Receptorii TLR
Receptorii Toll-like sunt o familie de receptori transmembranari care recunosc molecule structural conservate, provenite de la microbi odata ce au strapuns barierele fizice precum pielea sau mucoasa tractului intestinal si care activeaza raspunsul imun nespecific. Sunt localizati pe membrana celulara a fagocitelor ca granulocitele, macrofagele sau 424f56e celulele dendritice, initiind o cascada kinazica intracelulara pentru a produce un raspuns defensiv imediat.
Primul receptor uman Toll-like a fost descris in 1994 de catre Nomura si colaboratorii. Pentru ca functia imuna a receptorului Toll nu era inca descoperita, s-a presupus ca TIL (acum cunoscuta sub numele de TLR 1) ar putea participa in dezvoltarea mamiferelor. Totusi, in 1991, (inaintea descoperirii TIL-ului), a fost observata o molecula cu rol clar in functia imuna la mamifere, receptorul pentru interleukina-1, care are structura omologa cu receptorul Toll al Drosophilei, portiunile citoplasmatice ale ambelor molecule fiind similare.
In 1997, Charles Janeway si Ruslan Medzhitov au aratat ca un receptor Toll-like, cunoscut acum drept TLR-4, ar putea, cand este legat artificial de antibiotice, sa produca activarea anumitor gene necesare pentru initializarea unui raspuns imun adaptativ.
TLR-urile cuprind o familie de receptori transmembranari de tip 1 care sunt caracterizati de portiuni inalt repetitive de leucina (LRRs) in fragmentul extracelular si un domeniu intracelular TIR (Tol/IL-1 receptor), care este omolog cu domeniul intracelular al membrilor famililei de receptori IL-1. LRR-urile sunt gasite in multe proteine functionale distincte unde se pare ca sunt implicate in interactiile dintre proteine si recunoasterea liganzilor. Domeniul TIR este un modul de semnalizare conservat, gasit in proteine citoplasmatice ale animalelor si plantelor, pe langa receptorii Toll si IL-1. Aproape, daca nu chiar toate proteinele care contin domenii TIR in animale si plante sunt implicate in caile de aparare ale gazdei.
TLR4 TLR4-ul uman este exprimat de multe tipuri de celule,
predominant de celulele sistemului imun, inclusiv macrofagele, celulele dendritice,
neutrofilele, celulele mastoide si limfocitele B. TLR4 este exprimat si de
numeroase tipuri de celule nehematopoetice, inclusiv celulele endoteliate,
fibroblasti, celule epiteliale de suprafata si celule musculare. TLR4 este
receptorul de transductie a semnalului pentru LPS-uri. Acest fapt a fost
descoperit prin clonarea de pozitie a genelor LPS la soarecii CH3/HeJ si a fost
confirmat la soarecii TLR4 knockout. In soriceii C3H/HEJ, TLR-ul nu poate
semnaliza ca raspuns la LPS din cauza unei mutatii punctiforme in domeniul TIR
care se traduce prin substitutia prolinei cu histidina in pozitia 712. Analiza
soriceilor C3H/HeJ si soriceilor TLR4 knockout au demonstrat ca TLR4 este
crucial in recunoasterea LPS-ului si raspunsul macrofagelor, celulelor dendritice
si limfocitelor B. Raspunsurile in vivo la LPS (cum ar fi socul endotoxic) sunt
complet revocate in soriceii cu deficit de TLR4.
Recunoasterea LPS-ului de catre celula
Caile de semnalizare ale TLR. Activarea TLR de catre produse microbiene duce la activarea a numeroase gene care functioneaza in raspunsurile inflamatorii si imune. Acestea includ citokine inflamatorii (ex. TNF-1, IL-1, IL6 si IL-12), chemokine (ex: IL-8 chemoatractant neutrofilic), molecule efectoare antimicrobiene (ex: sintetaze de oxid nitric si peptide microbiene) si MHC si molecule co-stimulante. Stimularea TLR-urilor activeaza calea NF-B precum si 3 cai de semnalizare MAP kinazica, JNK, p38, si ERK. Functia a diverse componente a cailor de semnalizare TLR au fost elucidate prin abordari biochimice si/sau a genelor knockout. Aceste complicatii includ proteinele adaptor MyD88 si Tollip, serin/treonin protein kinaza IRAK (receptorul IL-1 asociat kinazic) si ligaza ubiquitinei TRAF6 (receptor TNF asociat factorului 6), MAP kinaz kinaz kinaza (MAP3K) TAK1 si kinaza I-B IKKa si IKKb. Toate aceste componente functioneaza atat in caile de semnalizare TLR cat si pentru receptorul IL-1.
