Entrée OMIM -*609631- HÉLICASE DExD/H-BOX 58; DDX58

TEXTE

DDX58 est une hélicase à ARN qui appartient à la famille des boîtes MORTES/H. Les membres de la famille des boîtes MORTES/H jouent divers rôles dans la régulation de l’expression des gènes et des processus cellulaires (Imaizumi et al., 2002).

En utilisant l’hybridation soustractive pour identifier les gènes inductibles par lipopolysaccharides (LPS) dans les cellules endothéliales, suivi de RACE, Imaizumi et al. (2002) ont isolé un ADNc codant pour DDX58, qu’ils ont appelé RIGI. Imaizumi et coll. (2002) ont noté que RIGI avait été identifié en 1997 comme un gène inductible à l’acide rétinoïque dans une lignée cellulaire de leucémie promyélocytaire (GenBank AF038963). La protéine de 925 acides aminés prédite a une masse moléculaire calculée de 101 kD et appartient à la famille des boîtes MORTES / H. RIGI contient un motif GxGKT, suggérant qu’il s’agit d’une ARN hélicase. L’analyse Northern blot des cellules endothéliales n’a détecté une transcription de 3,0 kb qu’après stimulation du LPS.

Yoneyama et al. (2004) ont noté que RIGI possède 2 copies d’un domaine de recrutement de caspases (CARD) à son extrémité N en plus de son domaine hélicase C-terminal.

Gross (2012) a cartographié le gène DDX58 sur le chromosome 9p21.1 sur la base d’un alignement de la séquence DDX58 (GenBank AF038963) avec la séquence génomique (GRCh37).

Utilisant l’hybridation soustractive, Imaizumi et al. (2002) ont montré que les cellules endothéliales stimulées par le LPS exprimaient RIGI et COX2 (PTSG2; 600262). Les analyses Northern blot, Western blot et RT-PCR ont montré que l’ARNM et la protéine RIGI n’étaient exprimés dans les cellules endothéliales qu’après stimulation du LPS de manière dépendante de la concentration. La surexpression de RIGI a régulé sélectivement l’expression de l’ARNm et de la protéine COX2 dans les cellules cancéreuses de la vessie transfectées et induit l’activité du promoteur COX2 dans les cellules endothéliales.

Par RT-PCR et analyse par Western blot, Imaizumi et al. (2004) ont montré que les cellules musculaires lisses de l’artère ombilicale stimulées par l’interféron gamma (IFNG; 147570) exprimaient l’ARNm et la protéine RIGI. Analyses en microscopie immunohistochimique et confocale par Imaizumi et al. (2004) ont démontré l’expression cytoplasmique de RIGI dans les SMC in vivo. D’autres analyses immunoblot et microscopiques ont indiqué que l’IFNG stimulait l’expression de RIGI dans la veine ombilicale. L’expression de RIGI a également été détectée dans des cellules endothéliales pulmonaires humaines normales.

Cui et al. (2004) ont détecté l’expression de RIGI dans une lignée cellulaire de cancer du sein stimulée par l’IFNG. Surexpression de l’expression régulée RIGI de l’ISG15 (G1P2; 147571).

Yoneyama et al. (2004) ont montré que l’ARN double brin (ARND) induisait l’expression de RIGI d’une manière dépendante de l’ATPase et augmentait la production d’interféron de type I (par exemple, IFNB; 147640). Une forme tronquée de RIGI dépourvue du domaine hélicase mais contenant les signaux transduits par motifs de CARTES en tandem conduisant à l’activation d’IRF3(603734) et de NFKB (voir 164011). En utilisant l’interférence ARN, Yoneyama et al. (2004) ont constaté que le RIGI était essentiel à l’expression de l’IRF3 induite par le virus. Ils ont conclu que le RIGI est essentiel pour la détection et l’éradication des génomes viraux répliquants.

