식물의 RNAi 기반 항바이러스 선천 면역 1부
Jun 02, 2023
추상적인:
숙주의 바이러스 감염을 방어하기 위해 다중 항바이러스 면역이 개발되었습니다. RNA 간섭(RNAi) 기반 항바이러스 선천성 면역은 진핵생물에서 진화적으로 보존되며 모든 유형의 바이러스에 대해 중요한 역할을 합니다. 숙주와 바이러스 사이의 군비 경쟁 동안 많은 바이러스는 항바이러스 선천성 면역을 억제하기 위해 RNA 침묵(VSR)의 바이러스 억제자를 진화시킵니다. 여기에서 우리는 모델 식물 Arabidopsis에서 주로 RNA 바이러스 감염 시 식물의 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역의 여러 단계에서의 메커니즘과 다양한 VSR의 대응 작용을 검토했습니다. 이 분야의 몇 가지 중요한 과제도 제안되었으며 보존된 항바이러스 선천 면역을 더 자세히 설명하면 향후 바이러스성 질병을 예방하기 위한 광범위한 항바이러스 전략을 전달할 수 있다고 생각합니다.
항바이러스 면역과 면역 사이에는 밀접한 관계가 있습니다.
1. 면역은 바이러스에 대한 핵심입니다. 면역 체계는 신체에서 가장 중요한 방어 메커니즘 중 하나입니다. 면역 체계는 바이러스가 몸에 들어오는 것을 파괴, 제어 및 방지함으로써 질병으로부터 몸을 보호합니다. 면역 체계가 강하면 항바이러스 면역 반응이 더 좋아지고 바이러스 감염에 더 잘 대처할 수 있습니다.
2. 항바이러스 면역이 면역의 핵심: 항바이러스 면역반응이란 바이러스가 체내로 침입하는 것에 대한 면역체계의 면역반응을 말한다. 그 과정에서 신체는 바이러스를 인식하고 제거하는 항체와 면역 세포를 생성합니다. 이러한 항체와 면역 세포는 면역과 밀접하게 연결되어 있어 면역 체계의 기능을 강화하고 바이러스에 대항하는 신체의 능력을 향상시킵니다.
3. 면역과 항바이러스 면역은 상호의존적이다: 면역과 항바이러스 면역은 상호의존적이다. 면역력이 약한 사람은 바이러스에 대한 저항력이 낮아져 감염되기 쉽고 심각한 결과를 초래하는 반면, 항바이러스 면역 반응이 약한 사람은 바이러스 감염에 취약해 면역 체계의 기능에 영향을 미칩니다.
따라서 좋은 면역력을 유지하면 항바이러스 면역반응을 향상시켜 바이러스 감염을 예방할 수 있다. 한편, 코로나바이러스와 같은 일부 특정 바이러스의 경우 백신을 사용하여 면역 체계의 항바이러스 면역 반응을 활성화하고 강화할 수도 있습니다. 따라서 면역력 증진에 관심을 기울여야 한다. Cistanche는 면역력을 향상시킬 수 있으며 고기 혼합물에는 비타민 C, 카로티노이드 등과 같은 다양한 항산화 물질이 풍부하여 자유 라디칼을 제거하고 산화 스트레스를 줄이며 면역 체계의 저항력을 향상시킬 수 있습니다.
키워드:
바이러스; 항바이러스 선천면역; RNAi; 작은 RNA; VSR.
1. 소개
RNA 사일런싱 현상은 1990년 식물에서 처음 관찰되었는데, 이때 페튜니아에 칼콘 신타제 도입유전자가 도입되어 내인성 상동 유전자가 억제되었습니다[1,2]. 1998년 Andrew Fire와 Craig Mello는 이중 가닥 RNA(dsRNA)가 Caenorhabditis elegant [3]에서 강력하고 특정한 간섭을 일으킨다는 사실을 발견하고 RNA 간섭(RNAi) 현상이라고 명명했으며, 2006년 노벨 생리학 및 의학상을 수상했으며 생물학 분야에서 혁명을 열었습니다 [3,4]. 수많은 연구에서 RNAi가 진핵생물에서 진화적으로 보존되고 생물학적 사건의 모든 측면을 조절한다는 사실이 밝혀졌습니다[5,6]. RNAi 시그널링은 경로의 일부 주요 구성 요소를 확인하여 확립되었습니다.
