Копия toll-like рецепторы и онкогенез. А так же в разделе « Toll-подобные рецепторы Толл подобные рецепторы их значение

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Введение

Толл-подобные рецепторы (TLR) являются главными компонентами системы врожденного иммунитета, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных молекулярных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Толл-подобные рецепторы представлены на клетках разного типа - от эпителиальных до иммунокомпетентных. Как известно, при связывании TLR с собственными лигандами происходит активация ряда адаптерных белков и киназ, которые участвуют в индукции ключевых провоспалительных факторов. Итогом такой индукции является развитие как врожденного иммунного ответа в результате усиления экспрессии ряда антиапоптотических белков, провоспалительных цитокинов, антибактериальных белков, так и приобретенного иммунного ответа через созревание дендритных клеток, презентации антигена и т.д.

Благодаря своей способности усиливать специфические и неспецифические иммунные реакции организма агонисты Толл-подобных рецепторов нашли применение не только в терапии инфекционных заболеваний, но также в качестве адъювантов в химиотерапии различных злокачественных новообразований. Однако к настоящему моменту описаны принципиально различные эффекты TLR на опухоли. С одной стороны, показано, что TLR (и их лиганды) могут выступать в роли супрессоров опухолевого роста, с другой стороны, TLR могут стимулировать опухолевую прогрессию и влиять на устойчивость опухолей к химиотерапии. В представленном обзоре обобщены данные о влиянии TLR и их агонистов на рост опухоли, а также проанализированы основные механизмы, лежащие в основе таких различий.

Список сокращений TLR - Толл-подобные рецепторы; ЛПС - липополисахарид; NF-kB - ядерный фактор транскрипции kB; PRR - паттерн-распознающие рецепторы; PAMP - патоген-ассоциированные молекулярные паттерны; DAMP - молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением; IRF - интерферонрегулирующий фактор, оци дцРНК - однои двухцепочечная рибонуклеиновая кислота; TNF-б - фактор некроза опухоли б; IL - интерлейкин; IFN - интерферон; NK-клетки - естественные киллеры; миРНК - малые интерферирующие РНК; TGF - трансформирующий фактор роста.

1. История открытия

рецептор иммунный противоопухолевый патоген

В 1985 году при исследовании различных мутаций у мушки-дрозофилы знаменитый немецкий биолог Кристиана Нюсляйн-Фольхард обнаружила личинок-мутантов с недоразвитой вентральной частью тела. Её немедленная реплика была «Das war ja toll!» («Вот это класс!»). Эпитет толл (классный) был позднее дан соответствующему гену в качестве его названия.

В 1996 году выяснилось, что этот ген отвечает не только за дорзовентральную поляризацию при эмбриональном развитии, но и за устойчивость дрозофилы к грибковой инфекции. Это открытие французского ученого Жюля Хоффмана было удостоено Нобелевской премии 2011 года. В 1997 году Руслан Меджитов и Чарльз Дженуэйиз Йельского университета обнаружили толл-подобный гомологичный ген у млекопитающих (сейчас он носит название TLR4). Оказалось, что TLR4 вызывает активацию ядерного фактора каппа-B NF-кB таким же образом как, и интерлейкин-1. Наконец, в 1998 году выяснилось, что лигандом для рецептора является компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий липополисахарид.

2. TLR иммунной системы

2.1 Структура TLR

По своей структурной организации TLR относятся к семейству рецепторов IL-1 (IL-1R). TLR - это трансмембранные белки, которые экспрессируются на поверхности клетки и в субклеточных компартментах (таких, как эндосомы). Локализация ТLR связана с типом распознаваемого им лиганда. Так, TLR 1, 2, 4, 5, 6, связывающие структурные бактериальные компоненты, локализуются на поверхности клеток, тогда как TLR 3, 7, 8, 9, распознающие преимущественно вирус-ассоциированные структуры - нуклеиновые кислоты (дцРНК, оцРНК, ДНК), находятся в эндосомах, где взаимодействуют c лигандами после депротеинизации вирионов.

