Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.



СІМЕЙНІ ЛІКАРІ ТА ТЕРАПЕВТИ
день перший
день другий

АКУШЕРИ ГІНЕКОЛОГИ

КАРДІОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, РЕВМАТОЛОГИ, НЕВРОЛОГИ, ЕНДОКРИНОЛОГИ

СТОМАТОЛОГИ

ІНФЕКЦІОНІСТИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, ГАСТРОЕНТЕРОЛОГИ, ГЕПАТОЛОГИ
день перший
день другий

ТРАВМАТОЛОГИ

ОНКОЛОГИ, (ОНКО-ГЕМАТОЛОГИ, ХІМІОТЕРАПЕВТИ, МАМОЛОГИ, ОНКО-ХІРУРГИ)

ЕНДОКРИНОЛОГИ, СІМЕЙНІ ЛІКАРІ, ПЕДІАТРИ, КАРДІОЛОГИ ТА ІНШІ СПЕЦІАЛІСТИ

ПЕДІАТРИ ТА СІМЕЙНІ ЛІКАРІ

АНЕСТЕЗІОЛОГИ, ХІРУРГИ

"Child`s Health" 8 (43) 2012

Back to issue

Роль Toll-подобных рецепторов в рекогниции патоген-ассоциированных молекулярных структур инфекционных патогенных агентов и развитии воспаления. Часть 4. Внутриклеточные сигнальные пути TLR

Authors: Абатуров А.Е., ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», Волосовец А.П., Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Юлиш Е.И., Донецкий национальный медицинский университет им. М. Горького

Categories: Pediatrics/Neonatology

Sections: Specialist manual

print version


Summary

В обзоре дана характеристика внутриклеточным сигнальным каскадам, ассоциированным с возбуждением Toll-подобных рецепторов человека.

В огляді дана характеристика внутрішньоклітинним сигнальним каскадам, асоційованим із порушенням Toll-подібних рецепторів людини.

The review deals with characteristic of intracellular signaling cascade associated with activation of human Toll-like receptors.


Keywords

воспаление, инфекционный процесс, Toll-подобные рецепторы.

запалення, інфекційний процес, Toll-подібні рецептори.

inflammation, infection process, Toll-like receptors.

Внутриклеточные сигнальные пути TLR

Распознавание эктодоменом TLR соответствующих ему РАМР инфекционных агентов приводит к развитию TIR-TIR взаимодействий интрацеллюлярных доменов, предопределяя окончательное формирование димера TLR. TIR-регион TLR, являясь первичным компонентом внутриклеточного механизма передачи сигнала, сразу после взаимодействия эктодомена с лигандами испытывает структурно-пространственные изменения, которые инициируют последующие внутриклеточные белково-белковые взаимодействия [13]. Согласно данным Hyagriv N. Simhan и соавт. [24], в процессе проведения внутриклеточного возбуждения, связанного с TLR, участвуют продукты более чем 113 генов (табл. 1).

Взаимодействие лигандов с TLR приводит к активации одних и тех же внутриклеточных сигнальных молекул, что и возбуждение IL-1R [2]. Трансдукция внутриклеточного сигнала TLR зависит от характера конститутивной ассоциации и/или рекрутирования структурно консервативной последовательностью TIR цитоплазматического С-терминального домена TLR-специфических адаптерных молекул [27]. Первой идентифицированной адаптерной молекулой TLR была молекула MyD88. В процессе возбуждения внутриклеточных молекулярных сигнальных путей практически всеми TLR, за исключением TLR3, в том числе и рецепторами интерлейкинов семейства 1, используется адаптерный протеин MyD88 [21].

Возбуждение TLR приводит к активации двух основных внутриклеточных молекулярных сигнальных каскадов — зависимого (все TLR, исключая TLR3) и независимого от адаптерного протеина MyD88 [10–12].

Возбуждение MyD88-зависимого пути начинается с взаимодействия адаптерной молекулы MyD88 со смертельным доменом (DD) молекулы IRAK-4, которая в последующем фосфорилирует киназу IRAK-1. Последняя активирует ­TRAF-6. Убиквитинирование TRAF-6 и протеинкиназы TAK-1 приводит к активации ядерного фактора транскрипции NF-kB [18, 21]. В цитоплазме клетки TAK1 также возбуждает митоген-активированные протеинкиназы (MAPK) — p38 MAPK, экстрацеллюлярную сигнал-регулируемую киназу (ERK1/2) и NH2-терминальную киназу Janus (Януса) (JNK) [9, 22], которые индуцируют активирующий протеин 1 (AP-1) и Elk-1 [5]. Активация ядерного фактора транскрипции NF-kB и фактора транскрипции AP-1 обусловливает продукцию провоспалительных цитокинов, в том числе ключевого в развитии воспаления интерлейкина IL-1F2 (IL-1b) [14], хемокинов, костимулирующих молекул, монооксида азота [21].