Utilisation d’un virus de l’hépatite C (VHC; voir 609532) lignée cellulaire exprimant le réplicon, Breiman et al. (2005) ont montré que la protéase NS3/4A du VHC altérait la production d’IFNB dans les voies dépendantes du TRIF (TICAM1;607601) et indépendantes du TRIF. Ils ont démontré que l’altération de la voie TRIF-indépendante résultait de l’inhibition de l’activation du promoteur IFNB médiée par RIGI par NS3/4A. Breiman et al. (2005) ont proposé que le RIGI est un facteur clé de la voie d’activation de l’IFNB indépendante des TRIF et sensible aux NS3/4A.

Li et coll. (2005) ont constaté que les cellules de l’hépatome ne présentaient pas de récepteur de type Toll-3 (TLR3; 603029) – activation IFNB dépendante en réponse à un analogue du dsRNA, le poly (I-C), alors que les hépatocytes non plasmatiques ont montré une expression IFNB dépendante du TLR3 robuste en réponse au poly (I-C). Contrairement au poly (I-C), l’hépatome et les lignées cellulaires hépatocytaires normales ont produit de l’IFNB en réponse au virus de Sendai d’une manière indépendante du TLR3 et RIGI-dépendante. Le silence de l’expression de RIGI a altéré la réponse au virus de Sendai, mais pas au poly (I-C). Li et coll. (2005) ont conclu que les hépatocytes contiennent 2 voies de signalisation antivirales distinctes menant à l’expression de l’interféron de type I, l’une dépendante de TLR3 et l’autre dépendante de RIGI.

Hornung et al. (2006) ont démontré que l’extrémité 5-prime-triphosphate de l’ARN généré par les polymérases virales est responsable de la détection RIGI-médiée des molécules d’ARN. La détection de l’ARN 5-prime-triphosphate est abrogée par le coiffage de l’extrémité 5-prime-triphosphate ou par modification nucléosidique de l’ARN, les deux se produisant lors du traitement de l’ARN posttranscriptionnel chez les eucaryotes. L’ARN génomique préparé à partir d’un virus à ARN à brin négatif et l’ARN préparé à partir de cellules infectées par le virus (mais pas à partir de cellules non infectées) ont déclenché une réponse interféron-alpha puissante (voir IFNA; 147660) de manière sensible à la phosphatase. L’ARN triphosphate à cinq noyaux se lie directement au RIGI. Ainsi, l’ARN 5-premier-triphosphate non coiffé (appelé 3pRNA) présent dans des virus connus pour être reconnus par RIGI, mais absent dans des virus connus pour être détectés par MDA5(606951), tels que les picornavirus, sert de signature moléculaire pour la détection d’une infection virale par RIGI.

Pichlmair et coll. (2006) ont montré que l’infection par le virus de la grippe A ne génère pas d’ARN DSRN et que le RIGI est activé par un ARN simple brin génomique viral (ARNSR) portant des phosphates 5-prime. Ceci est bloqué par la protéine grippale protéine non structurée 1 (NS1), qui se trouve dans un complexe avec RIGI dans les cellules infectées. M. Pichlmair et coll. (2006) ont conclu que ces résultats identifiaient RIGI comme un capteur d’ARNSS et une cible potentielle de l’évasion immunitaire virale et ont suggéré que sa capacité à détecter l’ARN phosphorylé à 5 points principaux a évolué dans le système immunitaire inné comme un moyen de discriminer entre soi et non soi.