В структуре TLR выделяют N-концевой лейцинбогатый (LRR) домен, ответственный за связывание лигандов, трансмембранный домен и С-концевой внутриклеточный сигнальный домен (гомологичный внутриклеточному домену IL-1R).

TLR экспрессируются в большинстве типов клеток организма человека, включая негемопоэтические эпителиальные и эндотелиальные клетки. Количество одновременно экспрессируемых ТLR и их сочетание специфичны для каждого типа клеток, а больше всего ТLR в клетках гемопоэтического происхождения, таких, как макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки

В настоящий момент у млекопитающих идентифицировано 13 различных TLR, у человека - 10 и 12 у мышей. TLR с 1-го по 9-й консервативны у человека и мыши. Однако существуют и различия. Ген, кодирующий TLR10, обнаружен только у человека, а TLR11 - у обоих видов, но функционален только у мышей.

Главная особенность TLR, отличающая их от рецепторов приобретенного иммунитета (Tи В-клеточные рецепторы), состоит в их способности распознавать не уникальные эпитопы, а эволюционно консервативные патоген-ассоциированные молекулярные структуры (PAMP), широко представленные у всех классов микроорганизмов и вирусов независимо от их патогенности. Специфичность распознавания PAMP достаточно хорошо изучена у большинства TLR, сегодня известны лиганды TLR 1-9 и 11 (рис. 1). Биологическая роль и специфичность TLR10 (человек), 12 и 13 (мышь) остаются неизвестными.

Наиболее известные микробные лиганды TLR:

бактериальные липопептиды, липотейхоевая кислота и пептидогликаны; липоарабидоманнан микобактерий; компонент клеточной стенки грибов зимозан, которые связываются с TLR2, образующим гетеродимеры с TLR1, TLR6 и CD14;

ЛПС грамотрицательных бактерий, лиганд TLR4;

компонент жгутиков бактерий - флагеллин, активирующий TLR5; профиллин-подобные структуры простейших, связывающиеся с TLR11;

ДНК (неметилированные CpG-последовательности), распознаваемая TLR9;

дцРНК - лиганд TLR3;

оцРНК - лиганды TLR7 и TLR8.

Недавно было показано, что TLR могут активироваться многими эндогенными молекулами - алларминами (гиалуроновая кислота, белки теплового шока и др.), которые появляются при разрушении тканей. Эти гетерогенные по своей природе и структуре соединения (PAMP и аллармины), распознаваемые ТLR, в настоящее время объединяют в одно семейство, именуемое DAMP (damage associated molecular patterns)

2.2 Взаимодействие TLR с собственными лигандами

Теперь от описания структуры и функций TLR перейдем к событиям, разворачивающимся после их связывания с собственными лигандами.

Связывание лиганда c TLR инициирует каскад сигналов, берущих начало от цитоплазматических TIR-доменов TLR. Сигнал от TIR-домена через адаптерные молекулы MyD88 (myeloid differentiation factor 88), TIRAP (TIR-доменсодержащие адаптеры), TICAM1 (TRIF), TICAM2 (TIR-containing adaptеr molecule) передается на соответствующие киназы (TAK, IKK, TBK, MAPK, JNKs, p38, ERK, Akt и др.), которые дифференциально активируют факторы транскрипции (NF-kB, AP-1 и IRF), ответственные за экспрессию различных провоспалительных и антимикробных факторов. При этом все TLR, кроме TLR3, передают сигнал на киназы, используя MyD88. TLR3 передает сигнал через TICAM1, a TLR4 и через MyD88, и через TICAM1.

Активация того или иного фактора определяется типом TLR, от которого передается сигнал. Так, практически все TLR (TLR2 и его корецепторы - TLR1 и TLR6, а также TLR4-9, TLR11), связываясь с собственными лигандами, способны активировать NF-kB - один из основных факторов, регулирующих экспрессию таких провоспалительных цитокинов, как IL-1, -6, -8 и др. К активации другого семейства провоспалительных транскрипционных факторов - IRF приводит передача сигнала через TLR3, 4, 7-9. Сигналы, передаваемые через TLR3 или TLR4, ведут к активации IRF3, который регулирует экспрессию IFN-в и считается критическим компонентом противовирусных иммунных реакций. Передача сигналов посредством TLR7-9 ведет к активации IRF5 и IRF7 и экспрессии IFN-б, который также играет жизненно важную роль в противовирусной защите. Сигнализация через TLR2 или TLR5 не ведет к активации факторов семейства IRF.