Возбуждение MyD88-независимого пути обусловлено рекрутированием других адаптерных молекул — TRIF/TICAM-1, взаимодействующей с TIR доменом TLR3 и TLR4; TIRP/TRAM/TICAM-2, взаимодействующей с TIR доменом TLR4 [2, 3, 8, 17, 26]. Пятая TLR-ассоциированная адаптерная молекула SARM (sterile a-motifs and b-catenin/armadillo repeat motif) ингибирует действие TRIF [19].

Возбуждение адапторных молекул TRIF (TLR3 и TLR4) и TIRP (TLR4) через индукцию IKK-подобной киназы TBK-1 приводит к активации интерферон-регулирующих факторов транскрипции (IRF), обусловливающих продукцию интерферонов I типа (IFN-b) (рис. 1) [4, 11, 12, 16].

РАМР-индуцированное возбуждение характерно прежде всего для клеток высоко экспрессирующих TLR. Так, после возбуждения антигенпрезентирующие клетки (APC) мигрируют из участка рекогниции в региональные лимфоузлы, где они представляют антигены инфекционных агентов наивным ­CD4+T-клеткам. Активированные дендритные клетки (DC) экспрессируют костимулирующие молекулы, которые способствуют возбуждению T-клеток, а также начинают продукцию цитокинов, которые предетерминируют направленность цитодифференцировки наивных ­CD4+T-клеток в Th1-, Th2-, Th17-, ­Treg-клетки и развитие иммунного ответа. Возбуждение большинства TLR приводит к цитодифференцировке Th1-клеток, обусловливая развитие макрофагально-нейтрофильного воспаления [6]. Однако возбуждение TLR разных типов клеток имеет различные эффекты [7]. В частности, в табл. 2 продемонстрированы отличия экспрессии и функционирования TLR эффекторных и регуляторных Т-лимфоцитов.

Ответ на TLR-возбуждение носит выраженную зависимость от возраста человека. Проведенное фундаментальное исследование Muriel Nguyen и соавт. [1] показало, что у детей на протяжении первого года жизни структура и активность TLR-ассоциированного ответа (TLR4, TLR9) на возбуждение РАМР (LPS и CpG соответственно) in vitro достоверно отличается от таковой у взрослых (табл. 3).

Авторами было установлено, что у детей уровень экспрессии CD80 и HLA-DR миелоидных DC достигает уровней взрослого человека к третьему месяцу, а плазмацитоидных DC только к 6–9-месячному возрасту. Клетки крови пуповины после стимуляции CpG ДНК продуцировали достоверно большое количество IL-6, IL-8, IL-1b и IL-10, чем клетки крови детей 3-месячного возраста, но меньшее, чем клетки взрослых людей. У детей LPS-индуцированная продукция TNF-a, IP-10 и IL-12p70 достигает уровней, характерных для взрослых, между 6–9-м месяцами жизни. В ответ на возбуждение CpG-индуцированная продукция типа IFN-I-зависимых хемокинов (IP-10 и CXCL9) с возрастом постепенно увеличивается [1].

Регуляция TLR-ассоциированного возбуждения

По мере санации организма от патогенов постепенно снижается уровень активности неспеци­фических механизмов защиты и воспалительного процесса. Возбуждение TLR, возникающее при взаимодействии с РАМР инфекционных агентов, индуцирует не только механизмы воспаления, но и механизмы, участвующие в подавлении продукции провоспалительных цитокинов [20]. Если по тем или иным причинам не происходит подавление активности провоспалительных механизмов, то избыточная продукция TNF-a, IL-1F2 (IL-1b), IL-6, ­IL-12 и других цитокинов может привести к развитию инфекционно-токсического шока и летальному исходу заболевания. В настоящее время идентифицировано несколько механизмов, ингибирующих TLR-ассоциированное возбуждение. Так, при рекогниции РАМР, во-первых, происходит снижение потенциала возбуждения TLR, во-вторых, ингибируются внутриклеточные сигнальные пути. Снижение потенциала возбуждения TLR обусловлено увеличением продукции солютабных форм TLR, препятствующих взаимодействию мембраносвязанных TLR с РАМР; снижением экспрессии аксессуарных протеинов, в частности, при возбуждении TLR4 ингибируется синтез MD2, ограничивая возможность распознавания LPS [15]. Возбуждение TLR2, TLR7 и TLR4 сопровождается снижением уровня экспрессии сигнальной молекулы IRAK-1. В процессе ингибиции внутриклеточных TLR-ассоциированных сигнальных путей участвует несколько групп эндогенных молекулярных структур: ингибиторы адаптерных протеинов, ингибиторы внутриклеточных сигнальных молекул, ингибиторы факторов транскрипции (табл. 4).