Gack et al. (2007) ont rapporté que les domaines de recrutement des caspases N-terminales (CARDS) de RIGI subissent une ubiquitination robuste induite par TRIM25 (600453) dans des cellules de mammifères. Le domaine SPRY C-terminal de TRIM25 interagit avec les cartes N-terminaux de RIGI; cette interaction délivre efficacement la fraction d’ubiquitine liée à lys63 aux cartes N-terminaux de RIGI, ce qui entraîne une augmentation marquée de l’activité de signalisation en aval de RIGI. Le résidu lys172 de RIGI est essentiel pour une ubiquitination efficace médiée par TRIM25 et pour la liaison MAVS(609676), ainsi que pour la capacité de RIGI à induire une transduction du signal antiviral. Le ciblage génétique a démontré que TRIM25 est essentiel non seulement pour l’ubiquitination de RIGI, mais également pour la production d’interféron bêta médiée par RIGI et l’activité antivirale en réponse à une infection par un virus à ARN. Ainsi, Gack et al. (2007) ont démontré que l’ubiquitine ligase TRIM25 E3 induit l’ubiquitination de RIGI liée à lys63, ce qui est crucial pour la voie de signalisation cytosolique de RIGI afin de susciter l’immunité innée antivirale de l’hôte.

En utilisant l’analyse de levure 2-hybride, Arimoto et al. (2007) ont isolé le RNF125 (610432) en tant que protéine de type ubiquitine ayant une activité E3-ligase qui interagissait avec l’enzyme E2 UBCH8 (UBE2L6; 603890). De plus, ils ont constaté que RIGI interagissait avec UBCH8 et RNF125. L’interaction de RIGI avec RNF125 nécessitait le domaine de la CARTE et la région du terminal C de RIGI. La régulation négative du RNF125 par de petits ARN interférents réduit les niveaux de RIGI et empêche la polyubiquitination du RIGI. La mutation de cys72 et cys75 de RNF125 en ala a aboli sa capacité à médier l’ubiquitination de RIGI. Expression régulée à la hausse par l’IFNA de RNF125, UBCH5 (UBE2D1; 602961) et RIGI. Arimoto et coll. (2007) ont conclu que la fonction d’ubiquitination du RNF125 sert de voie de régulation négative pour la production d’IFN.

Saito et al. (2007) ont constaté que RIGI et LGP2 (608588), mais pas MDA5, liaient efficacement l’ARN du VHC pour conférer l’expression de l’IFNB. Après l’infection par le VHC et la liaison à l’ARN, RIGI est passé d’un monomère à une protéine auto-associée qui a également interagi via son domaine CARD avec IPS1 (HISPPD2A; 610979) pour signaler les gènes sensibles à l’IRF3 et au NFKB. L’analyse de mutation a montré qu’un domaine répresseur C-terminal RIGI (RD) était nécessaire pour la multimérisation RIGI et l’interaction IPS1. La délétion du RD a entraîné une signalisation constitutive au promoteur IFNB, tandis que l’expression du RD seule empêchait la signalisation et augmentait la permissivité cellulaire au VHC. Saito et coll. (2007) ont identifié un RD analogue dans LGP2 qui interagissait en trans avec RIGI pour éliminer l’auto-association et la signalisation. Ils ont conclu que le RIGI est un récepteur de reconnaissance des agents pathogènes du VHC et que son RD est un modulateur clé des défenses de l’hôte contrôlant l’infection et la production du VHC. Saito et coll. (2007) ont proposé que la modulation de la dynamique d’interaction RIGI/ LGP2 puisse avoir des implications thérapeutiques pour la régulation immunitaire.

Par RT-PCR, Western blot et analyses en microscopie à fluorescence, Zhang et al. (2008) ont détecté une expression accrue de RIGI dans des cellules leucémiques myéloïdes humaines et murines lors de la différenciation granulocytaire terminale induite par l’acide rétinoïque, suggérant que l’expression de RIGI est régulée par le développement avec la différenciation myéloïde. Des souris dépourvues de Rigi ont développé une granulocytose progressive et une leucémie myéloïde chronique (voir LMC; 608232). La granulopoïèse progressive a été associée à une expression réduite d’Icsbp1 (601565). Zhang et coll. (2008) ont conclu que le RIGI joue un rôle régulateur essentiel dans la modulation de la génération et de la différenciation des granulocytes.