Таким образом, взаимодействие TLR определенно го типа с собственным лигандом инициирует запуск сигнального каскада, который приводит к активации экспрессии специфического сочетания генов (цитокинов, антимикробных молекул и т.д.). Однако в настоящее время многое в активации TLR-зависимых сигнальных путей и в развитии последующих эффектов остается непонятным. В доступной научной литературе отсутствуют данные, характеризующие полные транскриптомные и протеомные изменения, которые происходят в ответ на активацию определенных ТLR.

3. Функции TLR

ТLR по выполняемым в организме функциям относят к семейству PRR, которые опосредуют специфическое распознавание эволюционно консервативных структур патогенов (PAMP - pathogen associated molecular patterns). Связываясь с РАМР, TLR активируют систему врожденного иммунитета и во многом определяют развитие адаптивного иммунитета. Наиболее консервативная роль ТLR - активация антимикробного иммунитета в коже, слизистых оболочках респираторного, гастроинтестинального и урогенитального тракта.

ТLR распознают микробные молекулы, что приводит к развитию воспалительных реакций, вызванных активацией фактора NF-kB, который регулирует экспрессию провоспалительных цитокинов (TNF-б, IL-1, IL-6 и др.) и хемокинов (MCP-1, MCP-3, GMCSF и др.).

TLR вовлечены в транскрипционную и посттрансляционную регуляцию (протеолитическое расщепление и секрецию) таких антимикробных факторов, как дефензины (б и в), фосфолипаза А2, лизоцим и др. TLR усиливают поглощение микроорганизмов фагоцитами и оптимизируют их инактивацию, регулируя выброс перекисных радикалов и оксида азота.

Известно, что TLR, находящиеся на поверхности эндотелиальных клеток, опосредованно обеспечивают миграцию лейкоцитов в очаг воспаления, стимулируя экспрессию молекул адгезии лейкоцитов - Е-селектина и ICAM-1.

Стимуляция TLR прямо ведет к увеличению продукции интерферонов (IFN)-б/в как стромальными, так и гемопоэтическими клетками, что важно для защиты организма от вирусных и некоторых бактериальных инфекций. Более того, недавно было установлено, что TLR, активируя ряд молекул (FADD, каспаза 8, протеинкиназа R (PKR)) или стимулируя экспрессию IFN-б/в, могут индуцировать развитие апоптоза - важного механизма, защищающего клетки от патогенных микроорганизмов.

Показано, что TLR играют центральную роль в регуляции адаптивного иммунного ответа. Так, TLR-зависимая активация профессиональных антигенпредставляющих дендритных клеток является определяющим моментом в нескольких принципиальных для развития адаптивного иммунитета процессах: активации зрелых T-клеток; процессинга и презентации микробных антигенов; повышении экспрессии костимуляторных молекул (СD80, CD86), необходимых для активации наивных CD4+-Tклеток; подавлении регуляторных T-клеток посредством продукции IL-6. Также известно, что TLRзависимая активация важна для пролиферации и созревания В-клеток во время инфекции.

Таким образом, ТLR выполняют в организме важную роль, которая заключается в развитии воспалительных реакций (активации врожденного иммунитета) в ответ на попадание в организм самых различных патогенов (простейших, грибов, бактерий, вирусов). Более того, по современным представлениям распознавание патогенов посредством TLR является ключевым моментом в формировании второй линии защиты - адаптивного иммунитета. Также показано, что TLR принимают участие в нормальном функционировании кишечника, они вовлечены в развитие аутоиммунных заболеваний (системная волчанка), артритов, атеросклероза и др. В последнее время получены данные, которые показывают, что TLR способны активировать противоопухолевый иммунитет или, наоборот, стимулировать опухолевую прогрессию.

