamise ainult siis, kui DCL4 funktsioon on tühistatud [37, 38]. Huvitaval kombel näitasid hiljutised uuringud, et kui tsütoplasmaatilise RNA lagunemisrada ja DCL4 funktsioon on puudulikud, võib koguneda massiivseid endogeenseid 22 nt siRNA-sid; need siRNA-d võivad vallandada geenispetsiifilise ja globaalse translatsiooni repressiooni ning põhjustada pleiotroopseid kasvuhäireid [39]. Kuid teistes taimedes eksisteerib mitu DCL2 ortoloogi, mis võib funktsioonide omandamiseks areneda. Näiteks näitas uuring, et DCL2b, üks DCL2 homoloog neljast tomatites, mängis olulist rolli tomatimosaiikviiruse (ToMV) nakkuse vastu, tekitades tomatites 22 nt siRNA-d [40].

DCL3 genereerib 24 nt siRNA-sid, et reguleerida RNA-st sõltuvat DNA metüülimist (RdDM) transkriptsioonilise geenivaigistamise (TGS) korral Arabidopsis [41]. Hiljuti näitas DCL3-pre-siRNA struktuur, et DCL3 kasutas positiivselt laetud taskut ja aromaatset korki, et tuvastada vastavalt juhtahela 50 -fosforüülitud adenosiini ja komplementaarse ahela 30 üleulatuvat osa. . DCL3 paaris RNaasi III domeenid lõikasid RNA mõlemad ahelad, määrates toote väikese RNA täpse pikkuse [42]. Endogeensed 24 nt siRNA-d toodetakse peamiselt heterokromatiinist või korduva järjestuse rikkast piirkonnast DCL3 abil, et säilitada transposooni vaigistamine või genoomi stabiilsus; 24 nt siRNA-d represseerivad ka transgeeni või muu eksogeense DNA, näiteks DNA viiruste, transkriptsiooni [43–45]. Teatati, et pärast DNA viiruse nakatumist toodeti 24 nt vsiRNA-sid, et moduleerida DNA metüülimist ja viiruse DNA histooni modifikatsiooni ning vältida viirusnakkust [46,47].

DCL4 lõikab pika endogeense dsRNA, et toota 21 nt siRNA-sid, nagu trans-toimivad siRNA-d (ta-siRNA-d), mis on taimede arengu jaoks üliolulised [48–51]. Arabidopsis dcl4 mutandil oli piklike, allapoole kõverdunud rosetilehtede fenotüüp [51, 52] ja suurenenud antotsüaniini akumulatsioon [53, 54]. RNAi-põhise viirusevastase kaasasündinud immuunsuse korral tajub ja lõikab DCL4 pikka viiruse dsRNA-d, et toota 21 nt siRNA-d, et vältida viirusnakkust, eriti pärast RNA-viiruse nakatumist Arabidopsises ja teistes taimedes [49].

Kuigi iga DCL vastutab eraldiseisva väikese RNA tootmise eest, võivad nad RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses toimida üleliigselt või hierarhiliselt. Näiteks peeti DCL4 endogeenseks supressoriks, mis pärsib DCL2-vahendatud 22 nt siRNA tootmist [39,55]; DCL2 toimib aga RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses üleliigselt, eriti kui DCL4 funktsioon on kahjustatud [56]. Seega suureneksid nii DCL2 kui ka DCL4 puudumisel viiruse tiitrid järsult [18, 57, 58]. Lisaks võib DCL4 toodetud 21 nt siRNA hõlbustada ka RdDM-i rada, et kaitsta DNA viiruste nakatumise eest [41]. DCL2 ja DCL3 peavad kartuli spindli mugula viroidi vastu kaitsmisel koos toimima [59]. Lisaks on DCL1-l potentsiaal toota 21 nt siRNA-d DCL2, DCL3 ja DCL4 puudumisel [55,57].