RIGI est une protéine multidomaine cytosolique qui détecte l’ARN viral et provoque une réponse immunitaire antivirale. Deux domaines de CARTE à N terminaux transmettent le signal, et le domaine régulateur empêche la signalisation en l’absence d’ARN viral. Le triphosphate à cinq noyaux et le dsRNA sont 2 modèles moléculaires qui permettent à RIGI de discriminer les pathogènes de l’auto-ARN. En utilisant l’amélioration de la fluorescence induite par une protéine à une molécule, Myong et al. (2009) ont découvert une activité robuste de translocation de l’adNRS de RIGI à base de triphosphate 5-prime alimenté par l’adénosine. Les cartes suppriment considérablement la translocation en l’absence de 5-prime-triphosphate, et l’activation par le 5-prime-triphosphate déclenche la translocation de RIGI préférentiellement sur l’ARND dans les cis. Myong et coll. (2009) ont conclu que cette intégration fonctionnelle de 2 modèles moléculaires d’ARN peut fournir un moyen de détecter et de contrer spécifiquement les virus répliquants.

Oshiumi et al. (2010) ont déclaré que RIPLET (RNF135; 611358) médie la polyubiquitination liée à lys63 du domaine répresseur de terminal C RIGI et des cartes à N terminaux. Ils ont constaté que les fibroblastes, les macrophages et les cellules dendritiques de souris Riplet/ Riplet étaient défectueux pour la production d’IFN et d’autres cytokines en réponse à une infection par des virus à ARN, mais pas par des virus à ADN. L’absence de Riplet a aboli l’activation de Rigi pendant l’infection par le virus à ARN, et les souris Riplet-/- étaient plus sensibles à l’infection par le virus de la stomatite vésiculaire. Oshiumi et coll. (2010) ont conclu que RIPLET est essentiel pour réguler la réponse immunitaire innée induite par RIGI contre l’infection par le virus à ARN in vivo.

Kok et coll. (2011) ont noté que RIGI partage une similitude structurelle avec DICER (606241), une nucléase de type RNase III qui médie l’interférence de l’ARN et nécessite des partenaires de liaison à l’ARND, tels que PACT (PRKRA; 603424), pour une activité optimale. Ils ont montré que le PACTE était physiquement lié au domaine de répression C-terminal de RIGI et stimulait la production d’IFN de type I induite par RIGI. PACT a potentialisé l’activation de RIGI par poly (I: C) et a aidé à soutenir les réponses antivirales. Kok et coll. (2011) ont conclu que PACT joue un rôle important dans l’initiation et le maintien des réponses antivirales RIGI-dépendantes.

Goubau et al. (2014) ont montré que RIGI, codé par DDX58, médie les réponses antivirales aux ARN porteurs de 5-prime-diphosphates (5-prime-pp) ainsi que ceux porteurs de 5-prime-triphosphates (5-prime-ppp). Les génomes des réovirus de mammifères avec des terminaisons 5-prime-pp, l’ARN 5-prime-pp isolé du virus L-A de la levure et les ARN 5-prime-pp appariés par base obtenus par transcription in vitro ou synthèse chimique se lient tous au RIGI et servent d’agonistes du RIGI. De plus, une réponse RIGI-dépendante à l’ARN 5-prime-pp est essentielle pour contrôler l’infection à réovirus dans les cellules cultivées et chez les souris. Goubau et coll. (2014) ont conclu que le déterminant minimal pour la reconnaissance de RIGI est un ARN apparié à la base avec 5-prime-pp. De tels ARN se trouvent dans certains virus mais pas dans les cellules non infectées, ce qui indique que la reconnaissance de l’ARN 5-premier-pp, comme celle de l’ARN 5-premier-ppp, agit comme un puissant moyen de discrimination auto / non auto par le système immunitaire inné.