noncoding small RNA는 self-complementary 또는 double-stranded RNA(dsRNA)에 의해 유발되고 유전자 침묵의 진정한 신호 및 특이성 결정 요인으로 기능하는 것으로 밝혀졌습니다. Primary duplex small RNA는 각각 특정 Dicer를 사용하여 hairpin RNA 또는 dsRNA를 microRNA 또는 siRNA로 가공하여 생산합니다[7]. 또한 효율적인 gene silencing을 위해서는 보통 RdRP(RNA-dependent RNA polymerase)에 의한 증폭을 통해 2차 small RNA를 생산해야 합니다. 이중 소형 RNA는 안정성을 높이기 위해 HEN1에 의해 메틸화될 수 있으며 이펙터 Argonaute(AGO) 단백질에 로드됩니다[8]. 이중 small RNA의 통로가닥은 AGOs에 의해 분해되고 유도가닥은 남아서 RNA-유도 침묵화 복합체(RISC)를 형성합니다[9]. 그런 다음 RISC는 전사 후 유전자 침묵(PTGS)에서 분해 또는 번역 억제를 매개하거나 전사 유전자 침묵(TGS)을 유도하기 위해 염기쌍을 형성하여 상보적인 RNA를 표적으로 합니다.
식물에는 microRNA(miRNA)와 siRNA의 두 가지 주요 종류의 내인성 작은 RNA가 있습니다[10]. miRNA와 siRNA는 각각 특정 다이서(Dicer)에 의해 헤어핀 RNA 또는 dsRNA를 처리하여 생성됩니다. 일반적으로 길이가 21nt인 miRNA는 애기장대에서 Dicer-like 1(DCL1)에 의해 생성됩니다. 내인성 miRNA는 일반적으로 PTGS를 매개하고 식물 발달 과정의 모든 측면에서 필수적인 역할을 합니다.
또한, 21, 22 및 24nt siRNA는 각각 Arabidopsis의 DCL4, DCL2 또는 DCL3에 의해 생성되며 다양한 생물학적 과정을 조절합니다. 21 및 22 nt 내인성 siRNA는 일반적으로 잎 형태 형성에 관여하는 21 nt tasiRNA와 같이 PTGS를 매개하는 반면, 24 nt 내인성 siRNA는 주로 DNA 메틸화를 통해 TGS를 매개합니다.
병원체 감염 시, 다양한 크기의 병원체 RNA 유래 siRNA도 생산되어 RNAi 기반 항균 면역을 유도하여 숙주 저항성을 부여합니다[10,11]. RNAi 기반 항바이러스 방어는 식물에서 처음 발견되었습니다[12,13]. 그런 다음 무척추동물[14]과 포유류[15,16]에서 항바이러스 면역에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 전이유전자 침묵 및 내인성 유전자 침묵의 연구 결과를 바탕으로 항바이러스 면역에서 DCL, AGO 및 RDR(RNA 의존성 RNA 폴리머라제)의 기능을 특성화했습니다.
이제 거의 모든 진핵생물에서 모든 종류의 RNA 또는 DNA 바이러스의 공격을 방지하기 위해 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역이 유도된다는 것이 인식되고 있습니다(그림 1). 한편, 많은 바이러스, 특히 병원성 바이러스는 VSR을 암호화하여 RNAi 기반 항바이러스 경로의 여러 단계를 공격하도록 진화했습니다(그림 1). VSR의 유행은 바이러스 전염병에 기여합니다. 그것은 또한 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에 대한 우리의 인식을 눈멀게 합니다. 또한 VSR은 최근 장벽을 우회하기 위한 효율적인 유전적 방법이 개발될 때까지 수십 년 동안 항바이러스 경로에서 새로운 조절자를 식별하기 위해 고전적인 유전자 스크리닝을 사용하는 것을 방해했습니다[17,18].
여기서는 바이러스 RNA에 대한 인식과 RNAi 기반 항바이러스 방어 개시, 바이러스 siRNA(siRNA)의 생산 및 증폭과 항바이러스 RNAi 이펙터 Argonautes의 기능을 최근 이 분야의 진행 상황을 중심으로 검토하고, 모델 식물 Arabidopsis에 대한 기존 질문에 도전합니다. 식물 숙주와 바이러스 간의 군비 경쟁을 더 잘 이해하기 위해 식물 바이러스의 일부 VSR과 그 기능도 요약했습니다. 해당 분야의 일부 연구 진행 상황이 포함되지 않은 점 양해 부탁드립니다.
