Toll-like Receptors
The Toll-like receptors as the primary sensors of the innate immune system B. Beutler Thr Immunologist8(6)/ P. 123-130
Только недавно стало очевидным, что Toll-like рецепторы занимают центральное положение среди сенсоров врожденной иммунной системы. Эти молекулы, несуn цитоплазматический сигнальныq мотив, известный как Toll/interleukin I (IL-1) receptor (TIR). Почти 2 биллиона лет назад TIR появился, чтобы защитить общего предшественника растений и животных. Innate Immunity vs. Acquired Immunity Мы обеспечены врожденной иммунной системой, как ядром защиты хозяина, и приобретенной или адаптивной иммунной системой. Первая иногода обозначается как "примитивная" иммунная система из-за ее наличия у низших phyla. Она существует давно, более рафинирована, более сложна и более важна для выживания хозяев, чем приобретенная иммунная система. Она ответственна за создание негостеприимных условий, в которой клетки хозяина могут выживать, а экзогенные формы жизни нет. Антимикробные пептиды, кодируемые геномом хозяина, занимают важное место в арсенале врожденной иммунной защиты. В некоторых случаях эти пептиды скорее индуцибельные, чем конституитивные. Специализированные клетки, в частности связанные с факгоцитозом, выполняют защитную функцию, а также вовлечены в химические устройства для деструкции патогенов, которые они в себя включают. Только у позвоночных возникает система секреции патоген-специфичных растворимых рецепторов (иммуноглобулинов) для иммунной защиты. Но адаптивная иммунная система остается в субординации к силами врожденной иммунной системы. Без макрофагов или дендритных клеток адаптивная иммунная система невозможна. Без селектируемых продуцируемых макрофагами цитокинов, таких как TNF, IL-1, IL-6 или IL-12 или INF-γ, продуцируемого адаптивной иммунной системой в ответ на IL-12, адаптивная система будет серьезно ослаблена.	The Doctrine of Local Containment, and the Hazard Posed by Systemic Innate Immune Responses Локальный врожеденный иммунный ответ заключается прежде всего в выделении патогена из циркулирующей крови и лимфы, во-вторых, элиминация патогенов внутри изолировнного кармана инфекции. Наконец, элиминировать широкие системные условия, чтобы изменить защиту против дальнейшего распространения патогена. Макрофаги, разбросанные по всем тканям хозяина, координируют каждый аспект ответа. Критическая связь между вроженной иммунной системой и каогуляционным каскадом очевидна. TNF, например, высвобождается макрофагами, которые наталкиваются на бактерии или их продукты, он строго снижает экспрессию эндотелиального тромбомодулина, способствуя тромбин-обусловленной конверсии фибриногена в фибрин и предупреждая активацию пути анти-каогулянтного белка С. Экспрессия тканевого фактора также усиливается с помощь TNF. IL-6 стимулирует высвобождение тромбоцитов из мегакариоцитов, и тем создает условия для ограничения инфекции. Текучесть кровеносных сосудов в области локальной инфекции ведет к отеку ткани, что м. локального ограничивать лимфатическое дренирование. A Somewhot Esoteric Adaptation of the TIR to Serve a Developmental Function First Attracted Attention to Toll, the Namesake of the Receptor Family Toll ген впервые идентифицирован у дрозофилы как компонент Dorsal группы, сигнальной кассеты, необходимой для дорсо-вентральной поляризации эмбиронов. Устанолвено, что Toll кодирует рецептор плазматических мембран, необходимый для распознавания Spaetzle лиганда. Затем было установлено, что IL-1 рецептор имеет цитоплазматический домен, гомологичный Toll. Toll сигнал, выявляемый при контакте с Spaetzle, опосредуется за счет контакта между Tube и Pelle и усиливается посредством Cactus и Dorsal, гомологичные соотв. IκB и NF-κB. Далее было установлено, что IL-1 передает