Les mutations de TDP43 (TARDBP; 605078), y compris ala315-to-thr (A315T; 605078.0009), sont une cause rare de sclérose latérale amyotrophique (ALS10; 612069). Cependant, la pathologie du TDP43, qui code pour une protéine ribonucléaire se liant à l’ARN impliquée dans le traitement de l’ARN, est fréquente dans plus de 95% des cas de SLA. Les souris transgéniques Tdp43 A315T développent une dégénérescence des motoneurones dépendante de l’âge et servent de modèle pour la SLA. En utilisant la purification de l’affinité des ribosomes et l’analyse de microréseaux, MacNair et al. (2016) ont constaté que plusieurs ARNM étaient anormalement régulés chez des souris Tdp43 A315T symptomatiques âgées de 10 mois par rapport aux témoins de type sauvage et aux souris Tdp32 A315T présymptomatiques âgées de 5 mois. Parmi les ARNm mal régulés figurait Ddx58, qui a été régulé à la hausse de plus de 2 fois chez les souris mutantes. L’analyse immunohistochimique a montré une expression anormalement élevée de Ddx58 dans le cytoplasme des motoneurones chez des souris Tdp43 A315T âgées de 10 mois. L’expression de la DDX58 humaine a également été régulée à la hausse dans les motoneurones et les cellules gliales environnantes de la moelle épinière de patients sporadiques et familiaux atteints de SLA. L’analyse de l’immunoprécipitation par ARN a montré que Ddx58 était une cible directe du Tdp43 dans les cellules de neuroblastome de souris transfectées.

Structure cristalline

Pour comprendre la synergie entre l’hélicase et le domaine répresseur pour la liaison à l’ARN, et la contribution de l’hydrolyse de l’ATP à l’activation de RIGI, Jiang et al. (2011) ont déterminé la structure du domaine répresseur de l’hélicase de la RIGI humaine en complexe avec l’ARND et un analogue de l’ATP. Le domaine répresseur de l’hélicase s’organise en un anneau autour du dsRNA, coiffant une extrémité, tout en contactant les deux brins en utilisant des motifs précédemment non caractérisés pour reconnaître le dsRNA. La diffusion des rayons X à petit angle, la protéolyse limitée et la fluorimétrie différentielle à balayage ont indiqué que RIGI est dans une conformation étendue et flexible qui se compacte lors de la liaison de l’ARN. Ces résultats ont fourni une vue détaillée du rôle de l’hélicase dans la reconnaissance de l’ARND, de la synergie entre le domaine répresseur et l’hélicase pour la liaison à l’ARN, et de l’organisation des RIGI de pleine longueur liés à l’ARND, et ont fourni la preuve d’un changement conformationnel lors de la liaison à l’ARN. La structure du domaine répresseur de l’hélicase de RIGI est compatible avec la translocation de l’ARND sans déroulement ni liaison coopérative à l’ARN. La structure a donné un aperçu sans précédent de l’immunité innée et a eu un impact plus large sur d’autres domaines de la biologie, y compris l’interférence de l’ARN et la réparation de l’ADN, qui utilisent des domaines hélicases homologues avec DICER (606241) et FANCM (609644).

Peisley et coll. (2014) ont rapporté la structure cristalline du tétramère du domaine d’activation et de recrutement de la caspase en tandem de la RIGI humaine (2CARD) lié par 3 chaînes de diubiquitine liée à la lys63 (K63-Ub2). 2CARD s’assemble en un tétramère hélicoïdal ressemblant à une « rondelle de blocage », dans lequel la surface tétramérique sert de plate-forme de signalisation pour le recrutement et l’activation de la molécule de signalisation en aval, MAVS (609676). Les chaînes d’ubiquitine sont liées le long du bord extérieur de la trajectoire hélicoïdale, reliant les sous-unités adjacentes de 2CARD et stabilisant le tétramère 2CARD. La combinaison des analyses structurelles et fonctionnelles a révélé que l’avidité de liaison dicte la spécificité de la liaison K63 et de la longueur de chaîne de 2CARD, et que la conjugaison covalente de l’ubiquitine de 2CARD stabilise davantage l’interaction Ub-2CARD et donc le tétramère 2CARD.

