Распознавание патогенов основано на наличии Toll-подобных рецепторов (TLR), которые обнаруживают патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP) для координации иммунного каскада. Эти рецепторы закодированы в зародышевой линии и имеют как внутри-, так и внеклеточные домены. У людей было обнаружено десять типов рецепторов TLR, а также распознаваемые ими микробные антигены.

<img alt=" Исследование: Подавление распознавания РНК Toll-подобными рецепторами: влияние модификации нуклеозидов и эволюционное происхождение РНК. Кредит изображения: Design_Cells / Shutterstock "src =" https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/image-handler/picture/2021/10/shutterstock_1728753334.jpg "style =" width: 1200px; height: 800px; "title =" Исследование: Подавление распознавания РНК Toll-подобными рецепторами: влияние модификации нуклеозидов и эволюционное происхождение РНК. Изображение предоставлено: Design_Cells / Shutterstock "width =" 1200 "height =" 800 "/> Исследование: Подавление распознавания РНК толл-подобными рецепторами: влияние модификации нуклеозидов и эволюционное происхождение РНК. Изображение предоставлено: Design_Cells / Shutterstock

Многие вирусы содержат двухцепочечную (ds) РНК, которая стимулирует TLR3. Человеческий TLR8 активируется одним классом олигонуклеотидов РНК. TLR7, TLR8 и TLR9 являются частью подсемейства из-за их общих последовательностей и структур.

Избирательный иммунный ответ на ДНК бактерий, но не млекопитающих обусловлен различием их химической структуры, то есть присутствием метилированного цитидина в CpG-мотивах ДНК.

РНК модифицируется почти сотней способов, особенно рРНК млекопитающих, составляющая 80% клеточной РНК. Это включает в себя в десять раз больше псевдоуридина () и в 25 раз больше 2'-O-метилированных нуклеозидов, чем бактериальная рРНК.

Несмотря на то, что тРНК млекопитающих относительно меньше по количеству, она сильно модифицирована, до 25% нуклеозидов, по сравнению с бактериальной или вирусной тРНК.

мРНК в бактериях немодифицирована, но это не относится к мРНК млекопитающих, которые содержат модифицированные нуклеозиды. К ним относятся 5-метилцитидин (m5C), N6-метиладенозин (m6A), инозин и многие 2'-O-метилированные нуклеозиды в дополнение к N7-метилгуанозину (m7G).

Многие вирусы также имеют модификации нуклеозидов, которые встречаются чаще, чем в клеточной мРНК. Такие модификации уникальны для РНК бактерий или млекопитающих, что делает возможным избирательное иммунное распознавание микробной РНК. Поскольку содержание РНК в клетках в 5-10 раз больше, чем содержание ДНК, модификации РНК обеспечивают отличное иммунное распознавание, о чем свидетельствует тот факт, что РНК активирует несколько TLR.

Текущее исследование, опубликованное в журнале Immunity исследует, как естественные модификации РНК могут изменить ее потенциал для иммунной активации через TLR.

Что показало исследование?

Исследователи обнаружили, что разные природные РНК в разной степени активируют иммунные клетки. Общая РНК и мРНК млекопитающих были стимулирующими, но не тРНК, в отличие от бактериальной тРНК.

Напротив, общая бактериальная РНК и митохондриальная РНК были мощно иммуностимулирующими, но не тРНК дрожжей, зародышей пшеницы и быка. РНК с наименее модифицированными нуклеозидами, бактериальная РНК и митохондриальная РНК были наиболее стимулирующими. Ученые подтвердили, что РНК была молекулой, ответственной за стимуляцию цитокина TNF-α.

Ученые произвели избранные модификации, заменив один или два из четырех нуклеотидтрифосфатов (NTP) в РНК, используя один с модифицированным нуклеозидом. Они использовали транскрипцию in vitro для получения РНК.

Более ранние исследования показали, что транскрипция in vitro продуцирует РНК, распознаваемую TLR3 человека и TLR7 мыши. Однако олигорибонуклеотиды (ORN), синтезированные с помощью химических реакций, активируют TLR8 человека и TLR7 мыши. С модифицированной РНК активация TLR3 также была подтверждена с помощью m5C, m5U, или m5C / в РНК, но при наличии модификаций m6A или s2U стимуляции не наблюдалось.