3.1 Противоопухолевая активность TLR

Многие агонисты ТLR в настоящее время проходят клинические испытания в качестве противоопухолевых средств. Так, природные (оцРНК) и синтетические (имиквимод) агонисты ТLR7 и 8 показали высокую активность в отношении хронического лимфоцитарного лейкоза и опухолей кожи. Лиганд TLR9 - CpG, способен подавлять рост лимфом, опухолей головного мозга, почек, кожи. А лиганд TLR3 - poly(IC) обладает проапоптотическим действием не только в отношении опухолевых клеток, но и клеток окружения (например, эндотелия).

Показано, что агонисты ТLR4 - ЛПС грамотрицательных бактерий и ОК-432 (препарат из стрептококков группы А), обладают высокой противоопухолевой активностью при внутриопухолевом введении. Однако при системном введении оба препарата (ЛПС и ОК432) не обладали способностью блокировать опухолевый рост. В настоящее время препарат ОК-432 проходит вторую стадию клинических испытаний, в качестве средства против колоректальных опухолей и рака легкого. Также показано, что OM-174, химический агонист TLR2/4, способен подавлять прогрессию меланомы и повышать выживаемость экспериментальных животных при совместном введении с циклофосфамидом. В этих экспериментах обнаружено, что агонисты TLR2/4 индуцируют секрецию TNF-б и экспрессию индуцибельной NO-синтазы. Как известно, NO способен индуцировать апоптоз в опухолевых клетках, устойчивых к химиотерапии, и тем самым повышать продолжительность жизни мышей. Еще один известный противоопухолевый препарат микробного происхождения, активирующий TLR-зависимые реакции (TLR2, 4, 9), - БЦЖ. Этот препарат уже более 30 лет относительно успешно применяется в терапии опухолей мочевого пузыря.

В целом, необходимо отметить, что в настоящее время различные агонисты TLR проходят клинические испытания как средства против опухолей различного происхождения.

Один из основных механизмов противоопухолевой активности TLR состоит в их способности стимулировать развитие опухолеспецифического иммунного ответа. Так, активация TLR:

1) стимулирует (прямо или опосредованно) миграцию в опухоль NK-клеток, цитотоксических Т-клеток и Т-хелперов I-го типа, которые вызывают лизис опухолевых клеток при помощи различных эффекторных механизмов (секреция перфоринов, гранзимов, IFN-г и др.);

2) приводит к секреции IFN I типа (IFN-б, в). Еще один вероятный механизм противоопухолевой активности TLR - возможность TLR-зависимого перехода опухолестимулирующего типа макрофагов (М2) в опухолесупрессирующий тип M1. Макрофаги типа М2 характеризуются экспрессией таких цитокинов, как TGF-в и IL-10, компонентов, необходимых для репарации и ремоделирования тканей. TGF-в стимулирует пролиферацию опухолевых клеток, IL-10 направляет развитие иммунного ответа в сторону Th2, блокируя тем самым развитие клеточного противоопухолевого иммунитета. Макрофаги типа М1, напротив, экспрессируют IL-1, -6, -12, TNF-б, IFN-г и стимулируют развитие противоопухолевого клеточного (Th1) иммунного ответа.

3.2 Опухолестимулирующая активность TLR

Как известно, хронические инфекции и воспаление являются важнейшими факторами, стимулирующими развитие злокачественных новообразований. В частности, рак желудка может быть связан с хроническим воспалением, вызванным таким патогеном, как Helicobacter pylori, а хроническое воспаление пищеварительного тракта часто ассоциировано с развитием рака толстой кишки. Более того, показано, что применение нестероидных противовоспалительных препаратов может снижать риск развития некоторых типов злокачественных новообразований.

ТLR служат ключевым звеном системы врожденного иммунитета человека и животных, они участвуют в развитии воспалительных реакций при контакте клеток с различными патогенами. В настоящее время активно изучается роль ТLR в развитии и прогрессии опухолей различного происхождения. ТLR могут быть вовлечены в процесс развития и стимуляции опухолеобразования посредством нескольких механизмов.