К ингибиторам адаптерных протеинов относят пятую адаптерную молекулу SARM, ST2, MyD88s и A52R. Адаптерная молекула SARM, протеины MyD88s, IRAK-М снижают уровень потенциала возбуждения NF-kB. Так, адаптерная молекула SARM ингибирует TRIF-зависимые сигнальные пути TLR3 и TLR4 рецепторов. MyD88s конкурирует с MyD88 при его взаимодействии с IRAK4, что обусловливает снижение активности процесса фосфорилирования IRAK1. Дефицитная по киназной активности IRAK-М предотвращает формирование комплекса IRAK-1/TRAF6 [15].

Ингибиторами внутриклеточных сигнальных путей являются IRAK-M, SOCS1, TOLLIP, TRIM30-a, SHP2, деубиквитинирующие ферменты A20, CYLD, DUBA. Молекула SOCS1 нарушает процессы передачи сигналов JAK-STAT. Одну из ключевых ролей в ингибиции TLR-ассоциированного возбуждения играют ферменты A20 и CYLD, которые участвуют в деубиквитинировании TRAF6. Деубиквитинирующий фактор DUBA связывает и селективно расщепляет TRAF3, обусловливая нарушение индукции TBK1. В подавлении TLR-ассоциированного возбуждения участвуют ингибиторы таких факторов транскрипции, как ­NF-kB (BCL3 и стабилизатор IkB-a TRAIL), IRF3 (PIN1), STAT (PIAS), а также факторы транскрипции и ингибиции — ATF3, подавляющий LPS-индуцированную продукцию IL-6 и IL-12; NF-kBID, подавляющий продукцию IL-6. Важным механизмом ингибиции TLR-ассоциированного возбуждения являются РНК-дестабилизирующие белки, отсутствие которых приводит к сверхпродукции TNF-a и IL-1 и к резко выраженной неуправляемой воспалительной реакции [15, 20].

Таким образом, трансмембранные TLR являются ключевыми сенсорами РАМР инфекционных агентов и DAMP макроорганизма, функционирование которых предопределяет развитие процесса воспаления и иммунного ответа. В ­TLR-ассоциированном возбуждении принимают участие адаптерные молекулы MyD88, TIRAP, TRIF, TIRP, которые обу­словливают дифференцированное возбуждение внутриклеточных сигнальных каскадов.


Bibliography

1. Acquisition of adult-like TLR4 and TLR9 responses during the first year of life/ M. Nguyen, E. Leuridan, T. Zhang, D. De Wit, F. Willems, P. Van Damme, M. Goldman, S. Goriely // PLoS. One. — 2010. — Vol. 5, № 4. — P. e10407.

2. Akira S., Takeda K. Toll-like receptor signaling // Nat. Rev. Immunol. — 2004. — Vol. 4. — P. 499-511.

3. Akira S., Yamamoto M., Takeda K. Role of adapters in Toll-like receptor signaling // Biochem. Soc. Trans. — 2003. — Vol. 31, Pt 3. — P. 637-642.

4. Beutler B. Microbe sensing, positive feedback loops, and the pathogenesis of inflammatory diseases // Immunol. Rev. — 2009. — Vol. 227, № 1. — P. 248-263.

5. Beutler B., Rehli M. Evolution of the TIR, tolls and TLRs: functional inferences from computational biology // Curr. Top. Microbiol. Immunol. — 2002. — Vol. 270. — P. 1-21.

6. Bonilla F.A., Oettgen H.C. Adaptive immunity // J. Allergy Clin. Immunol. — 2010. — Vol. 125, № 2 (Suppl. 2). — P. S33-40.

7. Dai X.G., Yao Y.M., Ai Y.H., Yu Y. The enhancing effect of «Xuebijing injection» on lipopolysaccharide-induced apoptosis of regulatory T cells and mediation of polarization of helper T cells // Zhonghua Shao Shang Za Zhi. — 2009. — Vol. 25, № 2. — P. 106-110.

8. Dunne A., O’Neill L.A. Adaptor usage and Toll-like receptor signaling specificity // FEBS Lett. — 2005. — Vol. 579, № 15. — P. 3330-3335.

9. Karin M., Ben-Neriah Y. Phosphorylation meets ubiquitination: the control of NF-kB activity // Ann. Rev. Immunol. — 2000. — Vol. 18. — P. 621-663.

10. Kawai T., Akira S. Innate immune recognition of viral infection // Nat. Immunol. — 2006. — Vol. 7, № 2. — P. 131-137.

11. Kawai T., Akira S. The role of pattern-recognition receptors in innate immunity: update on Toll-like receptors // Nat. Immunol. — 2010. — Vol. 11, № 5. — P. 373-84.