2. 바이러스 RNA 인지 및 RNAi 기반 항바이러스 방어 개시
바이러스는 지구상에서 가장 작은 유기체로 유전 물질인 RNA 또는 DNA가 외피 단백질에 포장되어 있는 고전적인 구조를 가지고 있습니다. 바이러스는 숙주에서 마비되어 숙주의 물질과 에너지를 이용하여 전파되어야 한다. 다른 미생물 병원체와 달리 패턴 인식 수용체(PRR)는 숙주의 세포막에서 바이러스를 인식하는 것으로 밝혀지지 않았습니다. 바이러스가 숙주 세포에 들어간 후 바이러스 복제를 통한 바이러스 복제 중에 이중 가닥 바이러스 RNA가 생성되며 숙주 Dicer 단백질은 이중 가닥 바이러스 RNA를 감지하고 절단하여 21-24nt 길이의 siRNA를 생성합니다. 따라서 Dicer 단백질은 RNAi 기반 항바이러스 경로를 시작하는 데 사용되는 바이러스 PRR로 간주될 수 있습니다.
Dicer는 RNaseIII 유사 계열에 속하며 진핵생물에서 고도로 보존된 엔도뉴클레아제를 가지고 있습니다[19]. Arabidopsis에는 DCL1, DCL2, DCL3 및 DCL4의 네 가지 Dicer 유사 단백질(DCL)이 있습니다. 이들은 모두 DExD-helicase, helicase-C, DUF283(domain of unknown function 283), Piwi/Argonaute/Zwille(PAZ) 도메인, 2개의 tandem RNase III 도메인, 1개 또는 2개의 dsRNA 결합 도메인인 5개의 도메인을 포함합니다. dsRBDs)를 N-말단에서 C-말단으로 [20] (그림 2). DCL3에는 helicase-C 도메인이 없습니다. 일반적으로 헬리카제 도메인은 dsRNA의 풀림을 촉진하기 위해 ATP 가수분해를 이용합니다[19,21].
DUF283 도메인은 최근에 RNA-RNA 염기쌍 형성 및 RNA 결합을 촉진하는 것으로 기술되었습니다[22,23]. PAZ 및 RNase III 도메인은 dsRNA 절단에 필수적이며, PAZ 도메인은 dsRNA 및 RNase III 도메인의 말단을 인식하고 dsRNA 가닥 중 하나를 절단하며, PAZ 도메인과 RNase III 도메인 사이의 거리는 길이에 의해 결정됩니다. 제품 [22,24]. dsRBD 도메인은 dsRNA 결합을 촉진하고 비고전적 핵 국소화 신호로도 사용됩니다[23].
DCL1은 주로 식물 발달의 모든 측면과 환경 자극에 대한 식물 반응에서 필수적인 역할을 하는 21nt 마이크로 RNA(miRNA)의 생물 발생 경로에 관여합니다[25]. DCL1, DsRNA 결합 단백질 1(DRB1)(HYPONASTIC LEAVES 1, HYL1이라고도 함) 및 SERRATE(SE)는 핵 다이싱체를 형성하여 pri-miRNA의 헤어핀 구조를 인식하고 순차적으로 pri-miRNA를 전구체 miRNA로 절단합니다(precursor miRNA). -miRNA) 및 pre-miRNA를 miRNA 성숙으로 [21,26]. 최근 SE의 상 분리가 다이싱 바디 어셈블리를 구동하고 애기장대에서 DCL1에 의한 miRNA 처리를 촉진한다고 보고되었습니다[27]. SE-Associated Protein 1은 또한 pri-miRNA 스플라이싱, 처리 및 안정성을 조절하여 miRNA 생합성을 촉진합니다[28].
따라서 기능 상실 DCL1 돌연변이, 배아 치사, 심지어 저형 돌연변이 DCL1도 miRNA 생합성 방해로 인해 다발성 발달 결함을 보였다[29]. DCL1은 일부 miRNA의 생체 생성을 제어함으로써 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 간접적으로 기능할 수 있습니다. miR168은 식물에서 AGO1 축적을 부정적으로 조절하고[30], miR482 또는 miR6019/miR6020은 각각 토마토나 담배에서 R-유전자의 항바이러스 저항성을 감소시키는 것으로 보고되었습니다[31,32]. DCL1은 또한 siRNA의 다른 DCL 매개 생체 생성을 촉진할 수 있습니다[33,34].
DCL2는 외인성 이중 가닥 RNA(dsRNA) 분자 또는 천연 안티센스 siRNA를 Arabidopsis에서 22-nt siRNA로 처리하는 역할을 합니다[35,36]. 그러나 DCL2는 DCL4의 기능이 제거될 때 애기장대에서 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역을 개시하도록 대리할 뿐입니다[37,38]. 흥미롭게도 최근 연구에 따르면 세포질 RNA 붕괴 경로와 DCL4의 기능에 결함이 있는 경우 대량의 내인성 22nt siRNA가 축적될 수 있습니다. 이러한 siRNA는 유전자 특이적이고 전반적인 번역 억제를 유발하여 다발성 성장 장애를 유발할 수 있습니다[39]. 그러나 DCL2의 여러 오솔로그는 다른 식물에 존재하며 기능을 갖도록 진화할 수 있습니다. 예를 들어, 한 연구에서는 토마토에 있는 4개의 DCL2 동족체 중 하나인 DCL2b가 토마토에서 22nt siRNA를 생성하여 토마토 모자이크 바이러스(ToMV) 감염에 대해 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었습니다[40].