сигнал посредством IRAK, белка, гомологичного Pelle. Важность NF-κB для иммунитета мекопитающих и особенно его роли в индукции многих биологически активных цитокинов известна. Теперь установлено, что IL-1 способен активировать транслокацию NF-κB в ядро. Установлено, что промоторы некоторых антимикробных генов содержат мотивы, сходные с теми, которые распознаются NF-κB. Было предположено что сигнальный путь Toll м. выполнять и др. роль. Установлено, что его сигналы активируют продукцию антигрибного пептида Drosomycin, которая зависит от транслокации члена семейства rel, Dif, гомолога эмбриологически важного белка Dorsal. Как и в онтогенетическом каскаде Spaetzle оказался необходим и для имунной защиты против гриба у дрозофилы. Рецептор IL-1 оказался гомологом Toll не только у млекопитающих. Эктодомен рецептора IL-1 состоит из иммуноглобулин-подобных повторов. Было установлено, что один из членов семейства TLR (h-Toll, а затем известный как TLR4) млекопитающих, подобно своему гомологу у дрозофилы Toll, стимулирует транслокацию NF-κB в ядро и ведет к активации адаптивного иммунитета. Далее было устанолвно, что устойчиваость к специфитческим липополисахаридам (LPS) y C3H/Hej и C57Bl/10ScCr мышей связана с разными мутациями в гене Tlr4. У мутантов законсервированный пролиновый остаток в цитоплазматическом домене TLR4 заменен на гистидин (Р712Н), а у C57BL/10ScCr мышей целиком делетирован. Далее было установлено, что мыши лишенные TLR2 не узнают различные бактериальные липопептиды или пептидогликаны, а мыши с отсутствием TLR9 нечувствительны к бактериальной ДНК. В отличие от прототипа Toll TLR4 непосредственно взаимодействует с LPS. Тесный контакт должен существовать между TLR4 и ДЗЫб поскольку TLR4 белок, по-видимому, "считывает" структуру микробного индукитора. Не только в этом отношении, но и в отноешнии их униформной "иммуно-ориентировнной" функции TLR млекопитающих оитлисаются, по крайней мере от некоторых, своих гомологов у дрозофилы. Мыши с отсуствием MyD88 (общего трансдуктора сигналов TLR) онтогенетически нормальны несмотря на свою неспособность обеспечивать полный ответ на множество (если не на все) микробные возбудители. The TLRs Serve as a Direct Interface with the Microbial World TLRs вступают в прямой контакт с ивазирующими микробами. Они мобилизуют реакцию в ответ на инфекцию на рссстонии и в "close combat"? вызывая воспалительную реакцию, которая стенкой окрцжает инфекцию. Известно 10 TLRs у млекопитающих, все они экспрессируются на очень низком уровне, некоторые обнаруживают тканевею специфичность. TLR2, трансдуктор липопептидных и пептидогликановых сигналов, по-видимому, ассоциирует с TLR1 и TLR6 (двумя наиболее близкими в геноме млекопитающих). Эта ассоциация, по-видимому, обеспечивает определенную лиганд специфичность. Формирование гетеромеров открывает возможность, что может сформироваться довольно большое число рецепторов с уникальной специфичностью. TLR4 , однако, активируется в результате гомодимеризации и неизсстно, формируют ли остальные TLR гетеромерные комплексы. Предполагается, что они высоко специфичны для LPS. Считается, что TLR4 обеспечивает реакуию на LPS ( или точнее на липидную А половинку LPS), и что среди хордовых, только млекопитадющие обнаруживают строгую LPS реакцию. Защитная функция TIR превалирует среди большинства phyla и это указывет на то, что TIR, по-видимому, самый старый сенсор/трансдуктор микробных систем. Mutations of Human TLRs are Mildly Deleterious Паттерн мутаций в локусе TLR4 человека обнаруживает определенный избыток редких кодирующих мутаций. По-видимому, TLR4 устойчив к структурным изменениям, т.