12. Kawai T., Akira S. The roles of TLRs, RLRs and NLRs in pathogen recognition // Internat. Immunol. — 2009. — Vol. 21, № 4. — P. 317-337.

13. Kimbrell D.A., Beutler B. The evolution and genetics of innate immunity // Nat. Rev. Genet. — 2001. — Vol. 2, № 4. — P. 256-267.

14. Kono H., Karmarkar D., Iwakura Y., Rock K.L. Identification of the Cellular Sensor That Stimulates the Inflammatory Response to Sterile Cell Death // J. Immunol. — 2010. — Vol. 184, № 8. — P. 4470-4478.

15. Krishnan J., Lee G. Choi S. Drugs Targeting Toll-like Receptors // Arch. Pharm. Res. — 2009. — Vol. 32, № 11. — P. 1485-1502.

16. Kumar H., Kawai T., Akira S. Toll-like receptors and innate immunity // Biochem. Biophys. Res. Commun. — 2009. — Vol. 388, № 4. — P. 621-625.

17. LPS-TLR4 signaling to IRF-3/7 and NF-kappa B involves the toll adapters TRAM and TRIF / K.A. Fitzgerald, D.C. Rowe, B.J. Barnes, D.R. Caffrey, A. Visintin, E. Latz, B. Monks, P.M. Pitha, D.T. Golenbock // J. Exp. Med. — 2003. — Vol. 198, № 7. — P. 1043-1055.

18. Mal (MyD88-adapter-like) is required for Toll-like receptor-4 signal transduction / K.A. Fitzgerald, E.M. Palsson-McDermott, A.G. Bowie, C.A. Jefferies, A.S. Mansell, G. Brady, E. Brint, A. Dunne, P. Gray, M.T. Harte, D. McMurray, D.E. Smith, J.E. Sims, T.A. Bird, L.A. O’Neill // Nature. — 2001. — Vol. 413, № 6851. — P. 78-83.

19. McGettrick A.F., O’Neill L.A. Localisation and trafficking of Toll-like receptors: an important mode of regulation // Curr. Opin. Immunol. — 2010. — Vol. 22, № 1. — P. 20-27.

20. Mogensen T.H. Pathogen Recognition and Inflammatory Signaling in Innate Immune Defenses // Clin. Microbiol. Rev. — 2009. — Vol. 22, № 2. — P. 240-273.

21. O’Neill L.A., Fitzgerald K.A., Bowie A.G. The Toll-IL-1 receptor adaptor family grows to five members // Trends in Immunology. — 2003. — Vol. 24, № 6. — P. 287-290.

22. Regulation of TLR4 signaling and the host interface with pathogens and danger: the role of RP105 // S. Divanovic, A. Trompette, L.K. Petiniot, J.L. Allen, L.M. Flick, Y. Belkaid, R. Madan, J.J. Haky, C.L. Karp // J. Leukoc. Biol. — 2007. — Vol. 82, № 2. — P. 265-271.

23. Response of Human Pulmonary Epithelial Cells to Lipopolysaccharide Involves Toll-like Receptor 4 (TLR4)-dependent Signaling Pathways. Evidence for an intracellular compartmentalization of TLR4 / L. Guillot, S. Medjane, K. Le-Barillec, V. Balloy, C. Danel, M. Chignard, M. Si-Tahar // J. Biol. Chem. — 2004. — Vol. 279, № 4. — P. 2712-2718.

24. Simhan H.N., Chiao J.P., Mattison D.R., Caritis S.N. Human decidual cell Toll-like receptor signaling in response to endotoxin: the effect of progestins // Am. J. Obstet. Gynecol. — 2008. — Vol. 198, № 1. — P. 119e1-4.

25. The role of T-regulatory cells and Toll-like receptors in the pathogenesis of human inflammatory bowel disease / M.E. Himmel, G. Hardenberg, C.A. Piccirillo, T.S. Steiner, M.K. Levings // Immunology. — 2008. — Vol. 125, № 2. — P. 145-153.

26. TICAM-1, an adaptor molecule that participates in Toll-like receptor 3-mediated interferon-b induction / H. Oshiumi, M. Matsumoto, K. Funami, T. Akazawa, T. Seya // Nat. Immun. — 2003. — Vol. 4, № 2. — P. 161-167.

27. Vogel S.N., Fitzgerald K.A., Fenton M.J. TLRs: Differential Adapter Utilization by Toll-Like Receptors Mediates TLR-Specific Patterns of Gene Expression // Mol. Interventions. — 2003. — Vol. 3, № 8. — P. 466-477.

28. Zhu J., Mohan C. Toll-like receptor signaling pathways-therapeutic opportunities // Mediators Inflamm. — 2010. — Vol. 2010, № 781235.


Back to issue