Legarea TLR induce dimerizarea receptorilor (sau oligomerizare de ordin mai mare) si/sau o schimbare conformationala care activeaza urmatoarele evenimente de semnalizare. TLR activate recruteaza proteinele adaptante MyD88 sau Tollip. MyD88 este formata dintr-un capat N terminal, domeniu al mortii si un capat C terminal, domeniu TIR. Domeniul TIR al MyD88 interactioneaza cu domeniul Tr al TLs, cat timp domeniul mortii interactioneaza cu domeniul moarte in IRAK. Deci MyD88 functioneaza recrutand IRAL pentru a activa receptorii si, demonstrat prin studii de gene tintite, are un rol crucial in semnalizarea downstream a IL-1R si TLR2. Tollip este de asemenea asociat cu IRAK si s-a demostrat ca recruteaza IRAK la complexe receptoare; nu se cunoaste inca cum este functia sa diferita de cea a MyD88 care este inca clara. Deci, Tolip are deficit de domeniu TIR, dar are domeniu C2, care in alte proteine mediaza legarea de lipide membranare. In plus fata de IRAK, doua kinaze relativ apropiate, IRAK2 si IRAKM, au fost de asemenea identificate si raportate ca functioneaza in caile de semnalizare TLR si IL-1R. Existenta mai multor IRAK-uri, dintre care unele ar avea functii similare sau redundante, ar putea explica de ce deficitul de IRAK1 la soricei (spre deosebire de cei carora le lipsesc MuD88) au un defect mai bland in semnalizarea TLR. Recrutarea IRAK la receptori duce la autofosforilarea IRAK si disociatia de la complexul receptor. Odata fosoforilat IRAK, interactioneaza si activeaza TRAF6, care este membru a familiei TRAF din clasa liganzilor RING-finger E3. Alti membri ai familiei TRAF transduc semnalul prin receptori apartinand superfamiliei de receptori TNF. Activarea TRAF5 este declansata prin oligomerizare indusa de interactii cu IRAK fosforilata. Odata activat TRAF6 functioneaza in tandem cu enzimele noncanonice E2 care conjuga ubiquitina Ubc13 si Uev1A, pentru a conjuga lanturi de poliubiquitina pe ea insasi (si probabil pe alte tinte neidentificate inca). Spre deosebire de lanturile de poliubiquitina care tintesc substrate pentru degradare de proteaze 26S, care sunt legate prin K48 a ubiquitinei, TRAF6 catalizeaza conjugarea lanturilor noncanonice K63-linked polyubiquitin. In sisteme de reconstituire in vitro evenimentul de ubiquitinare este necesar si suficient pentru activarea ulterioara a complexelor IKK de catre kinaza TAK1. Cum TAK1 nu pare a fi o tinta a ubiquitinarii nu este inca clar cum autoubiquitinarea TRAF6 acitiveaza TAK1. Totusi TAK1 activata de TRAF6 fosforileaza IKKbeta, care duce la activarea caii NF-B. In plus TAK1 activat de TRAF6 fosforileaza si MAP kinaz kinaza MKK6, care in schimb fosforileaza MAPK JNK. Deci activarea TAK1 de catre o reactie de ubiquitinare catalizata de TRAF6 duce la activarea atat a caii NF-B cat si a celei AP-1. Pe langa TAK1, alte kinaze (precum MAP3K NIK) pot de asemenea activa complexul IKK in sisteme in vitro. Studii genetice nu sprijina rolul crucial pe care aceste kinaze l-ar avea intr-o activare a IKK mediata de TLR (sau IL-1R); ramane de vazut daca soriceii cu deficit TAK1 vor avea un defect in aceasta privinta. Familia de factori transcriptionali NF-B joaca un rol crucial in apararea nespecifica. La musti, cat si la mamifere majoritatea genelor de inductie a apararii sunt reglate foarte strict, cel putin in parte, de catre caile NF-B. NF-B este de obicei compus dintr-un heterodimer de 2 transactivatori ai familiei Rel/NF-B (cei mai comuni sunt p50 si p65) legati de o unitate inhibitorie numita I-B ( inhibitor al B). In celule nestimulate, I-B mascheaza situsul de legare al semnalului nuclear NF-B si deci blocheaza translocarea nucleara. In urma stimularii de liganzi TLR si IL-1 (precum si alte semnale), I-B este rapid fosforilat si degradat de proteaza 26S. Eliberat de ancora citosolica, NF-B