Один из важнейших факторов, обусловливающих взаимосвязь хронического воспаления и опухолеобразования - NF-kB. Этот фактор конститутивно активирован более чем в 90% опухолей человека, включая острый и хронический миелоидный лейкоз, рак предстательной железы, множественную миелому, злокачественную гепатому (рак печени) и т.д.

В связи с этим агенты, способные активировать NF-kB, могут непосредственно участвовать в процессе развития и прогрессии опухоли. Как известно, взаимодействие патогенов с ТLR на поверхности клетки приводит к активации NF-kB и экспрессии NF-kB-зависимых генов, что и обусловливает участие TLR в стимуляции канцерогенеза. Активация NF-kB приводит к повышению продукции цитокинов IL-1, IL-2, IL-6, IL-10, TNF-б; миграции клеток иммунной системы к месту воспаления в результате повышения продукции хемокинов; «поддержанию» хронического воспаления; повышению продукции антиапоптотических факторов и т.д. Указанные свойства могут обеспечивать выживаемость и прогрессию опухоли за счет подавления апоптоза и цитотоксичности, а также индукции ангиогенеза.

В настоящее время известно, что уровень ТLR повышен в клетках различных опухолей, и у мышей с нокаутом генов ТLR снижена частота образования индуцируемых опухолей. Более того, повышение экспрессии ТLR на поверхности клеток опухоли предстательной железы или опухоли головы и шеи может стимулировать их пролиферацию.

Huang и соавт. показали, что Listeria monocytogenes обладает прямым опухолестимулирующим действием, связанным с ее способностью активировать TLR2-зависимые сигнальные пути в клетках рака яичника. Более того, TLR2-зависимая активация NF-kB, вызванная L. monocytogenes, приводила к повышению устойчивости опухолевых клеток к действию химиотерапевтических препаратов.

Взаимосвязь TLR2 с опухолевой прогрессией подтверждена в еще одном независимом исследовании, в котором Karin и соавт. доказали ключевую роль этого рецептора в метастазировании рака легкого. Оказалось, что у мышей с нокаутом гена TLR2 метастазирование и прогрессия опухолей происходит значительно медленнее, чем у мышей дикого типа. Ключевую роль в прогрессии рака легкого играли миелоидные клетки, экспрессирующие TNF-б в ответ на их стимуляцию версиканом (протеогликаном внеклеточного матрикса, лиганда TLR2, уровень которого повышен в опухолевых клетках многих типов). В наших исследованиях также изучали роль TLR2 в опухолевой прогрессии. В частности, оказалось, что микоплазменная инфекция (Mycoplasma arginini) или добавление структурных компонентов (ЛАМБ) этого возбудителя к клеткам, экспрессирующим TLR2, приводит к подавлению в них апоптоза, а также к усилению опухолевого роста в условиях in vivo. Таким образом показано, что TLR могут оказывать опосредованный опухолестимулирующий эффект через клетки миелоидного ряда.

Сходные данные получены и для другого представителя семейства TLR - TLR4. Системное (внутривенное) введение лиганда этого рецептора - ЛПС, стимулировало миграцию опухолевых клеток (аденокарцинома молочной железы) и повышало их инвазивность, а также стимулировало ангиогенез в опухолях. Аналогичные результаты получены на другой модели - аденокарциноме кишечника: ЛПС увеличивал выживаемость клеток опухоли, стимулировал их пролиферацию, а при интраперитонеальном введении усиливал метастазирование. Более того, Huang и соавт. показали, что опухолевые клетки, экспрессирующие TLR4, вызывают значительно более агрессивное течение заболевания (сокращение времени жизни животных) по сравнению с мышами изогенной линии, у которых TLR4 инактивирован специфической миРНК. Полученные данные позволили предположить, что на прогрессию TLR4-позитивных опухолей могут влиять эндогенные лиганды (белки теплового шока; в-дефензины; эндогенный ЛПС, забрасываемый из кишечника), что отчасти напоминает ситуацию с опухолестимулирующим действием TLR2 и его лигандом эндогенного происхождения - версиканом.