DCL3는 애기장대에서 TGS(transcriptional gene silencing)에서 RNA 의존성 DNA 메틸화(RdDM)를 조절하기 위해 24nt siRNA를 생성합니다[41]. 최근에 DCL3-pre-siRNA 구조는 DCL3가 가이드 가닥의 50 -인산화된 아데노신과 상보 가닥의 30개 돌출부를 인식하기 위해 각각 양전하 포켓과 방향족 캡을 사용한다는 것을 밝혔습니다. . DCL3의 쌍을 이룬 RNase III 도메인은 RNA의 두 가닥을 절단하여 작은 RNA 생성물의 정확한 길이를 결정합니다[42]. 내인성 24 nt siRNA는 트랜스포존 사일런싱 또는 게놈 안정성을 유지하기 위해 DCL3에 의해 헤테로크로마틴 또는 반복된 서열이 풍부한 영역에서 주로 생성됩니다. 24 nt siRNA는 또한 도입유전자 또는 DNA 바이러스와 같은 다른 외인성 DNA의 전사를 억제합니다[43-45]. DNA 바이러스 감염 후 24 nt의 vsiRNA가 생성되어 바이러스 DNA의 DNA 메틸화 및 히스톤 변형을 조절하고 바이러스 감염을 예방하는 것으로 보고되었다[46,47].
DCL4는 긴 내인성 dsRNA를 절단하여 ta-siRNA(trans-acting siRNA)와 같은 21nt siRNA를 생성하며, 이는 식물 발달에 중요합니다[48-51]. Arabidopsis dcl4 돌연변이는 길쭉하고 아래쪽으로 구부러진 로제트 잎[51,52]과 증가된 안토시아닌 축적[53,54]의 표현형을 보여주었습니다. RNAi 기반 항바이러스 선천 면역에서 DCL4는 긴 바이러스 dsRNA를 감지하고 절단하여 특히 애기장대 및 기타 식물에서 RNA 바이러스 감염 후 바이러스 감염을 방지하기 위해 21nt siRNA를 생성합니다[49].
각 DCL은 별개의 작은 RNA 생산을 담당하지만 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 중복 또는 계층적으로 기능할 수 있습니다. 예를 들어, DCL4는 22nt siRNA의 DCL2-매개 생성을 억제하는 내인성 억제자로 간주되었습니다[39,55]. 그러나 DCL2는 특히 DCL4의 기능이 손상될 때 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 중복적으로 기능합니다[56]. 따라서 DCL2와 DCL4가 모두 없으면 바이러스 역가가 크게 증가합니다[18,57,58]. 또한, DCL4에 의해 생성된 21nt siRNA는 DNA 바이러스의 감염을 방어하기 위해 RdDM 경로를 촉진할 수도 있습니다[41]. DCL2와 DCL3는 감자 방추 괴경 바이러스에 대한 방어에서 함께 기능해야 합니다[59]. 또한 DCL1은 DCL2, DCL3 및 DCL4가 없는 상태에서 21nt siRNA를 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다[55,57].
DsRNA 결합(DRB) 단백질은 또한 DCL에 의한 바이러스 RNA의 적절한 인식 및 다이싱에 필요합니다[60]. Arabidopsis 게놈은 DRB1/HYL1, DRB2, DRB3, DRB4 및 DRB5의 5가지 DRB 단백질을 암호화합니다[61]. 그들은 약 70개의 아미노산으로 구성된 1~3개의 보존된 dsRNA 결합 모티프(dsRBM)를 포함하며 - - - - 접힘과 dsRNA와 상호작용하는 2개의 -나선을 형성합니다[62,63]. DRB는 특정 DCL과 상호 작용하여 작은 RNA 생합성 및 항바이러스 방어에서 특별한 기능을 수행합니다[60]. 예를 들어, DRB1(HYL1)과 DCL1 사이의 상호작용은 miRNA 생합성에 필요하며 RISC에 로딩되는 가이드 가닥 선택에 관여합니다[64-66].