DsRNA-d siduvaid (DRB) valke on vaja ka viiruse RNA-de õigeks tajumiseks ja lõikamiseks DCL-ide poolt [60]. Arabidopsise genoom kodeerib viit DRB valku: DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 ja DRB5 [61]. Need sisaldavad ühte kuni kolme konserveerunud dsRNA-d siduvat motiivi (dsRBM), mis koosnevad umbes 70 aminohappest, moodustades - - - - voldid ja kaks heeliksit, et suhelda dsRNA-ga [62,63]. DRB-d suhtlevad spetsiifiliste DCL-idega, et täita nende erifunktsiooni väikese RNA biogeneesis ja viirusevastases kaitses [60]. Näiteks on miRNA biogeneesi jaoks vajalik interaktsioon DRB1 (HYL1) ja DCL1 vahel ning see on seotud RISC-i laadimise juhtahela valimisega [64–66].

DRB4 interakteerub DCL4-ga, moodustades teist tüüpi kuubikuteks lõigatud keha siRNA-de tõhusaks töötlemiseks. Teatati, et DRB4 mutatsioon põhjustas puuduliku viirusevastase kaitse naerikollase mosaiikviiruse (TYMV) nakkuse vastu [67]. Drb3 mutant oli ülitundlik kapsa lehtede lokiviiruse (CaLCuV) ja peedi kähara viiruse (BCTV) nakkuse suhtes ning viiruse genoomi metüülimine oli drb3-s oluliselt vähenenud [47]. DRB2 iseloomustati hiljuti kui laia spektriga viirusevastast efektorit; DRB2 üleekspressioon vähendas mitme erineva RNA viiruse, sealhulgas tubakakõristi viiruse (TRV), tomatipõõsa stunt viiruse (TBSV), kartuliviirus X (PVX) ja viinamarjalehe viiruse (GFLV) akumulatsiooni [68].

3. siRNA tootmine ja amplifitseerimine

Pärast viiruse dsRNA tuvastamist ja tükeldamist DCL-i kaudu toodetakse primaarne vsiRNA. Tõhusaks viirusevastaseks kaitseks tuleb aga amplifikatsiooni teel toota piisavat sekundaarset vsiRNA-d. Peremees-RNA-st sõltuvad RNA polümeraasi (RdRP) valgud on taimede sekundaarse vsiRNA amplifikatsiooni ja elegantse Caenorhabditis'e peamised tegurid. Nad genereerivad eksponentsiaalselt viiruse dsRNA-d, mis toimivad DCL-i substraatidena vsiRNA biogeneesi jaoks, kasutades tõenäoliselt mallidena kärbitud viiruse RNA-sid [18, 69, 70].

Arabidopsises on kuus RdRP valku (RDR1 kuni RDR6). RDR1, RDR2 ja RDR6 jagavad eukarüootsete RDR-ide C-terminaalset kanoonilist katalüütilist DLDGD motiivi ja neil on paljudel taimeliikidel ortoloogid, samas kui RDR3, RDR4 ja RDR5 jagavad katalüütilises domeenis ebatüüpilist DFDGD aminohappelist motiivi [71]. RDR1, RDR2 ja RDR6 kontrollivad hästi RNAi-põhist viirusevastast kaasasündinud immuunsust Arabidopsises, kuigi tandem-korduvate RDR3, RDR4 ja RDR5 funktsiooni Arabidopsis genoomis ei tuvastata.

RDR1 võib esile kutsuda viiruse [72], viroidi [73] või salitsüülhappega ravi [74] nakatumine. Leiti, et see võimendab RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses 21 nt või 22 nt siRNA-d, eriti RNA viiruste nakatumisel. RDR1 ei reguleeri endogeenset siRNA biogeneesi ega taimede arengut. Siiski leiti, et RDR1 vahendas viiruse poolt aktiveeritud endogeense siRNA (siRNA) tootmist, mis on uudne peremees-siRNA-de klass, mis võib aidata kaasa taimede viirusevastasele kaitsele [72].