Однако данные, иллюстрирующие опухолестимулирующее действие TLR, получены не только для TLR2 и 4. Известно, что повышенная экспрессия TLR5 и TLR9 на клетках эпителия шейки матки может быть ассоциирована с прогрессией рака шейки матки. Высокий уровень экспрессии TLR9 обнаружен в клинических образцах рака легкого и в линиях опухолевых клеток. В этих клетках стимуляция TLR9 специфическими агонистами приводила к повышению продукции опухоль-ассоциированных цитокинов. На поверхности клеток опухоли предстательной железы человека также повышен уровень TLR9. Обработка таких клеток CpG-олигодезоксинуклеотидами (ODN-CpG) или бактериальной ДНК, служащих лигандами для TLR9, способствовала повышению инвазии опухолевых клеток. Повышение инвазии опухолевых клеток в результате активации TLR9 можно рассматривать как новый механизм, посредством которого хронические инфекции могут стимулировать рост клеток опухоли предстательной железы.

Однако способностью стимулировать канцерогенез через взаимодействие с TLR обладают не только различные инфекционные агенты и их структурные компоненты. Как известно, лигандами для ТLR cлужат также DAMP - ядерные и цитоплазматические белки клеток, подвергшихся некрозу. Высвобождаемые из поврежденных клеток DAMP могут распознаваться различными TLR на поверхности иммунных клеток, а последующая активация TLRзависимых сигналов способна приводить к подавлению противоопухолевого иммунного ответа и, как следствие, к стимуляции прогрессии опухоли.

К таким молекулам, обладающим потенциальным опухолестимулирующим действием, относятся: белки теплового шока (HSP60, 70), АТР и мочевая кислота, семейство Ca2+-модулирующих белков (S100), белок HMGB1 и нуклеиновые кислоты, из которых наиболее хорошо изучен ДНК-связывающий белок HMGB1. Высвобождаемый в результате повреждения клеток белок HMGB1 активирует иммунную систему через взаимодействие с TLR. На культурах клеток показано, что белок HMGB1 стимулирует рост клеток меланомы, рака молочной железы, толстой кишки, поджелудочной и предстательной железы. HMGB1 способен активировать TLR2 и TLR4 на опухолевых клетках и клетках иммунной системы и, как следствие, индуцировать опухолевую прогрессию и метастазирование.

Показано, что в клетках меланомы повышена экспрессия таких DAMP, как белки семейства S100, способные стимулировать рост и самих клеток меланомы, и лимфоцитов периферической крови, действуя как аутокринный фактор роста опухоли. Белок S100A4, служащий лигандом для TLR, стимулирует метастазирование клеток рака молочной железы, а его повышенная экспрессия является показателем плохого прогноза. Несмотря на взаимосвязь S100A4 с метастазированием, этот белок может экспрессироваться макрофагами, лимфоцитами и фибробластами. Недавние исследования показали, что белки S100A8 и S100A9, продуцируемые первичной опухолью, способны активировать сывороточный амилоид А (SAA) 3 в легочных тканях и создавать тем самым условия для образования метастатической ниши. SAA3 служит лигандом для TLR4 на эндотелиальных клетках легкого и макрофагах. Активация TLR4 облегчает миграцию опухолевых клеток из первичного очага в ткань легкого за счет формирования микроокружения, способствующего росту опухоли. Таким образом, подавление сигнального пути S100-TLR4 может эффективно противодействовать образованию метастазов в легком.

Суммируя описанные эффекты, можно сделать вывод о способности TLR, с одной стороны, прямо или опосредованно участвовать в опухолевой прогрессии, а с другой - повышать устойчивость опухолевых клеток к проапоптотическим воздействиям.