к. большинство обнаруживаемых мутаций, по-видимому, уменьшают жизнеспособность. Среди белых наиболее распространен вариант TLR4В (Gb:177766) (6%), отличающийся парой аминокислотных замен внутри средней части эктодомена, на рассотянии примерно в 100 остатков одна от др. Этот вариант характеризуется уменьшенной чувствительностью к LPS и осуществляет это ко-доминантным образом. Гетерозиготы по этому варианту все еще более часты чем гомозиготы, они м. усливать риск Грамм-негаивной инфекции, т.к. неспособны отвечать на LPS на ранних стадиях процесса и величина реакции мала. Примерно 7% менингококкового сепсиса приписывают таким мутациям. Про мутации др. генов пока ничего неизвестно. Общая наследуемость преждевременного гибели от инфекционных болезней, которая, как известно, выше наследуемости преждевременной гиьели от опухолей им сердечно-сосудистых болезней, м.б. в основном обусловлена TLRs или акцессорными белками. Signaling by the TLRs: Above the Membrane and Below Лучше всего известна передача сигналов TLR4 и LPS. LPS переностися в мембраны макрофагов с помощью LPS binding protein (LBP), острой фазы куфсефтеб постоянно продуцируемый печенью. Он затем переносится к CD14, которые скорее всего формируют четвертичный комплекс с TLR4 и MD-2, малыми белками, которые, по-видимому, ассоциируют с эктодеоменом TLR4. Ассоциация LPS с этим активационным комплексом, по-видимому, провоцирует стерические изменения, которые происходят на цитоплазматической стороне мембраны. Эти изменения м.б. связаны с изменением взаимодействий между TIRs рецептора (гомотипическое взаиможействие), взаимодействия между TIR рецептора и TIR myD88, существенного цитоплазматического трансдуктора для всех сигналов TLR. Цитоплазматический домен двух TLR1 и TLR2 кристаллизован и определена трехмарная структура. Известно, что цитоплазматический домен TLR4 вызывает доминантный ингибирующий эффект, если избыточно экспрессируется как мембрн-связанная структура в макрофагах. Это указывает на то, что в своем нативном состоянии имеется хорошее сродство между цитоплазматическим доменом TLR4 белка и ием, чье взаимодействие усиливается, когда присутствует мутация Lps^d. Напротив, мутантная форма рецептора м. связывать и секвестрировать MyD88. Противоречит этой гипотезе то, что мутация Lps^d не способна в своей естественно появившейся форме отвечать у C3H/HeJ мышей на лиганд иной, чем LPS (т.е. ее кодоминантный эффект ограничен LPS сигнальным путем). Помимо MyD88 Tollip идентифицирован как белок, который ко-иммунопреципитирует с IL-IR и влияет на активацию IRAK, гомолога Pelle, осуществляющего также передачу сигналов через IL-1 и LPS. Следовательно, Tollip также м. привлекаться для активации TLP4 рецепторного комплекса наравне с IRAK. TRAF6 также, по-видимому, активируется; затем ТАК1; затем IκB. Однако эта линейная последовательность событий плохо объясняет большинство реакций, которые происходят в макраофагах после стимуляции LPS. Известно, напр., что происходит активация PI3 киназы, р38 и активация JNK. Пути, которые ведут к фосфорилированию этих киназ все еще неясны и, по крайней мере частично, независят от MyD88. Показано, что там, где осуществляется передача сигналов TLR4, индуцируются изменения в структуре хроматина, которые делают более доступным ген IL-12p40. Возможно, так происходит и с некотрыми др. генами. Однако, ясно, что NF-κB не существенен для ремоделирования хроматина. Molecular Mimicry and the TLRs TIR домены обнаруживаются не только у растений, но и у бактерий. Возможно, хотя и не доказано, что с их помощью они осущевтсвляют доминантный ингибирующий эффект, соответствующий потребностям прокариот. В вирусе вакцины случай TIR блокды установлен непосредственно, вирус продуцирует белки, которые действительно препятсвуют передаче сигналов, а вирус оспы, как извстно, имеет несколько механизмов для ингибирования врожденного иммуннго ответа.