RDR6 ekspresseerub konstitutiivselt Arabidopsise erinevates kudedes. RDR6 mitte ainult ei soodusta RNAi-põhist viirusevastast kaasasündinud immuunsust, vahendades vsiRNA biogeneesi, eriti pärast RNA viiruste nakatumist, vaid kontrollib ka taimede arengut, vahendades endogeense siRNA, näiteks siRNA-de biogeneesi [75,76]. RDR6 moodustab protsessides koostööks toimimiseks tavaliselt siRNA kehad koos geeni vaigistamise 3 (SGS3) supressoriga [77–80]. Seega on rdr6 mutandil ja sgs3 mutandil viirusevastases kaitses ja arengus samad defektid [78, 81–83]. Huvitav on see, et RDR6 ja miR472 võivad haigusresistentsuse geenide transkriptsioonijärgse kontrolli kaudu negatiivselt reguleerida ka PAMP-i poolt käivitatud immuunsust (PTI) ja efektoriga vallandatud immuunsust (ETI) ning aidata kaasa kaheahelalise katkestuse tekkele meioosis teistes taimedes. [75]. Lisaks mängib riis (Oryza sativa) RDR6 viirusevastast rolli kaitses riisitriibu viiruse (RSV) vastu [85].

RDR2 seostub peamiselt Pol IV-ga, moodustades kompleksi lühikeste dsRNA prekursorite transkribeerimiseks, mida DCL3 lõikab, et toota 24 nt siRNA-d DNA metüülimise juhtimiseks [86–89], kuigi RDR2 võib olla võimeline genereerima ka 23 27 nt väikesed RNA-d MIR geenidest DNA metüülimise vahendamiseks [90]. Teatati, et RDR2, Pol IV ja DCL3, RdDM raja põhikomponendid, vahendasid 24 nt vsiRNA tootmist ja mängisid olulist rolli DNA viiruste, näiteks geminiviiruste nakatumise vastu [44, 45]. Huvitaval kombel võib RDR1 ja RDR6 kaudu amplifitseeritud 21 nt siRNA hõlbustada ka RdDM rada ja aidata kaasa taimede kaitsele DNA viiruste vastu [91, 92].

Hiljuti avastati ka mitu uudset sekundaarse vsiRNA amplifikatsiooniga seotud tegurit. Viirusevastane RNAi-defektne 1(AVI1)/aminofosfolipiidid, mis transpordivad ATPaasi 2 (ALA2), ALA1 ja AVI2, tuvastati tugeva päriliku geneetilise ekraani abil, kasutades kurgi mosaiikviiruse (CMV) mutanti, milles VSR-2b stardikoodonid olid muteerunud [17,93–95].

Ala1 / ala2 või avi2 mutandis vähenes sekundaarsete vsiRNA-de tootmine dramaatiliselt. ALA1/ALA2 sisaldavad tüüpilist P4--tüüpi ATPaasi struktuuri (joonis 2) ja võivad transportida spetsiifilisi fosfolipiide läbi taimede rakumembraanide. ALA1 ja ALA2 võiksid teha koostööd RDR1 ja RDR6-ga, et soodustada sekundaarset vsiRNA biogeneesi, tõenäoliselt määratledes selle substraadi fosfolipiidi rakulise lokaliseerimise [17, 94]. AVI2 nimetati ka rdr6 3 (ENOR3) uueks faktoriks, kuna see tuvastati ka rdr6 tausta geneetilise ekraani abil, kasutades teist CMV mutanti, milles geen 2b oli kustutatud [96]. AVI2, oletatav magneesiumi transporter Arabidopsises, soodustas ka sekundaarset siRNA biogeneesist sõltuvat RDR1 ja RDR6 [93]. Huvitaval kombel leiti hiljuti, et kalmoduliini siduv transkriptsiooni aktivaator -3 (CAMTA3) aktiveerib bifunktsionaalse nukleaasi-2 (BN2), et stabiliseerida AGO1/2 ja DICER-LIKE1 ning aktiveerida RDR6 vsiRNA-de amplifitseerimiseks [97 ].