DRB4는 DCL4와 상호 작용하여 siRNA의 효율적인 처리를 위한 또 다른 종류의 다이싱 바디를 형성합니다. DRB4 돌연변이는 순무황색모자이크바이러스(TYMV)의 감염에 대한 항바이러스 방어력의 결함을 가져온다고 보고되었다[67]. drb3 변이체는 양배추 잎 말림 바이러스(CaLCuV) 및 비트 컬리 탑 바이러스(BCTV) 감염에 대해 과민성이었고, 바이러스 게놈 메틸화는 drb3에서 실질적으로 감소되었다[47]. DRB2는 최근 광범위 항바이러스 이펙터로 특성화되었습니다. DRB2의 과발현은 담배 딸랑이 바이러스(TRV), 토마토 부시 스턴트 바이러스(TBSV), 감자 바이러스 X(PVX) 및 포도나무 팬리프 바이러스(GFLV)를 포함한 여러 가지 RNA 바이러스의 축적을 감소시켰습니다[68].
3. siRNA 생산 및 증폭
DCL을 통한 바이러스 dsRNA의 인식 및 절단 후 기본 vsiRNA가 생성됩니다. 그러나 효율적인 항바이러스 방어를 위해서는 증폭을 통해 적절한 2차 vsiRNA가 생성되어야 합니다. 숙주 RNA-의존성 RNA 중합효소(RdRP) 단백질은 식물 및 우아한 Caenorhabditis에서 2차 vsiRNA 증폭의 핵심 요소입니다. 그들은 바이러스 dsRNA를 기하급수적으로 생성하는데, 이는 아마도 절단된 바이러스 RNA를 주형으로 사용하여 vsiRNA 생물 발생을 위한 DCL 기질 역할을 합니다[18,69,70].
Arabidopsis에는 6개의 RdRP 단백질이 있습니다(RDR1 ~ RDR6). RDR1, RDR2 및 RDR6은 모두 진핵 RDR의 C-말단 표준 촉매 DLDGD 모티프를 공유하고 많은 식물 종에서 오르토로그를 갖는 반면, RDR3, RDR4 및 RDR5는 촉매 도메인에서 비정형 DFDGD 아미노산 모티프를 공유합니다[71]. RDR1, RDR2 및 RDR6은 Arabidopsis 게놈에서 직렬 반복 RDR3, RDR4 및 RDR5의 기능이 확인되지 않았지만 Arabidopsis에서 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역을 제어하는 것으로 잘 입증되었습니다.
RDR1은 바이러스[72], 바이로이드[73] 또는 살리실산 처리[74]의 감염에 의해 유도될 수 있습니다. 특히 RNA 바이러스 감염 시 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 21 nt 또는 22 nt siRNA를 증폭시키는 것으로 밝혀졌습니다. RDR1은 내인성 siRNA 생물 발생이나 식물 발달을 조절하지 않습니다. 그러나 RDR1이 식물의 항바이러스 방어에 기여할 수 있는 새로운 종류의 숙주 siRNA인 바이러스 활성화 내인성 siRNA(siRNA)의 생산을 매개하는 것으로 밝혀졌습니다[72].
RDR6은 Arabidopsis의 다양한 조직에서 지속적으로 발현됩니다. RDR6은 특히 RNA 바이러스 감염 후 vsiRNA 생합성을 매개하여 RNAi 기반 항바이러스 선천 면역을 촉진할 뿐만 아니라 siRNA와 같은 내인성 siRNA의 생합성을 매개하여 식물 발달을 조절합니다[75,76]. RDR6은 일반적으로 SGS3(Suppressor of Gene silencing 3)와 함께 siRNA 바디를 형성하여 프로세스에서 협력적으로 기능합니다[77-80]. 따라서 rdr6 돌연변이와 sgs3 돌연변이는 항바이러스 방어 및 발달에서 동일한 결함을 나타냅니다[78,81-83]. 흥미롭게도, RDR6 및 miR472는 또한 질병 저항성 유전자의 전사 후 제어를 통해 PAMP 유발 면역(PTI) 및 효과기 유발 면역(ETI)을 부정적으로 조절할 수 있으며 [84] 다른 식물의 감수 분열에서 이중 가닥 절단 형성에 기여할 수 있습니다. [75]. 게다가, 쌀(Oryza sativa) RDR6은 벼줄무늬 바이러스(RSV)에 대한 방어에서 항바이러스 역할을 합니다[85].