The Doctrine of Local Containment, and the Hazard Posed by Systemic Innate Immune Responses

Локальный врожеденный иммунный ответ заключается прежде всего в выделении патогена из циркулирующей крови и лимфы, во-вторых, элиминация патогенов внутри изолировнного кармана инфекции. Наконец, элиминировать широкие системные условия, чтобы изменить защиту против дальнейшего распространения патогена. Макрофаги, разбросанные по всем тканям хозяина, координируют каждый аспект ответа.

Критическая связь между вроженной иммунной системой и каогуляционным каскадом очевидна. TNF, например, высвобождается макрофагами, которые наталкиваются на бактерии или их продукты, он строго снижает экспрессию эндотелиального тромбомодулина, способствуя тромбин-обусловленной конверсии фибриногена в фибрин и предупреждая активацию пути анти-каогулянтного белка С. Экспрессия тканевого фактора также усиливается с помощь TNF. IL-6 стимулирует высвобождение тромбоцитов из мегакариоцитов, и тем создает условия для ограничения инфекции. Текучесть кровеносных сосудов в области локальной инфекции ведет к отеку ткани, что м. локального ограничивать лимфатическое дренирование.

A Somewhot Esoteric Adaptation of the TIR to Serve a Developmental Function First Attracted Attention to Toll, the Namesake of the Receptor Family

Toll ген впервые идентифицирован у дрозофилы как компонент Dorsal группы, сигнальной кассеты, необходимой для дорсо-вентральной поляризации эмбиронов. Устанолвено, что Toll кодирует рецептор плазматических мембран, необходимый для распознавания Spaetzle лиганда. Затем было установлено, что IL-1 рецептор имеет цитоплазматический домен, гомологичный Toll. Toll сигнал, выявляемый при контакте с Spaetzle, опосредуется за счет контакта между Tube и Pelle и усиливается посредством Cactus и Dorsal, гомологичные соотв. IκB и NF-κB. Далее было установлено, что IL-1 передает сигнал посредством IRAK, белка, гомологичного Pelle.

Важность NF-κB для иммунитета мекопитающих и особенно его роли в индукции многих биологически активных цитокинов известна. Теперь установлено, что IL-1 способен активировать транслокацию NF-κB в ядро. Установлено, что промоторы некоторых антимикробных генов содержат мотивы, сходные с теми, которые распознаются NF-κB. Было предположено что сигнальный путь Toll м. выполнять и др. роль. Установлено, что его сигналы активируют продукцию антигрибного пептида Drosomycin, которая зависит от транслокации члена семейства rel, Dif, гомолога эмбриологически важного белка Dorsal. Как и в онтогенетическом каскаде Spaetzle оказался необходим и для имунной защиты против гриба у дрозофилы.

Рецептор IL-1 оказался гомологом Toll не только у млекопитающих. Эктодомен рецептора IL-1 состоит из иммуноглобулин-подобных повторов. Было установлено, что один из членов семейства TLR (h-Toll, а затем известный как TLR4) млекопитающих, подобно своему гомологу у дрозофилы Toll, стимулирует транслокацию NF-κB в ядро и ведет к активации адаптивного иммунитета. Далее было устанолвно, что устойчиваость к специфитческим липополисахаридам (LPS) y C3H/Hej и C57Bl/10ScCr мышей связана с разными мутациями в гене Tlr4. У мутантов законсервированный пролиновый остаток в цитоплазматическом домене TLR4 заменен на гистидин (Р712Н), а у C57BL/10ScCr мышей целиком делетирован. Далее было установлено, что мыши лишенные TLR2 не узнают различные бактериальные липопептиды или пептидогликаны, а мыши с отсутствием TLR9 нечувствительны к бактериальной ДНК.

В отличие от прототипа Toll TLR4 непосредственно взаимодействует с LPS. Тесный контакт должен существовать между TLR4 и ДЗЫб поскольку TLR4 белок, по-видимому, "считывает" структуру микробного индукитора. Не только в этом отношении, но и в отноешнии их униформной "иммуно-ориентировнной" функции TLR млекопитающих оитлисаются, по крайней мере от некоторых, своих гомологов у дрозофилы. Мыши с отсуствием MyD88 (общего трансдуктора сигналов TLR) онтогенетически нормальны несмотря на свою неспособность обеспечивать полный ответ на множество (если не на все) микробные возбудители.

The TLRs Serve as a Direct Interface with the Microbial World

TLRs вступают в прямой контакт с ивазирующими микробами. Они мобилизуют реакцию в ответ на инфекцию на рссстонии и в "close combat"? вызывая воспалительную реакцию, которая стенкой окрцжает инфекцию.

Известно 10 TLRs у млекопитающих, все они экспрессируются на очень низком уровне, некоторые обнаруживают тканевею специфичность. TLR2, трансдуктор липопептидных и пептидогликановых сигналов, по-видимому, ассоциирует с TLR1 и TLR6 (двумя наиболее близкими в геноме млекопитающих). Эта ассоциация, по-видимому, обеспечивает определенную лиганд специфичность. Формирование гетеромеров открывает возможность, что может сформироваться довольно большое число рецепторов с уникальной специфичностью. TLR4 , однако, активируется в результате гомодимеризации и неизсстно, формируют ли остальные TLR гетеромерные комплексы. Предполагается, что они высоко специфичны для LPS.

Считается, что TLR4 обеспечивает реакуию на LPS ( или точнее на липидную А половинку LPS), и что среди хордовых, только млекопитадющие обнаруживают строгую LPS реакцию. Защитная функция TIR превалирует среди большинства phyla и это указывет на то, что TIR, по-видимому, самый старый сенсор/трансдуктор микробных систем.