poate transloca spre nucleu unde activeaza expresia genelor tinta. Degradarea dependenta de fosforilare a I-B, un checkpoint esential in activarea NF-B este controlat de complexul IKK (kinaza I-B) . complexul IKK este format din 2 kinaze, IKK-alpha si IKK-beta si o a treia subunitate necatalitica, IKK-gamma. Studii mutagene au stabilit ca tinte ale fosforilarii IKK-beta serina 32 si 36. Fosforilarea la aceste locuri da posibilitatea recunoasterii I-B de catre proteina F-box/WD, beta-TrCP, subuniatea receptoare a unui complex ligand SCF mutisubunitar care ulterior ubiquiteaza I-B si deci tinteste I-B pentru degradare. In timp ce toate TLR-urile (si IL-1R) pot induce calea de semnalizare descrisa mai sus, este clar ca unele, daca nu chiar toate, trebuie sa activeze si cai aditionale. Prima proba a semnalizarii diferite de catre TLR-uri a venit odata cu analiza de celule provenite din soricei cu deficit de MyD88. Macrofagele cu deficit de MyD88 au esuat sa produca citokine inflamatorii ca raspuns la stimularea cu LPS, dar surprinzator si-au pastrat capacitatea de activare a NF-B si MAP kinaze. Deoarece TLR4 este necesar tuturor raspunsurilor celulare la LPS, aceste observatii au sugerat existenta unei cai MyD88 independente care sa induca NF-B si MAP kinaze. Exista insa si TLR-uri care nu determina niciun raspuns celular in absenta MyD88. Liganzii TLR pot fi divizati in 2 categorii respectand caile pe care le induc: CpG si MALP-2 (care semnalizeaza prin TLR9 si respectiv TLR2) necesita MyD88 pentru toate raspunsurile analizate, in timp ce LPS si poly(IC) (care semnalizeaza prin TLR4 si respectiv TLR3), au nevoie de MyD88 pentru producerea de citokine, dar pot activa NF-B si MAP kinaza in absenta MyD88. In plus, TLR3 si TLR4 pot induce maturarea DC printr-o cale MyD88 independenta. IL-1R este dependenta de MyD88 pentru a semnaliza. Deci, TLR2, TLR9 si IL-1R semnalizeaza numai printr-o cale MyD88 dependenta, in timp ce TLR4 si TLR3 pot semnaliza si printr-o cale MyD88 independenta. Un nou domeniu TIR continand proteine care ar duce la activarea caii MyD88 independente in aval de TLR4 si TIRAP (pentru domeniile TIR care contin o proteina adaptoare, cunoscuta si ca Mal, pentru adaptori MyD88-like). Acest adaptor, care contine un domeniu TIR la capatul C terminal, a fost implicat in semnalizarea MyD88 independenta deoarece o forma negativa dominanta de TIRAP inhiba activarea NF-B indusa de TLR4 dar nu si TLR9 sau IL-1R. O alta proteina care ar putea avea un rol in activarea raspunsurilor MyD88 independente este kinaza reglata de interferon, PKR. PKR este activata de LPS, poly(IC), si CpG in macrofagele salbatic si de catre LPS si poly(IC), dar nu si de CpG in omologii cu deficit de MyD88. PKR se asociaza cu TIRAP, sugerand ca TIRAP ar putea regla activarea PKR in calea MyD88 independenta in aval de TLR4. Tintele caii de semnalizare MyD88 independente au fost identificate printr-un studiu de hibridizare comparand tipurile salbatice si cele cu deficit de MyD88 de macrofage stimulate cu ligandul LPS TLR4. Aceste gene codifica chemokina IP-10, si genele induse de interferon GARG16 si IRG1. Ligandul TLR2, MALP-2, care induce IL-12 si TNF asa cum fac si alti liganzi TLR, nu induc expresia IP-10. IP-10 este deci un exemplu de gena reglata/activata de un subset de TLR-uri. Identificarea altor astfel de gene si raspunsuri reglate diferit de TLR-uri diferite va fi importanta in intelegerea aparitiei raspunsului imun mediat de TLR-uri.
Bibliografie:
William E., Md. Paul - Fundamental Immunology
Elisabeth Brint, Luke A.J. O'Neill - Toll-like receptors in inflammation
Tina Rich - Toll and Toll-like receptors: An Immunologic Perspective
Alan B. Ezekowitz, Jules A. Hoffmann - Innate Immunity
B. Pulendran, R. Ahmed - From Innate Immunity to Immnulogical Memory
|
