воскресенье, 5 октября 2014 г.
Введение
Согласно сложившемуся представлению, Toll like рецепторы (TLR) — эволюционно консервативные белковые структуры, рассматриваемые как ключевой компонент врожденного и приобретенного иммунитета у млекопитающих.
Открытие Toll-like рецепторов
TLRs впервые выявлены у дрозофилы. Это стало открытием, за которое в 2011 г. авторы Ботлер (США), Хофман (Люксембург) и Стейман (Канада) были удостоены Нобелевской премии. Основная биологическая роль TLRs у дрозофил связана с защитой против инфекций и участием в процессах регенерации. В последующем TLRs выявлены Меджитовым, на клетках млекопитающих было показано, что они имеют общий цитоплазматический домен с интерлейкин 1 рецептором. К настоящему времени TLRs обнаружены у млекопитающих, включая человека, и даже у растений.
Строение Toll-like рецепторов
Все TLRs имеют сходное строение и представляют собой интегральные трансмембранные белки. Поверхностная зона молекулы, ответственная за связывание лиганда, представлена N-концевой областью аминокислотной последовательности из 19—25 повторяющихся участков, обогащенных лейцином. Далее следует переходный участок, отвечающий за прикрепление рецептора к клеточной мембране, обогащенный цистеином. Внутренняя дистальная часть рецептора представлена TIR (Toll/IL- receptor) доменом, получившим свое название из-за одинакового строения этого участка у TLRs и у рецепторов цитокинов семейства IL-1.
Доказательство значимости Toll-like рецепторов
Важное значение участия TLRs в деятельности иммунной системы было доказано в экспериментальных работах на нокаут-мышах, имеющих искусственно вызванные мутации генов различных TLRs. Так, мыши, имеющие мутацию гена, кодирующего TLR4, погибали при инфицировании 1—2 колониеобразующими единицами (КОЕ) Salmonela typhimurium, в то время как у нормальных животных гибель происходила при введении более 2000 КОЕ этих бактерий. В других экспериментах была показана высокая восприимчивость TLR4-дефицитных мышей к Escherichia coli, Neisseria meningitides и Candida albicans. Подобные результаты были получены и при изучении роли TLRs в защите от вирусных инфекций. Опубликованы результаты исследований, в которых показано участие TLRs при развитии опухолей.
Виды Toll-like рецепторов
В зависимости от локализации TLRs в клетке выделяют рецепторы, расположенные на цитоплазматической мембране TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10 и на мембранах внутриклеточных органелл TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 — лизосом, эндосом, аппарата Гольджи. Лигандами рецепторов, локализованных на цитоплазматической мембране, являются поверхностные структуры микроорганизмов — липопротеин, липополисахариды, флагеллин, зимозан.
Участие Toll-like рецепторов во врожденном иммунитете
Участие TOLL LIKE Рецепторов во врожденном иммунитете обеспечивается:
- Инициацией выделения провоспалительных цитокинов, необходимых для физиологического иммунологического ответа при различных воздействиях, среди которых одно из центральных мест занимают различные инфекции;
- регуляцией активности нейтрофилов; особую роль при этом играют TLR-2 и TLR-4, первый из которых защищает клетки от апоптоза, а второй проявляет себя как важный регулятор выживаемости нейтрофилов;
- контролем активации, дифференциации и выживаемости В-лимфоцитов, в котором активное участие принимают TLR-2, TLR-4 и TLR-9 (этот путь активации В-лимфоцитов сопровождается усилением выброса кальция, фосфорилированием некоторых киназ, усилением эндоцитоза, синтеза иммуноглобулинов и рассматривается как альтернативный путь активации В-лимфоцитов);
- обеспечением поддержания врожденного иммунитета кишечника, что связано с экспрессией TLRs эпителиальными клеками его слизистой;
- участием в функционировании клеток центральной нервной ситемы, большинство которых экспрессируют TLRs (микроглия, нейроны, астроциты, эндотелиальные клетки сосудов мозга), имеются данные о дифференцированном влиянии TLRs на функции микроглии.
Участие Toll-like рецепторов в приобретенном иммунитете
Участие TOLL LIKE Рецепторов в приобретенном иммунитете обусловлено:
- Активацией CD4- и CD8-T-лимфоцитов;
- стимуляцией функций различных антиген-распознающих клеток: дендритных, которые экспрессируют TLR-2, TLR-3, TLR-4, TLR-7, TLR-9;
- активацией макрофагов, тучных клеток, в частности, с участием TLR-9, что особенно выражено при действии генетического материала ДНК-вирусов бактерий, грибов;
- активным включением в экспансию и функционирование регуляторных клеток — T-reg, которые экспрессируют высокий уровень TLR-4, TLR-5, TLR-7 и TLR-8;
- регуляции гомеостаза фибробластов, миофибробластов, фибробластоподобных синовиоцитов, эндотелиальных и эпителиальных клеток, в частности, с участием TLR-2, TLR-4, TLR-6;
- регуляцией клеток нормального эпителия (TLR-2, TLR-3, TLR-4, TLR-5), а также клеток эндотелия;
- потенцированием приобретенного иммунитета с включением различных механизмов
Механизмы Toll-like рецепторов
В состоянии покоя неактивированные TLRs находятся на мембране клеток в мономерном состоянии. После распознавания молекулярных «образов» патогенов TLRs активируют каскад реакций передачи сигнала в ядро клетки: при связывании с лигандом рецептор подвергается димеризации, сопровождающейся изменением конформации TIR-домена, который связывается с адапторной молекулой MyD88 (myeloid differentiation protein 88), необходимой для привлечения киназ семейства IRAK (IL-1 receptor associated kinase). После активации IRAK взаимодействует с внутриклеточным фактором TRAF6 (TNF receptor associated factor 6), в результате чего происходит высвобождение ядерного фактора каппа-В (NF-κB) и транслокация его в ядро клетки. Связываясь с промоторными участками генов, ядерный фактор активирует синтез провоспалительных цитокинов, молекул адгезии, костимулирующих молекул с последующей активацией структур адаптивного иммунитета.
Известен также механизм MyD88-независимой передачи активационных сигналов от TLRs. Его принципиальным отличием является то, что TIR-домен взаимодействует с адапторной молекулой TRIF (TIRdomain containing adaptor inducing IFNβ) с последующей активацией внутриклеточного фактора IRF3 (interferon regulatory factor 3), индуцирующего экспрессию генов интерферонов α и β (IFNα и IFNβ), являющихся важнейшими молекулами для дифференцировки Т-лимфоцитов.
Выводы
Таким образом, Toll Like рецепторы являются первыми сигнальными молекулами, распознающими лиганды микроорганизмов и координирующими иммунный ответ.
TLRs являются активными регуляторами не только врожденного и приобретенного иммунитета, но и гомеостаза различных клеток.