Mutations of Human TLRs are Mildly Deleterious

Паттерн мутаций в локусе TLR4 человека обнаруживает определенный избыток редких кодирующих мутаций. По-видимому, TLR4 устойчив к структурным изменениям, т.к. большинство обнаруживаемых мутаций, по-видимому, уменьшают жизнеспособность.

Среди белых наиболее распространен вариант TLR4В (Gb:177766) (6%), отличающийся парой аминокислотных замен внутри средней части эктодомена, на рассотянии примерно в 100 остатков одна от др. Этот вариант характеризуется уменьшенной чувствительностью к LPS и осуществляет это ко-доминантным образом. Гетерозиготы по этому варианту все еще более часты чем гомозиготы, они м. усливать риск Грамм-негаивной инфекции, т.к. неспособны отвечать на LPS на ранних стадиях процесса и величина реакции мала. Примерно 7% менингококкового сепсиса приписывают таким мутациям. Про мутации др. генов пока ничего неизвестно. Общая наследуемость преждевременного гибели от инфекционных болезней, которая, как известно, выше наследуемости преждевременной гиьели от опухолей им сердечно-сосудистых болезней, м.б. в основном обусловлена TLRs или акцессорными белками.

Signaling by the TLRs: Above the Membrane and Below

Лучше всего известна передача сигналов TLR4 и LPS. LPS переностися в мембраны макрофагов с помощью LPS binding protein (LBP), острой фазы куфсефтеб постоянно продуцируемый печенью. Он затем переносится к CD14, которые скорее всего формируют четвертичный комплекс с TLR4 и MD-2, малыми белками, которые, по-видимому, ассоциируют с эктодеоменом TLR4.

Ассоциация LPS с этим активационным комплексом, по-видимому, провоцирует стерические изменения, которые происходят на цитоплазматической стороне мембраны. Эти изменения м.б. связаны с изменением взаимодействий между TIRs рецептора (гомотипическое взаиможействие), взаимодействия между TIR рецептора и TIR myD88, существенного цитоплазматического трансдуктора для всех сигналов TLR.

Цитоплазматический домен двух TLR1 и TLR2 кристаллизован и определена трехмарная структура. Известно, что цитоплазматический домен TLR4 вызывает доминантный ингибирующий эффект, если избыточно экспрессируется как мембрн-связанная структура в макрофагах. Это указывает на то, что в своем нативном состоянии имеется хорошее сродство между цитоплазматическим доменом TLR4 белка и ием, чье взаимодействие усиливается, когда присутствует мутация Lps^d. Напротив, мутантная форма рецептора м. связывать и секвестрировать MyD88. Противоречит этой гипотезе то, что мутация Lps^d не способна в своей естественно появившейся форме отвечать у C3H/HeJ мышей на лиганд иной, чем LPS (т.е. ее кодоминантный эффект ограничен LPS сигнальным путем).

Помимо MyD88 Tollip идентифицирован как белок, который ко-иммунопреципитирует с IL-IR и влияет на активацию IRAK, гомолога Pelle, осуществляющего также передачу сигналов через IL-1 и LPS. Следовательно, Tollip также м. привлекаться для активации TLP4 рецепторного комплекса наравне с IRAK. TRAF6 также, по-видимому, активируется; затем ТАК1; затем IκB. Однако эта линейная последовательность событий плохо объясняет большинство реакций, которые происходят в макраофагах после стимуляции LPS. Известно, напр., что происходит активация PI3 киназы, р38 и активация JNK. Пути, которые ведут к фосфорилированию этих киназ все еще неясны и, по крайней мере частично, независят от MyD88.

Показано, что там, где осуществляется передача сигналов TLR4, индуцируются изменения в структуре хроматина, которые делают более доступным ген IL-12p40. Возможно, так происходит и с некотрыми др. генами. Однако, ясно, что NF-κB не существенен для ремоделирования хроматина.

Molecular Mimicry and the TLRs

TIR домены обнаруживаются не только у растений, но и у бактерий. Возможно, хотя и не доказано, что с их помощью они осущевтсвляют доминантный ингибирующий эффект, соответствующий потребностям прокариот. В вирусе вакцины случай TIR блокды установлен непосредственно, вирус продуцирует белки, которые действительно препятсвуют передаче сигналов, а вирус оспы, как извстно, имеет несколько механизмов для ингибирования врожденного иммуннго ответа.