RDR-id ja uued tegurid, nagu ALA1 / 2 ja AVI2, on taimedes ja ussides laialdaselt konserveeritud, et tagada vsiRNA piisav biogenees tõhusa RNAi-põhise viirusevastase kaasasündinud immuunsuse jaoks. Kuid RDR-id puuduvad Drosophilas, hiirtel ja inimestel, kus hiljuti avastati erinev mehhanism siRNA amplifikatsiooniks kromosomaalse tsirkulaarse DNA kaudu [21]. Seda, kas uus mehhanism eksisteerib ka taimedes või ussides, tuleb veel uurida.

4. RNAi efektorargonautide viirusevastane funktsioon

siRNA tuleb laadida AGO efektoritesse, et moodustada RISC, seejärel suunatakse RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses PTGS-i või TGS-i komplementaarsed viirusgenoomid. Efektor-AGO-d on evolutsiooniliselt konserveerunud ja eukarüootides laialt levinud, kuigi prokarüootides puuduvad [98]. Näidati, et need reguleerivad lisaks viirusevastasele kaitsefunktsioonile mitmesuguseid bioloogilisi arenguid taimede arengus ja taimede reaktsiooni keskkonnastiimulitele [98–103]. Kristallograafilised uuringud näitasid, et kanoonilised eukarüootsed AGO-d sisaldavad viit domeeni, mida nimetatakse N-terminaalseks (N) domeeniks, PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE (PAZ) domeeniks, keskmiseks (MID) domeeniks, PIWI domeeniks ja tundmatu funktsiooniga domeeniks 1785 (DUF1785). 104 105] (joonis 2).

N-domeen võib blokeerida juht-sihtmärgi sidumise kaugemale positsioonist 16, PAZ domeen tunneb ära sRNA 30 otsa, MID domeen kinnitab 50 sRNA fosfaati, PIWI domeen omab ribonukleaasi aktiivsust, et viilutada siht-RNA [106–108] ja Hiljuti näidati, et DUF1785 domeenide funktsioon kahjustab ideaalselt sobivaid siRNA ja miRNA duplekse [109]. Kõik domeenid koos hõlbustavad õiget kombinatsiooni sRNA ja siht-RNA vahel, et tagada õige vaigistamine.

Arabidopsises [110–113] on kodeeritud kümme AGO-d. AGO1 ja AGO2 on RNAi-vahendatud RNA viiruste vastase viirusevastase immuunsuse peamised komponendid [100]. AGO1 toimib ka miRNA efektorina, et reguleerida taimede arengu kõiki aspekte, moduleerides endogeensete geenide ekspressiooni [114–122]. Seega on ago1 knockout mutandid surmavad. Seetõttu uuriti AGO1 funktsiooni RNAi-põhises viirusevastases kaasasündinud immuunsuses ainult hüpomorfsete AGO1 mutantidega, näiteks ago1-27, millel oli endiselt tõsiseid arengudefekte [123]. Erinevalt AGO1-st ei osale AGO2 taimede arengu reguleerimises ning ago2 mutant ei näita kasvu- ja arengudefekte; AGO2 võib Arabidopsises reguleerida ainult taimekaitset. Teatati, et AGO2 eelistab siduda vsiRNA-sid 50-terminaalse A-ga ja AGO1 eelistab U-d [124]. AGO2 on vajalik resistentsuse tagamiseks laia spektri taimeviiruste suhtes [56,125–128].

Samuti teatati, et AGO2 katalüütiline aktiivsus oli vajalik kohaliku ja süsteemse viirusevastase aktiivsuse jaoks [125, 127], samas kui puutumatu katalüütilise aktiivsusega ago1 mutant oli vastuvõtlik viirusinfektsioonile [123]. AGO2 osaleb ka resistentsuses fütopatogeense bakteri Pseudomonas syringae [129] vastu ning AGO2 seondub miR393b*-ga ja vaigistab MEMB12, et moduleerida antimikroobsete PR-valkude eksotsütoosi ja suurendada viirusevastast aktiivsust [129]. Seetõttu võivad AGO1 ja AGO2 mängida erinevat rolli taimede viirusevastases kaitses.

