TLR: в тылу и на фронте
Автор: Илья Бочкарев
Редакция: Елена Бреславец, Никита Чуев

Toll-подобные рецепторы (TLR) — семейство гликопротеинов, принадлежащих к группе рецепторов опознавания паттерна (PRR), которые распознают молекулярные паттерны (фрагменты) двух видов: ассоциированные с опасностью (DAMPs) и ассоциированные с патогенами (PAMPs; прим.: так как данные паттерны присутствуют не только у патогенных микроорганизмов, но и у непатогенных, то в последнее время более корректным считается термин MAMP - т.е. паттерны, ассоциированные с микробами).

К первым в основном относятся молекулы, высвобождаемые при разрушении клеток и тканей организма, т. е. нуклеотиды, HMGB1, нуклеиновые кислоты, низкомолекулярная гиалуроновая кислота, а ко вторым — соединения, источником которых служат микроорганизмы: ими являются уже липотейхоевая кислота, двухцепочечная РНК (дцРНК), липополисахариды (ЛПС), пептидогликан и прочие.

В силу того, что со многими представителями PRR могут связываться как фрагменты «своих» клеток, так и чужеродные для организма вещества, а также потому, что эти рецепторы могут запускать каскады, приводящие к представлению антигена иммунокомпетентным клеткам или же индукции воспаления в ответ на неспецифические сигналы, рецепторы опознавания паттерна являются связующим звеном между врожденным и приобретенным иммунитетом, необходимым для полноценной защиты организма.

История изучения Toll-подобных рецепторов началась в 1991 году, когда был открыт рецептор к провоспалительному цитокину интерлейкину-1 (IL-1R), и выяснилось, что он обладает доменом, схожим с доменом уже известного на тот момент белка с замечательным названием — Toll, из-за чего получил название Toll-Il-1-Receptor domain (TIR), характерный для всего семейства TLR. А сам Toll своим именем обязан немецкой ученой, нобелевской лауреатке Кристиане Нюсляйн-Фольхард, которая в свое время не смогла сдержать чувств при взгляде на личинку дрозофилы с неразвитой брюшной частью тела, воскликнув «Das war ja toll!».

При этом неизвестно, восхитила ли ученую представшая картина или же ввергла в некоторое замешательство (слово toll можно переводить как «замечательно», так и как «несуразно», «дико»), но тем не менее коллеги на тот момент согласились с женщиной, и белок-виновник аномалии и кодирующий его мутировавший ген назвали Toll. А через десять лет Кристиана получила Нобелевскую премию за открытие генетического контроля раннего эмбриогенеза, оставив миру наречие, ставшее именем собственным и оставшимся в названии одного из самых известных семейств рецепторов, опознающих паттерны.

Интереснее стало после того, как было обнаружено, что еще один белок, также участвующий в определении дорсовентральной полярности у тех же самых личинок дрозофил, Dorsal, имеет гомологию с белком Rel —участником одного из самых основных внутриклеточных провоспалительных сигнальных путей, NF-kB. А еще интереснее — когда выяснилось, что и сам Toll играет роль в иммунитете насекомых.

Все семейство TLR не особо многочисленно и включает в себя у человека десять генов (у мышей — 13). Сами рецепторы являются трансмембранными гликопротеинами и расположены в цитолемме (TLR1, 2, 4, 6, 10) и внутри клетки — в составе мембран эндолизосом (TLR3, 7, 8, 9). Каждый из них обладает способностью связываться с различными лигандами.

Рецепторы на клеточной мембране необходимы для предотвращения вторжения микроорганизмов или для ответной реакции на сигналы опасности из окружения, а рецепторы внутри клетки служат для борьбы с уже попавшими внутрь бактериями и вирусами.

Например, TLR2 распознает бактериальные PAMP — липотейхоевые кислоты, липоарабиноманнаны, пептидогликан и некоторые другие, гетеродимер из TLR1 и 2 распознает триацил-, а из TLR2 и 6 — диациллипопептиды. TLR4 — один из первых открытых белков этого семейства, какое-то время поэтому и не имевший номера — действует не один, а в комплексе еще с одним белком, MD-2, без которого TLR4 не может связывать липополисахариды клеточной стенки бактерий, а также с CD14, непосредственно переносящим ЛПС на рецептор. Разные TLR характерны для разных клеток и тканей, несколько различны и дальнейшие события, происходящие в сигнальных путях.

Внутриклеточные TLR обладают своими особенностями. В силу того, что они реагируют на присутствие нуклеиновых кислот, они должны быть изолированы от компартментов, участвующих в биосинтезе, во избежание аутоиммунных реакций. Таким образом работают эти рецепторы в эндосомальном компартменте, куда попадают эндосомы с поглощенным материалом из внеклеточной среды.

В эндоплазматическом ретикулуме синтезируются TLR3, 7, 8 и 9 , там же происходит их кальций-зависимое N-гликозилирование, а дальше с помощью шаперонов они доставляются в аппарат Гольджи, где уже осуществляется ограниченный протеолиз, в чем участвуют катепсины, аспарагиновые пептидазы и некоторые другие протеазы.

После этого, уже в эндосомах, белки могут выполнять свои функции. TLR9 преимущественно распознает бактериальную ДНК, а также способны связывать дцДНК цитомегаловируса мыши (ЦМВМ) и вируса простого герпеса (ВПГ) 1 и 2, и геном T. cruzi.

Как показала практика, в вероятности возникновения ответа на присутствие этих патогенов играет роль несколько факторов, включая наличие CpG-мотивов и других специфических последовательностей, но основным все же является сам факт попадания нуклеиновых кислот в эндосомальный компартмент.