После того, как эндогенная активность TLR3 была устранена, они обнаружили, что все вышеупомянутые РНК, транскрибируемые vitro, вызывали стимуляцию человеческого TLR7. Следовательно, РНК является мощным стимулятором TLR3, TLR7 и TLR8 человека. И наоборот, модифицированная РНК не приводила к стимуляции TLR8.

Это выявило несколько интригующих тенденций. Во-первых, показано, что РНК связывает человеческий TLR7. Во-вторых, модифицированные нуклеозиды изменяли способность РНК стимулировать выработку цитокинов, таких как TNF-α и IL-12, и, следовательно, их способность активировать дендритные клетки (DC). Тип DC также изменяет ответ на РНК.

Встречающиеся в природе модификации нуклеозидов РНК включают m5C, m5U, s2U, m6A, или 2'-O-метил-U. Только модификации уридина, такие как m5U, s2U или, предотвращали первичную активацию DC с помощью РНК, но разные типы TLR демонстрировали вариации в их ответах на разные типы РНК.

В то время как m6A и s2U предотвращали стимуляцию TLR3, присутствие m5C, m5U, s2U, m6A или Ψ не приводило к активации TLR7 или TLR8. Немодифицированная РНК активировала все упомянутые здесь TLR.

Иммуностимулирующий эффект наблюдался, когда модификаций было очень мало, примерно от трех до шести модифицированных нуклеозидов на молекулу РНК, что подавляло стимуляцию DC. Наличие более высоких уровней модифицированных нуклеозидов привело к снижению экспрессии TNF-α вдвое.

Другими словами, РНК-опосредованная иммунная стимуляция подавляется пропорционально количеству модифицированных нуклеозидов, присутствующих в РНК.

Модификация нуклеозидов лежит в основе самого раннего типа механизма иммунного распознавания. Бактериальное метилирование собственных нуклеозидов позволяет распознавать немодифицированную чужеродную ДНК, которая затем разрушается рестрикционными ферментами. В ДНК млекопитающих большинство цитозинов с мотивом CpG метилировано, но TLR9 распознает немодифицированную РНК в микробах, вызывая врожденный иммунитет.

Бактериальная РНК более иммуногенна, чем РНК млекопитающих, которая имеет ограниченную, но обнаруживаемую иммуногенность и индуцирует продукцию интерферона. Иммунный ответ на РНК млекопитающих может быть обусловлен проникновением трансфицированной РНК в эндосомы иммунных клеток, что позволяет различать собственные и чужие РНК по локализации, а не по PAMP.

Однако исследования показали, что врожденная иммунная система человека может отличать мРНК эукариот от прокариот на молекулярном уровне и идентифицировать мРНК, у которой отсутствует характерный полиадениновый (поли-A) хвост, как стимулирующий. В текущем исследовании разница в содержании нуклеозидов способствовала мощному иммуностимулирующему эффекту бактериальной РНК по сравнению с РНК млекопитающих: 0,8% против 3%, соответственно.

Таким образом, нуклеозидная модификация является новым свойством РНК, которое позволяет распознавать рецепторы врожденной иммунной системы, TLR3, TLR7 и TLR8. В этом эффекте, вероятно, играет роль наименее модифицированная митохондриальная РНК в РНК млекопитающих

.

Заключение

В заключение, исследование демонстрирует, что определенные природные РНК, млекопитающие или бактерии, могут активировать человеческие DC, наряду с транскрибируемой in vitro РНК или химически синтезированными РНК. Все это привело к активации клеток через человеческие TLR3, TLR7 или TLR8.

Это подавлялось РНК, содержащей естественно модифицированные нуклеозиды. Эта работа может помочь лучше понять аутоиммунные явления, в том числе те, в которых нуклеиновые кислоты участвуют в механизме заболевания. Более того, эти открытия могут помочь определить роль таких модификаций в вирусной РНК и разработать терапевтические модифицированные нуклеозиды.