AGO4, AGO6 ja AGO9 on peamised efektorid, mis toimivad Arabidopsises RdDM rajal. Näidati, et AGO4, AGO6 ja AGO9 seovad 24 nt heterokromaatilisi väikeseid segavaid RNA-sid (het-siRNA-sid) ja aitavad kaasa RdDM-i rajale [130,131]. Teatati, et AGO4 võitles peamiselt DNA viiruste agressiooniga RdDM-i moduleerimise kaudu, kuna teatati, et ago4 mutandid olid BCTV genoomi vähenenud hüpermetüleerimise tõttu vastuvõtlikud BCTV nakkusele [47]. Üllataval kombel on ago4 mutandid vastuvõtlikud mitmetele RNA viirustele, nagu naeris krimpsuviirus (TCV), bambusmosaiikviirus (BaMV) ja Plantago asiatica mosaiikviirus (PlAMV) [132–135] RdDM-i rajast sõltumatu mehhanismi kaudu [135]. ].

Teiste AGO efektorite osas osalevad AGO5 koos AGO2-ga kartuliviiruse X (PVX) süsteemse nakkuse vähendamises, samas kui AGO5 mängib ainult teisejärgulist rolli, kui AGO2 on algselt nakatunud lehtedes ületatud [136]. AGO7 (tuntud ka kui ZIP) leiti, et pildipõhise haigusanalüüsi meetodi abil on TCV-nakkuse ajal oluline tegur [132]. AGO7 võib seostuda ka miR390-ga ja vahendada endogeense siRNA biogeneesi [137]. AGO10 teeb koostööd AGO1-ga ja sellel on üleliigne roll õisikute kudede kaitsmisel naerismosaiikviiruse (TuMV) [125] nakatumise eest, lisaks funktsioonile reguleerida võrsete apikaalse meristeemi arengut, sidudes miR165/166 [138].

Huvitaval kombel leiti rohkem kui 10 AGO ortoloogi mõnes olulises põllukultuuris, nagu riis ja tomat, 19 ortoloogi riisis ja 15 tomatis. Need võivad areneda nii, et neil on viirusevastases kaitses ja arengus erinevad funktsioonid. Näiteks riisitriibu viirusetõrjega (RSV) nakatumisel käivitab RSV kattevalk (CP) JA akumulatsiooni ja reguleerib JAMYB-le reageerivat transkriptsioonifaktorit, et seostuda otse AGO18 promootoriga, et aktiveerida AGO18 transkriptsioon [139]. AGO18 seob ja eraldab miR168, mis suurendab AGO1 kogunemist viirusevastase protsessi jaoks [140]. Teisest küljest seob AGO18 eelistatavalt miR528, et reguleerida ROS-i akumuleerumist ja seista vastu viirusinfektsioonile [141]. Meie avaldamata andmed näitavad ka, et mõnedel AGO ortoloogidel tomatites on Arabidopsisega võrreldes erinevad funktsioonid.

5. RNAi viiruse supressorid

Peremeestaimede ja viiruste vahelises kaitse- ja vastukaitsevõistluses arendavad viirused VSR-valke, et pärssida RNAi-põhist viirusevastast kaasasündinud immuunsust. VSR-id on suunatud RNAi-põhise viirusevastase raja erinevatele etappidele, et neutraliseerida konserveerunud viirusevastast immuunsust (tabel 1) [142,143].

