Toll - like receptors Jolanta Mazurek

Wrodzone mechanizmy ukł. odporności szybkie, nie wymagające wstępnej aktywacji; receptory dziedziczone, niezmienne w życiu osobnika; niespecyficzne, selektywne; nie indukują trwałej odpowiedzi immunologicznej; głównymi komórkami są fagocyty i komórki NK; głównymi czynnikami humoralnymi są składniki układu dopełniacza, peptydy.

PAMP (pathogen-associated molecular patterns) nie występują u gospodarza; mają z reguły bardzo istotne znaczenie dla patogenu; charakteryzują duże grupy (klasy) patogenów. Lipopolisacharydy Peptydoglikany Kwasy tejchojowe Mannany Bakteryjne DNA Dwuniciowe RNA Niemetylowane sekwencje CpG PRR (pattern-recognition receptors) znajdują się na większości komórek obronnych organizmu; część rozpuszczona jest we krwi i funkcjonują tam jako opsoniny aktywując układ dopełniacza.

Receptory Toll u embrionów Drosophila melanogaster sterują wykształceniem się grzbietowo-brzusznej polaryzacji ciała (ligand Spätzle). U dorosłych osobników receptory te odpowiadają za indukcję ekspresji peptydów przeciwgrzybicznych, np. Drozomycyny. Bardzo podobne receptory znaleziono w komórkach ssaczych – stąd ich nazwa – Toll-like receptors.

Budowa Część zewnątrzkomórkowa jest złożona z domeny bogatej w leucyny. Odcinki cytoplazmatyczne są analogiczne to tych, występujących w receptorach dla IL-1. Zawierają one domenę TIR (Toll/IL-1R). TLR5 z flagelliną

Białka zawierające domenę TIR BLP – bacterial lipoprotein; MALP-2 – mycobacterial-associated protein 2; SIGIRR – single immunoglobulin domain-containing IL-1 receptor-related; TIGIRR – three immunoglobulin domain-containing IL-1 receptor-related. http://www.sfi.ie/uploads/documents/upload/Bio_TCD_O'Neill_2of4_Current_Opinion_Review.pdf

IL-1 R TIR TLR 5

Jak dotąd zidentyfikowano 10 TLR (dla niektórych nie są znane ligandy pochodzące z drobnoustrojów). RECEPTOR LIGAND TLR 1 składniki bakteryjnej ściany komórkowej TLR 2 składniki bakteryjnej ściany komórkowej, także składniki ściany drożdży i mykobakterii TLR 3 ds RNA TLR 4 LPS i kwas lipotejchojowy TLR 5 flagellina TLR 6 TLR 7 małe syntetyczne cząsteczki wirusowe TLR 8 TLR 9 niemetylowane CpG TLR 10 ?

Ekspresja receptorów Komórki dendrytyczne są jedynymi komórkami, na których powierzchni znajdują się wszystkie receptory TL. najbardziej powszechny w organizmie ludzkim jest TLR-1; ekspresja TLR-2 ma miejsce przede wszystkim w mózgu, sercu, mięśniach i płucach; TLR-3 – komórki dendrytyczne; TLR-4 i TLR-5 występują mniej licznie niż poprzednie, TLR-4 preferencyjnie w łożysku i obwodowych leukocytach krwi, podczas gdy komórki jajników i monocyty wykazują znaczną ekspresję TLR-5; TLR-6 znajduję się na powierzchni komórek trzustki, grasicy, jajników i płuc; TLR9 i TLR-10 są receptorami na komórkach B; TLR-7 jest specyficzny dla komórek dendrytycznych. Dodatkowo wykryto mRNA tego samego receptora różnych długości w różnych tkankach – efekt alternatywnego splicingu.

Heterodimery TLR TLR-2 jest receptorem dla różnych produktów mikroorganizmów, np. peptydoglikanu, lipoprotein bakteryjnych, lipoarabinomannanu, zymosamu z drożdży itp. Receptor nie rozpoznaje tych molekularnych wzorców patogenności samodzielnie, ale raczej stanowiąc część heterodimeru z TLR-1 lub TLR-6. lipopeptyd bakteryjny lipopeptyd mykobakterii TLR-1 TLR-2 TLR-6

Transdukcja sygnału MyD88 – adaptor molecule IRAK – IL-1R-associated kinase TRAF6 – adaptor protein IKK – IkB kinase TIRAP (TIR-domain-containig adaptor protein) = Mal (MyD88 adapter-like) MAPK – mitogen-activated protein kinase IRF – IFN-regulatory factor 3 NFkB – indukcja transkrypcji genów targetowych p38 i JNK – stabilizacja mRNA http://www-ermm.cbcu.cam.ac.uk/03006525a.pdf

Dimery TLR MyD88 - myeloid differentiation factor 88 MALP – mycobacterial-associated protein http://www.sfi.ie/uploads/documents/upload/Bio_TCD_O'Neill_2of4_Current_Opinion_Review.pdf

Możliwość blokowania odpowiedzi komórek na ligandy TLR-ów można uzyskać poprzez: zapobieganie wiązania się ligandu do receptora, np. stosując przeciwciała monoklonalne; małe molekuły blokujące enzymy szlaku transdukcji sygnału, jak np. IRAK-4; małe molekuły zapobiegające uwolnieniu NFkB z kompleksu cytoplazmatycznego molekuły blokujące interakcje białko-białko w kaskadzie przeniesienia sygnału.