TLR7 и 8 распознают оцРНК и производные имидазохинолина, богатые гуанином и уридином оцДНК, а также синтетические полиуридины. Именно они ответственны за иммунный ответ в отношении ВИЧ, вирусов гриппа и везикулярного стоматита, а также, в качестве бонуса, и в отношении бактериальных РНК, полученных из эндолизосом.

За преимущественно двухцепочечные РНК, а также поли I:С несет ответственность третий представитель TLR, не отказывая при случае и ДНК-содержащим вирусам, взаимодействуя таким образом с геномами реовирусов, вируса лихорадки Западного Нила, респираторно-синцитиального вируса (РСВ), и, опять же, ЦМВМ и ВПГ.

Как можно заметить, лиганды всех четырех внутриклеточных Toll-подобных рецепторов местами совпадают, причиной чему служит тот факт, что при репликации, к примеру, оцРНК образуется интермедиат, дцРНК, который может успеть «зацепиться» за TLR3, поспособствовав иммунному ответу, а конечный продукт репликации, уже оцРНК, связаться с TLR7.

После связывания рецепторами своих лигандов, происходящего, в зависимости от локализации рецептора, на внешней стороне плазмалеммы либо внутри эндосомы, изменяется конформация белка и с цитозольной стороны и открываются TIR-домены. Далее же по классическому пути для дальнейшей активации каскада необходимо присутствие 88 фактора миелоидной дифференцировки, MyD88, также имеющего соответствующий TIR-домен, связывающийся с рецептором.

У этого белка есть и другой, более распространенный участок — домен смерти, DD, с которым связываются дальнейшие участники каскада, а именно киназа IRAK4 или фактор транскрипции IRF5, что зависит от типа клетки. Первая фосфорилирует дальнейшие киназы — IRAK1 и 2, фосфорилирующие далее фактор, ассоциированный с рецептором к фактору некроза опухоли-6, т. е. TRAF6, являющимся по сути Е3-убиквитин лигазой.

Последняя уже запускает активацию пути NF-kB, итогом чего служит экспрессия провоспалительных цитокинов, таких как ФНО и некоторые интерлейкины, а также ГКГС II (подробнее о ядерном факторе можно посмотреть здесь — https://vk.cc/7tAc32 и здесь — https://vk.cc/7tAcjS). В то же время TRAF6 убиквитинирует и белки семейства MAPK, приводя к активации MKK3/6 и дальнейшему вовлечению в процесс p38, JNK и ERK1/2, а последним участником этого каскада является AP1, фактор транскрипции, также ответственный за индукцию синтеза провоспалительных цитокинов.

Участие Toll-подобных рецепторов в патологии безусловно, и как их активаторы, так и ингибиторы в последние годы активно тестируются. Из-за участия TLR в воспалении, которое в принципе играет двойственную роль для организма, и, к примеру, вероятнее всего негативно отражается на возникновении такого явления, как синдром ишемии/реперфузии, на мышах был испытан ингибитор TLR2, и при этом наблюдались меньшие очаги некроза по сравнению с животными из контрольной группы.

Повышенная активность TLR2 и 4 на иммунных и неиммунных клетках при сепсисе коррелировала с тяжестью поражения органов, а также было замечено, что TLR2 является проатерогенным маркером. В то же время мутации, связанные с потерей функции тех или иных компонентов запускаемого TLR каскада, понижают устойчивость к бактериальными и вирусным агентам.

Так, у мышиной модели с нокаутом по гену TLR3 наблюдалась сниженная устойчивость к ВПГ; с нокаутом по MyD88 или IRAK4 — к пиогенным инфекциям, а отсутствие функционального MyD88 у детей вовсе приводит к повышенному риску не дожить до взрослого возраста — до момента, когда сформируется адекватный приобретенный иммунитет.

TLR играют роль и в гомеостазе и заживлении ран, при этом опять же важен баланс: с одной стороны, эпителиальные рецепторы разбираемого нами семейства способствуют поддержанию постоянства внутренней среды, своевременно реагируя на появление бактерий и вирусов и запуская воспалительный ответ, а с другой — при их повышенной активности наблюдаются кератиты, астма, пневмония; именно с ними связано развитие такой патологии, как некротизирующий энтероколит новорожденных, причиной которого является чрезмерная активация воспалительного сигналинга в ответ на происходящую в первые дни жизни колонизацию ЖКТ микроорганизмами.

То же самое и с онкологией: уже давно обсуждается двойственная роль воспаления в опухолеобразовании, и TLR этот разговор не обошел стороной — и не мог обойти, учитывая их распространенность и экспрессию во всех клетках нашего организма.

В данном случае суть, вероятно, сводится к балансу между способствующими опухолевому росту рецепторами (TLR4, 7, 8, 9), активация которых приводит к резистентности к хемотерапии и метастазированию, и противодействующими им TLR3 и 5, активирующим противоопухолевый иммунитет.


Источники:

  1. Jiménez-Dalmaroni M. J., Gerswhin M. E., Adamopoulos I. E. The critical role of toll-like receptors—from microbial recognition to autoimmunity: a comprehensive review //Autoimmunity reviews. – 2016. – Т. 15. – №. 1. – С. 1-8.
  2. Blasius A. L., Beutler B. Intracellular toll-like receptors //Immunity. – 2010. – Т. 32. – №. 3. – С. 305-315.
  3. O'neill L. A. J., Golenbock D., Bowie A. G. The history of Toll-like receptors [mdash] redefining innate immunity //Nature Reviews Immunology. – 2013. – Т. 13. – №. 6. – С. 453-460.
  4. Vidya M. K. et al. Toll-like receptors: Significance, ligands, signaling pathways, and functions in mammals //International reviews of immunology. – 2017. – С. 1-17.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.