Представленные данные показывают, что опухолестимулирующие эффекты TLR и их лигандов имеют сложный механизм, который необходимо изучать более детально. Однако, несмотря на сложность данного вопроса, можно выделить несколько ключевых моментов, определяющих опухолестимулирующее действие TLR:

1) взаимодействие TLR c собственными лигандами индуцирует активацию транскрипционного фактора NF-kB и, как следствие, повышение продукции различных провоспалительных цитокинов (IL-6, MCP-1, MIF, GROб и др.), а также ряда антиапоптотических белков, тем самым способствуя прямому или опосредованному опухолестимулирующему действию;

2) TLR-зависимая активация миелоидных клеток и их предшественников, по-видимому, является определяющим фактором в формировании метастазов. В серии независимых работ показано, что миелоидные клетки, мигрирующие из костного мозга (в ответ на эндогенную стимуляцию) в ткани, играют ключевую роль в формировании метастатических ниш. Поскольку известно, что эндогенные (версикан, фибронектин и др.) и экзогенные (микробного происхождения) лиганды TLR способны, с одной стороны, стимулировать миелоидные клетки и их предшественники, а с другой - увеличивать метастатический потенциал опухоли, то можно с высокой вероятностью предположить существование взаимосвязи между TLR-зависимой активацией миелоидных клеток и их последующим участием в метастазировании;

3) активация TLR может стимулировать ангиогенез через такие антигенные факторы, как IL-8, фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF) и матриксные металлопротеиназы (MMP), а также усиливать адгезивные и инвазивные свойства опухолевых клеток наряду с увеличением проницаемости сосудов.

Размещено на Аllbest.ru

...

Подобные документы

Открытие связи между иммунной и нервной системами организма. Глутаматные рецепторы в нервной системе и их назначение. Молекулярные реакции активируемого нейрона. Причины и последствия нейротоксичности NMDA-рецепторов. Отграничение живых нейронов.

реферат , добавлен 26.05.2010


Цитокины и их клеточные рецепторы. Фагоцитоз как важный компонент антимикробной защиты. Выбор эффекторных механизмов клеточного иммунитета. Сетевые взаимодействия цитокинов. Реакции, направленные на устранение инфицированных вирусами клеток организма.

реферат , добавлен 28.09.2009


Характеристика дофамина, его свойств и функций в организме человека; обеспечение когнитивной деятельности. Классификация дофаминовых рецепторов: виды, локализация. Описание механизмов действия и побочных эффектов различных дофаминергических средств.

презентация , добавлен 15.06.2015


Роль тучных клеток в регуляции гомеостаза организма. Локализация тучных клеток, их медиаторы. Секреция медиаторов и их функции. Основные типы тучных клеток. Рецепторы и лиганды, эффекты медиаторов. Участие тучных клеток в патологических процессах.

презентация , добавлен 16.01.2014


Морфологические проявления развития воспалительной реакции организма на туберкулезную инфекцию. Исследование ферментативных реакций, от активности которых зависит функциональное состояние всех органов и организма в целом. Роль клеток соединительной ткани.

реферат , добавлен 15.09.2010


Дженнер как основоположник учения об иммунитете. Неспецифические клеточные и гуморальные защитные механизмы. Специфические иммунные системы. Органы иммунитета: вилочковая железа (тимус), костный мозг, лимфатические узлы, лимфоидная ткань селезенки.

реферат , добавлен 04.02.2010


Вещества, способные вызвать состояние аллергии. Иммунные реакции организма. Формирование антигенспецифических клонов. Реакции гиперчувствительности замедленного типа. Стадия патофизиологических изменений. Основные методы лечения аллергических болезней.

реферат , добавлен 07.10.2013


Оценка эффективности и безопасности лечения артериальной гипертензии у пациентов ингибиторами АПФ, блокаторами рецепторов к ангиотензину, диуретиками. Ознакомление с результатами терапии лизиноприлом, лозартаном, верапамилом, бетаксололом, гипотиазидом.

реферат , добавлен 24.07.2014


Определение понятия "эндометриоз". Участие в механизме заболевания клеточных ферментов, рецепторов к гормонам, а также генных мутаций. Этиология, патогенез, классификация и клиническая картина генитального эндометриоза. Диагностика и лечение заболевания.

презентация , добавлен 23.09.2014


Биоэлектрические явления в нервных клетках. Характеристика рецепторов, их виды и специфичность, понятия "нейромедиатор", "мессенджер", структура и механизм их действия. Влияние фармакологических агентов при лечении заболеваний центральной нервной системы.