TLR 3 TLR3 wiążą dsRNA i w ten sposób inicjują kaskadę przekazania sygnału w komórce, aktywując NFkB i prowadząc do indukcji wytwarzania m.in. interferonów I typu (a i b); obecność dsRNA jest sygnałem przebiegającej infekcji wirusowej, ponieważ pojawia się on najczęściej w jakimś stadium replikacji wirusa; w badaniach odpowiedzi na obecność dsRNA używa się poli(I:C); myszy TLR3-/- wykazują bardzo ograniczoną odpowiedź na obecność tego kwasu (zmniejszona produkcja cytokin prozapalnych); aktywacja poli(I:C) indukuje produkcję cytokin drogą zależną od MyD88; poli(I:C) może także indukować aktywację NFkB i MAPK niezależnie od MyD88; aktywacja TLR3 prowadzi do dojrzewania komórek dendrytycznych; ekspresja TLR3 zachodzi tylko w komórkach dendrytycznych.

Wirus grypy Genom wirusa tworzy osiem oddzielnych fragmentów RNA związanych z białkiem, z którym tworzy rybonukleoproteinę (RNP) ułożoną w postaci spirali. http://www-micro.msb.le.ac.uk/3035/Orthomyxoviruses.html

Replikacja wirusa grypy RNA wirusa grypy ma ujemną polarność, zatem pierwszym etapem replikacji jest transkrypcja, przy udziale własnej wirusowej polimerazy (RdRp), do komplementarnej nici dodatniej, funkcjonującej jako mRNA. http://www.mcb.uct.ac.za//tutorial/sld001.htm

Wykrywanie dsRNA Przynajmniej dwa spośród białek komórkowych wiążą dsRNA i indukują aktywację NFB: PKR (the IFN-inducible RNA-dependent protein kinase R) oraz TLR3. PKR działa jako „czujnik” wewnątrzkomórkowy, podczas gdy TLR3 łączy się z dsRNA zewnątrzkomórkowym uwolnionym z umarłych komórek. RANTES - chemokine involved in the attraction of eosinophils during an inflammatory response http://www.las.ac.cn/bulletin/sars/00021.pdf

Ekspresja TLR3 zachodzi tylko w komórkach dendrytycznych PMN - polymorphonuclear cells Differential Expression and Regulation of Toll-Like Receptors (TLR) in Human Leukocytes: Selective Expression of TLR3 in Dendritic Cells1 Mario Negri Institute, Milan, Italy; University “La Sapienza” of Rome, Italy; University of Maastricht, The Netherlands; University of Brescia, Brescia, Italy

Dojrzewanie komórek dendrytycznych, wzrost ekspresji TLR 3

W roku 1999 pierwsze przeciwciała anty-TLR zostały wprowadzone na rynek. Od tamtego czasu firmy biotechnologiczne proponują szereg przeciwciał poli- i monoklonalnych przeznaczonych do badań laboratoryjnych. Dostępne są także plazmidy zawierające geny wszystkich poznanych dotąd TLRów. http://www.invivogen.com/index.htm

Usage: For research use only, not for diagnostic or therapeutic use. „The TLR3.7 monoclonal antibody is specific for human Toll-like receptor 3. Usage: For research use only, not for diagnostic or therapeutic use. This TLR3.7 antibody has been reported for use in flow cytometric analysis, and immunoblotting (WB). It has also been reported in in vitro inhibition of ligand binding.” Badano poziom IFNb gdy komórki były inkubowane w obecności poli(I:C) z użyciem przeciwciał TLR3.7 oraz bez nich. Wyniki wskazywały na skuteczne blokowanie kaskady przenoszenia sygnału od TLR3.

TLR ANTIBODIES InvivoGen provides a selection of antibodies to Toll-like receptors. TLR antibodies are purified by affinity chromatography and can be used in different applications

TLR LIGANDS TLRs recognize a wide variety of ligands, called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). InvivoGen provides a selection of ligands known to activate specific TLRs that can serve as controls in genetic and pharmaceutical studies on TLRs.

Science. 2004 Mar 5;303(5663) Yale University School of Medicine, New Haven, USA „TLR11 appears to be involved in the recognition of bacteria. Clinical isolates of E. coli are able to stimulate cells expressing TLR11, while other laboratory strains do not. TLR11 is most similar to TLR5, but purified flagellin has been reported not to stimulate TLR11. Mice deficient in TLR11 are susceptible to bacterial infections of the kidney. It is likely that TLR11 recognizes some virulence factor in bacteria. It remains to be shown whether there is any restriction in terms of Gram-positive vs. Gram-negative bacteria. Though the first report suggests TLR11 specifically recognizing uropathogenic bacteria, there is no strong evidence for this. Oddly, humans do not appear to express TLR11, as there is a stop codon in the reading frame for this gene. Cells expressing TLR11 fail to respond to known TLR ligands but instead respond specifically to uropathogenic bacteria. Mice lacking TLR11 are highly susceptible to infection of the kidneys by uropathogenic bacteria, indicating a potentially important role for TLR11 in preventing infection of internal organs of the urogenital system.” http://www.immunologynet.org/index.cgi?TLR11

Literatura: http://www.sfi.ie/uploads/documents/upload/Bio_TCD_O'Neill_2of4_Current_Opinion_Review.pdf http://itsa.ucsf.edu/~micro/pathogenesis/docs/tlr_review.pdf http://www-ermm.cbcu.cam.ac.uk/03006525a.pdf http://www.las.ac.cn/bulletin/sars/00021.pdf http://www.immunologynet.org/index.cgi?TLR11 http://www.jimmunol.org/cgi/reprint/164/11/5998.pdf http://www.icampus.ucl.ac.be/SBIM2520/document/genemol/pictures/TRLsignaling.html