RDR2는 주로 Pol IV와 결합하여 짧은 dsRNA 전구체를 전사하기 위한 복합체를 형성합니다. 이 복합체는 DCL3에 의해 절단되어 DNA 메틸화[86-89]를 지시하기 위한 24nt siRNA를 생성합니다. DNA 메틸화를 매개하는 MIR 유전자의 27 nt 작은 RNA[90]. RdDM 경로의 핵심 구성 요소인 RDR2, Pol IV 및 DCL3은 24 nt vsiRNA 생산을 매개하고 geminivirus와 같은 DNA 바이러스의 감염에 대해 중요한 역할을 하는 것으로 보고되었습니다[44,45]. 흥미롭게도 RDR1 및 RDR6을 통해 증폭된 21nt siRNA는 RdDM 경로를 촉진하고 DNA 바이러스에 대한 식물 방어에 기여할 수 있습니다[91,92].
2차 vsiRNA의 증폭과 관련된 몇 가지 새로운 요인도 최근에 발견되었습니다. Antiviral RNAi-defective 1(AVI1)/aminophospholipid transporting ATPase 2 (ALA2), ALA1 및 AVI2는 VSR-2b 돌연변이되었다[17,93–95].
ala1/ala2 또는 avi2 돌연변이에서는 2차 vsiRNA의 생성이 크게 감소했습니다. ALA1/ALA2는 전형적인 P4- 유형 ATPase 구조(그림 2)를 포함하며 식물의 세포막을 가로질러 특정 인지질을 수송할 수 있습니다. ALA1 및 ALA2는 RDR1 및 RDR6과 협력하여 2차 vsiRNA 생합성을 촉진할 수 있으며, 아마도 기질 인지질의 세포 위치를 정의함으로써 가능합니다[17,94]. AVI2는 2b 유전자가 결실된 또 다른 CMV 변이체를 사용하여 rdr6 배경에서 유전자 스크리닝을 통해 동정되었기 때문에 rdr6 3(ENOR3)의 New factor enhancer로도 명명되었습니다[96]. 애기장대에서 추정되는 마그네슘 수송체인 AVI2는 또한 2차 siRNA 생물 발생 의존성 RDR1 및 RDR6을 촉진했습니다[93]. 흥미롭게도, 칼모듈린-결합 전사 활성제-3(CAMTA3)는 최근 AGO1/2 및 DICER-LIKE1을 안정화하기 위해 Bifunctional nuclease-2(BN2)를 활성화하고 vsiRNA 증폭을 위해 RDR6을 활성화하는 것으로 밝혀졌습니다[97 ].
RDR 및 ALA1/2 및 AVI2와 같은 새로운 인자는 효율적인 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역을 위한 vsiRNA의 충분한 생물 발생을 보장하기 위해 식물과 벌레에서 널리 보존됩니다. 그러나 RDR은 Drosophila, 생쥐 및 인간에는 존재하지 않으며 최근 염색체 외 원형 DNA를 통한 siRNA 증폭에 대해 다른 메커니즘이 발견되었습니다 [21]. 새로운 메커니즘이 식물이나 벌레에도 존재하는지 여부는 아직 조사되지 않았습니다.
4. RNAi Effector Argonautes의 항바이러스 기능
siRNA는 AGO 이펙터에 로드되어 RISC를 형성한 다음 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 PTGS 또는 TGS에 상보적인 바이러스 게놈을 표적으로 합니다. 이펙터 AGO는 진핵생물에서는 진화적으로 보존되고 널리 퍼져 있지만 원핵생물에는 없습니다[98]. 그들은 항바이러스 방어 기능 외에도 식물 발달의 다양한 생물학적 진행과 환경 자극에 대한 식물 반응을 조절하는 것으로 입증되었습니다[98-103]. 결정학 연구에 따르면 정식 진핵 AGO는 N-말단(N) 도메인, PIWI-ARGONAUTE-ZWILLE(PAZ) 도메인, 중간(MID) 도메인, PIWI 도메인 및 기능을 알 수 없는 도메인 1785(DUF1785)라고 하는 5개의 도메인을 포함하고 있습니다. 104,105] (그림 2).
N 도메인은 16번 위치를 넘어서는 가이드-표적 페어링을 차단할 수 있고, PAZ 도메인은 sRNA의 30개 말단을 인식하고, MID 도메인은 sRNA의 50개 인산염을 고정하고, PIWI 도메인은 표적 RNA를 슬라이스하는 리보뉴클레아제 활성을 보유합니다[106-108], DUF1785 도메인의 기능은 최근 완벽하게 일치하는 siRNA 및 miRNA 듀플렉스를 손상시키는 것으로 나타났습니다[109]. 함께, 모든 도메인은 적절한 침묵을 보장하기 위해 sRNA와 표적 RNA 사이의 올바른 조합을 촉진합니다.