VSR-ide väga levinud vastutegevus on siRNA amplifikatsiooni takistamine. Näiteks CMV 2b, tomatikollase lehekähara viiruse (TYLCCNV) C1 ja riisikollase kaskadööriviiruse (RYSV) P6 häirivad sekundaarse siRNA RDR1/6-sõltuvat biogeneesi [155,180,185]. Tomati kollase lehekõveriku geminiviiruse (TYLCV) V2, RSV P2 ja riisitriibu mosaiikviiruse (RMSV) P4 interakteeruvad SGS3-ga, et pärssida sekundaarse siRNA biogeneesi [181,182,189]. Samuti leiti, et Geminivirus V2 valk häirib kalmoduliini ja CAMTA3 interaktsiooni, mis vähendab RDR6 ekspressiooni, et vähendada vsiRNA biogeneesi [97].

Leiti, et mõned VSR-id takistavad viiruse dsRNA tajumist või lõikamist. Näiteks võib TCV CP pärssida DCL4 tükeldamise aktiivsust [55] ja lillkapsa mosaiikviiruse (CaMV) P6 interakteerub DRB4-ga, et blokeerida dsRNA seondumist [154]. Mõned VSR-id, nagu tomatitäpilise närbumisviiruse (TSWV) NS-id ja kartuliviiruse Y (PVY) Hc-Pro, seonduvad samuti pika viiruse dsRNA-ga, mis võib blokeerida viiruse RNA-de tuvastamise või töötlemise DCL-de poolt. Mõned teised VSR-id võivad otseselt sihtida vsiRNA-d, et pärssida RNAi-põhist viirusevastast kaasasündinud immuunsust. Näiteks P19, tuntud tombusviiruste VSR, seob ja eraldab vsiRNA-d, samas kui maguskartuli klorootilise stunt kriniviiruse (SPCSV) RNaas III seob ja vahendab siRNA lagunemist ning suvikõrvitsa kollase mosaiikviiruse (ZYRNAMV) HC-Pro vähendab stabiilsus, häirides siRNA metüülimist HEN1 poolt. Efektor-AGO-de viirusevastase funktsiooni häirimine on veel üks strateegia, mida mõned VSR-id kasutavad. Näiteks kartulileherulli viiruse (PLRV) P0 võib vahendada AGO1 lagunemist ja CMV 2b võib häirida AGO1 ja AGO4 ning häirida nende funktsioone.

Üllataval kombel leiti, et erinevalt ülaltoodud VSR-idest, mis neutraliseerivad RNAi-põhist viirusevastast kaasasündinud immuunsust, leiti, et mõnede VSR-ide viirusevastaseid vastuseid antagoniseerivad teised mehhanismid. Hiljuti näitas uuring, et VSR p19 võib interakteeruda retseptoritaolise kinaasiga (RLK) VAEVAD ÜHTEGI MERISTEM 1 (BAM1) ja BAM2, et pärssida RNA vaigistamise rakkudest rakkudesse liikumist [193, 194]. Tomati lehtede lokkide Guangdongi viiruse (ToLCGdV) VSR C4 võib samuti interakteeruda BAM1-ga, et pärssida PTGS-i ja pöördmetülatsiooni vahendatud TGS-i [195]. Lisaks näitavad kogunenud tõendid autofagia moduleeritud taime-viiruse interaktsiooni [196, 197]. Teatati, et lasti retseptor BRCA1 NABOR (NBR1) võib sihtida HC-Pro, et pärssida TuMV viiruse akumulatsiooni [198]. Odratriibu mosaiikviiruse (BSMV) VSR B oli aga suunatud AUTOPHAGY PROTEIN7 (ATG7) aktiivsusele, et häirida ATG7–ATG8 interaktsiooni ja soodustada viirusnakkust [199].

Nüüd teame, et peaaegu kõigil taimeviirustel, eriti patogeensetel taimeviirustel, on üks või mitu VSR-i. VSR-ide olemasolu aitab kaasa viiruste ja viirusepideemiate edukale agressioonile; need takistavad ka tõsiselt meie arusaamist taimede ja teiste eukarüootide hädavajalikust viirusevastasest kaasasündinud immuunsusest.

For more information:1950477648nn@gmail.com