Syndrome de Singleton-Merten 2

Dans une grande famille coréenne de 4 générations présentant un glaucome, une calcification aortique et valvulaire et des anomalies squelettiques (SGMRT2; 616298), Jang et al. (2015) ont identifié une hétérozygotie pour une mutation fausse sens dans le gène DDX58 (E373A; 609631.0001) qui se séparait de la maladie. Les personnes affectées d’une autre famille coréenne avec SGMRT2 qui présentaient uniquement un glaucome et des anomalies squelettiques étaient hétérozygotes pour une mutation fausse-sens différente chez DDX58 (C268F; 609631.0002). L’analyse fonctionnelle a révélé que les deux mutations confèrent une activation constitutive et entraînent une activité accrue de l’interféron et une expression génique stimulée par l’interféron.

Associations En attente de confirmation

En raison du taux d’échec primaire de 2 à 10% de la vaccination contre la rougeole et de l’importance de l’immunité innée pour prévenir ou réduire la réplication virale et la propagation jusqu’à la réponse immunitaire adaptative pour éliminer le virus, Haralambieva et al. (2011) ont réalisé une étude complète d’association de gènes candidats dans une cohorte de 745 écoliers en bonne santé du Minnesota qui avaient reçu 2 doses de vaccin contre la rougeole. Des variants au sein de DDX58 ont été associés à des variations d’anticorps spécifiques à la rougeole chez les Caucasiens. Quatre polymorphismes DDX58 dans un déséquilibre de liaison élevé ont également été associés à des variations de la sécrétion d’IFNG et d’IL2(147680) spécifique à la rougeole chez les Caucasiens. Les variantes d’ADAR(146920) ont également joué un rôle dans la régulation des réponses IFNG spécifiques à la rougeole chez les Caucasiens. Deux SNP introniques OAS1 (164350) ont été associés à une augmentation des taux d’anticorps neutralisants chez les Afro-Américains. Haralambieva et coll. (2011) ont conclu que plusieurs gènes d’immunité innée et variantes génétiques sont probablement impliqués dans la modulation de la réponse immunitaire adaptative au vaccin antirougeoleux vivant atténué chez les Caucasiens et les Afro-Américains.

Kato et al. (2005) ont généré des souris déficientes en Rigi et, en utilisant des cellules de ces souris, ont constaté que le Rigi, et non le système TLR, jouait un rôle essentiel dans les réponses antivirales des fibroblastes et des cellules dendritiques conventionnelles (CD). En revanche, les réponses antivirales dans les CD plasmacytoïdes, qui produisent un IFNA abondant (147660), ont utilisé le système TLR, principalement Tlr7 (300365) et Tlr9 (605474), plutôt que Rigi. Les souris Rigi-/- ont rarement survécu jusqu’à la naissance, et l’examen histologique des souris embryonnaires de jour 12,5 a montré une dégénérescence hépatique massive. Les survivants avaient une croissance retardée et sont morts dans les 3 semaines suivant la naissance.

Utilisant des souris déficientes en MDA5 (606951), Kato et al. (2006) ont montré que MDA5 et RIG1 reconnaissent différents types d’ARN double brin: MDA5 reconnaît l’acide polyinosine-polycytidylique et RIG1 détecte les ARN double brin transcrits in vitro. Les virus à ARN sont également reconnus de manière différentielle par RIG1 et MDA5. Kato et coll. (2006) ont constaté que RIG1 est essentiel pour la production d’interférons en réponse aux virus à ARN, y compris les paramyxovirus, le virus de la grippe et le virus de l’encéphalite japonaise, tandis que MDA5 est essentiel pour la détection du picornavirus. De plus, les souris Rig1-null et Mda5-null sont très sensibles à l’infection par ces virus à ARN respectifs par rapport aux souris témoins. Kato et coll. (2006) ont conclu que, prises ensemble, leurs données montrent que RIG1 et MDA5 distinguent différents virus à ARN et sont critiques pour les réponses antivirales de l’hôte.