10개의 AGO가 애기장대[110–113]에 암호화되어 있습니다. AGO1과 AGO2는 RNA 바이러스에 대한 RNAi 매개 항바이러스 면역의 주요 구성 요소입니다[100]. AGO1은 또한 내인성 유전자의 발현을 조절함으로써 식물 발달의 모든 측면을 조절하는 miRNA의 이펙터 역할을 합니다[114-122]. 따라서 ago1 녹아웃 돌연변이는 치명적입니다. 따라서 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에서 AGO1의 기능은 여전히 심각한 발달 결함을 보이는 ago1-27와 같은 hypomorphic AGO1 돌연변이를 사용하여 조사되었습니다[123]. AGO1과 달리 AGO2는 식물 발달 조절에 관여하지 않으며, ago2 돌연변이는 성장 및 발달에 결함을 나타내지 않습니다. AGO2는 애기장대에서만 식물 방어를 조절할 수 있습니다. AGO2는 50개의 말단 A로 vsiRNA에 결합하는 것을 선호하고 AGO1은 U보다 선호하는 것으로 보고되었습니다[124]. AGO2는 광범위한 식물 바이러스에 대한 저항성을 위해 필요합니다[56,125-128].
또한 AGO2의 촉매 활성은 국소 및 전신 항바이러스 활성에 필수적이며 [125,127], 촉매 활성이 온전한 ago1 변이체는 바이러스 감염에 취약한 것으로 보고되었다[123]. AGO2는 또한 식물병원성 박테리아인 Pseudomonas syringae에 대한 저항성에 관여하며[129], AGO2는 miR393b*와 결합하고 MEMB12를 침묵시켜 항균 PR 단백질의 세포외 배출을 조절하고 항바이러스 활성을 증가시킵니다[129]. 따라서 AGO1과 AGO2는 식물의 항바이러스 방어에서 서로 다른 역할을 할 수 있습니다.
AGO4, AGO6 및 AGO9는 Arabidopsis의 RdDM 경로에서 기능하는 주요 이펙터입니다. AGO4, AGO6 및 AGO9는 24nt heterochromatic small interfering RNA(het-siRNA)에 결합하고 RdDM 경로에 기여하는 것으로 나타났습니다[130,131]. AGO4는 BCTV 게놈의 과메틸화 감소로 인해 BCTV 감염에 취약한 것으로 보고된 바와 같이 주로 RdDM 조절을 통해 DNA 바이러스의 공격성과 싸우는 것으로 보고되었다[47]. 놀랍게도, ago4 돌연변이는 RdDM 경로와 독립적인 메커니즘을 통해 순무 주름살 바이러스(TCV), 대나무 모자이크 바이러스(BaMV) 및 Plantago asiatica 모자이크 바이러스(PlAMV)[132-135]와 같은 여러 RNA 바이러스에 감염되기 쉽습니다[135]. ].
다른 AGO 이펙터와 관련하여 AGO5는 AGO2와 함께 감자 바이러스 X(PVX) 전신 감염을 줄이는 데 참여하는 반면, AGO5는 초기 감염된 잎에서 AGO2가 극복될 때만 부차적인 역할을 합니다[136]. AGO7(ZIP이라고도 함)은 이미지 기반 질병 분석 방법에 의해 TCV 감염 시 중요한 인자로 밝혀졌다[132]. AGO7은 또한 miR390과 결합하여 내인성 siRNA의 생물발생을 매개할 수 있습니다[137]. AGO10은 AGO1과 협력하여 순무모자이크바이러스(TuMV)의 감염으로부터 꽃차례 조직을 보호하는 중복 역할을 합니다.
흥미롭게도 쌀과 토마토와 같은 일부 중요한 작물에서 10개 이상의 AGO 오르토로그가 발견되었으며 쌀에는 19개의 오르토로그가, 토마토에는 15개의 오르토로그가 있습니다. 그들은 항바이러스 방어 및 개발에서 차별화된 기능을 갖도록 진화할 수 있습니다. 예를 들어, 벼줄기 항바이러스(RSV)에 감염되면 RSV 외피 단백질(CP)은 JA 축적을 유발하고 JA 반응 전사 인자 JAMYB를 상향 조절하여 AGO18 프로모터에 직접 결합하여 AGO18 전사를 활성화합니다[139]. AGO18은 miR168에 결합하고 격리하여 항바이러스 과정을 위한 AGO1의 축적을 증가시킵니다[140]. 반면에 AGO18은 miR528에 우선적으로 결합하여 ROS 축적을 상향 조절하고 바이러스 감염에 저항합니다[141]. 우리의 미공개 데이터는 또한 토마토의 일부 AGO ortholog가 Arabidopsis와 비교하여 다른 기능을 가지고 있음을 보여줍니다.
5. RNAi의 바이러스 억제제
숙주 식물과 바이러스 사이의 방어 및 대항 방어 경쟁에서 바이러스는 VSR 단백질을 진화시켜 RNAi 기반 항바이러스 선천 면역을 억제합니다. VSR은 보존된 항바이러스 면역에 대응하기 위해 RNAi 기반 항바이러스 경로의 여러 단계를 대상으로 합니다(표 1)[142,143].
VSR의 매우 일반적인 대응책은 siRNA 증폭을 방해하는 것입니다. 예를 들어, CMV의 2b, 토마토 황엽 말림 중국 바이러스(TYLCCNV)의 C1, 벼 황화 기절 바이러스(RYSV)의 P6은 2차 siRNA의 RDR1/6- 의존적 생체 생성을 방해합니다[155,180,185]. TYLCV(tomato yellow leaf curl geminivirus)의 V2, RSV의 P2, RMSV(rice stripe mosaic virus)의 P4는 SGS3와 상호작용하여 2차 siRNA의 생물발생을 억제한다[181,182,189]. Geminivirus V2 단백질은 또한 칼모듈린-CAMTA3 상호작용을 방해하여 RDR6의 발현을 감소시켜 vsiRNA 생합성을 감소시키는 것으로 밝혀졌습니다[97].
일부 VSR은 바이러스 dsRNA의 인식 또는 다이싱을 방해하는 것으로 밝혀졌습니다. 예를 들어, TCV의 CP는 DCL4[55]의 다이싱 활성을 억제할 수 있고, 콜리플라워 모자이크 바이러스(CaMV)의 P6은 DRB4와 상호작용하여 dsRNA 결합을 차단합니다[154]. TSWV(토마토 점박이 시들음 바이러스)의 NS 및 감자 바이러스 Y(PVY)의 Hc-Pro와 같은 일부 VSR은 또한 긴 바이러스 dsRNA에 결합하여 DCL에 의한 바이러스 RNA의 감지 또는 처리를 차단할 수 있습니다. 일부 다른 VSR은 RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역을 억제하기 위해 vsiRNA를 직접 표적으로 삼을 수 있습니다. 예를 들어, tombusviruses의 잘 알려진 VSR인 P19는 vsiRNA에 결합하고 격리하는 반면, 고구마 클로로틱 스턴트 크리니바이러스(SPCSV)의 RNase III는 siRNA 분해를 결합하고 매개하며, ZYMV(zucchini yellow mosaic virus)의 HC-Pro는 siRNA를 감소시킵니다. HEN1에 의한 siRNA 메틸화를 방해하여 안정성. 이펙터 AGO의 항바이러스 기능을 방해하는 것은 일부 VSR에서 사용하는 또 다른 전략입니다. 예를 들어, PLRV(potato leafroll virus)의 P0는 AGO1 분해를 매개할 수 있고 CMV의 2b는 AGO1 및 AGO4를 방해하여 이들의 기능을 방해할 수 있습니다.
놀랍게도, RNAi 기반 항바이러스 선천성 면역에 대응하는 위의 VSR과 달리 일부 VSR에 의해 항바이러스 반응을 길항하는 다른 메커니즘이 발견되었습니다. 최근 한 연구에 따르면 VSR p19는 수용체 유사 키나아제(RLK) BARELY ANY MERISTEM 1(BAM1) 및 BAM2와 상호작용하여 RNA 침묵의 세포 간 이동을 억제할 수 있습니다[193,194]. 토마토 잎 컬 광동 바이러스(ToLCGdV)의 VSR C4는 또한 BAM1과 상호작용하여 PTGS 및 역 메틸화 매개 TGS를 억제할 수 있습니다[195]. 또한 축적된 증거는 자가포식 조절 식물-바이러스 상호작용을 나타냅니다[196,197]. 화물 수용체 NEIGHBOR OF BRCA1(NBR1)이 HC-Pro를 표적으로 하여 TuMV의 바이러스 축적을 억제할 수 있다고 보고되었습니다[198]. 그러나 보리 줄무늬 모자이크 바이러스(BSMV)의 VSR인 B는 AUTOPHAGY PROTEIN7(ATG7)을 표적으로 하여 ATG7-ATG8 상호 작용을 방해하고 바이러스 감염을 촉진했습니다[199].
이제 우리는 거의 모든 식물 바이러스, 특히 병원성 식물 바이러스가 하나 이상의 VSR을 가지고 있음을 알고 있습니다. VSR의 존재는 바이러스 및 바이러스 전염병의 성공적인 공격에 기여합니다. 그들은 또한 식물과 다른 진핵생물에서 필수적인 항바이러스 선천 면역에 대한 우리의 인식을 심각하게 방해합니다.
For more information:1950477648nn@gmail.com