2.2. Распознавание чужого в системе врожденного иммунитета

in vivo на нокаутных животных по генам TLR (по исчезновению способности обеспечивать защиту от тех или иных патогенов). Связывающие участки TLR обладают достаточно высоким сродством к лигандам. Эти участки представляют собой подковообразные структуры, наружная часть которых образована а-спиралями, а внутренняя - связывающая лиганд - р-слоя- ми. Данные о специфичности и локализации TLR человека схематически отражены на рис. 2.11.

Чаще всего TLR распознают липидсодержащие структуры, олигонуклеотиды и углеводы; реже всего - белки (например, флагеллин в случае TLR-5). Достаточно сложно происходит образование комплекса при распознавании бактериального ЛПС рецептором TLR-4 (см. рис. 2.10). Для распознавания ЛПС прежде всего требуется его высвобождение из клеточной стенки бактерии, после чего он образует комплекс с сывороточным фактором LBP (LPS-binding complex - ЛПС-связывающий комплекс). LBP обладает сродством к мембранной молекуле CD14, что обеспечивает взаимодействие с ней комплекса ЛПС-LBP. Затем этот комплекс (уже прикрепленный к мембране через липид А, входящий в состав ЛПС) связывается с внутренней (гидрофобной) поверхностью молекулы MD2, своей наружной поверхностью взаимодействующей с внутренней поверхностью «подковы» TLR-4 (т.е. фактически TLR-4 распознает не ЛПС, а MD2). Сходная роль корецепторных молекул выявлена при распознавании паттернов TLR-2; в этом случае в качестве корецепторов выступают молекулы CD14, CD36 и интегрин avP3 (витронектин). По-видимому, для распознавания паттернов TLR необходимо участие дополнительных молекул.
Некоторые TLR распознают нуклеиновые кислоты и структуры, сходные с нуклеотидами, что важно для распознавания как вирусов, так и бактерий. Так, TLR-3 распознает двуспиральную РНК, характерную для большинства вирусов, а TLR-9 - участки ДНК, обогащенные неметилированными последовательностями CpG (Cytidine-Phosphate-Guanosine - цитидин-фос- фат гуанозин), характерными для ДНК бактерий. TLR-7 и TLR-8 обладают сродством к имидазохолиновым и гуанозиновым производным (например, при взаимодействии с ними TLR-7 мобилизуется противовирусная защита). Учитывая структурное родство этих производных с вирусной ДНК, считают, что TLR-7 и TLR-8 участвуют в распознавании односпиральной вирусной РНК. Все 4 типа TLR, распознающих нуклеиновые кислоты (TLR-3, TLR-7, TLR-8, TLR-9), локализованы внутри клетки (см. рис. 2.11). В связи с особенностями структуры трансмембранного участка этих TLR они представлены только на мембране эндоплазматического ретикулума, но не на плазмолемме. При эндоцитозе материала, содержащего PAMP, происходит мобилизация TLR из мембраны ретикулума в мембрану фаголизосомы, где они распознают паттерны и передают сигнал внутрь клетки. Локализация TLR-3, TLR-7, TLR-8, TLR-9 не на поверхности клетки, а в фаголизосоме предохраняет от распознавания собственных нуклеиновых кислот, что чревато развитием аутоиммунной патологии. Собственные ДНК или РНК попадают в фаголизосомы только при усиленном апоптозе. Кроме того, нуклеиновые кислоты, расположенные внутри вирусов и бактерий, становятся доступными для рецепторов только в фаголизосомах, где происходит разрушение патогенов. Экспрессия TLR на клетках врожденного иммунитета описана в табл. 2.10.
В результате распознавания лигандов TLR генерируется активационный сигнал. Решающую роль при этом играет внутриклеточный TIR-домен, а также связанные с ним адапторные молекулы. Процесс передачи сигнала от TLR будет рассмотрен в контексте активации клеток врожденного иммунитета (см. раздел 2.2.4).
Таблица 2.10. Экспрессия Толл-подобных рецепторов на клетках иммунной системы

Рецептор	Типы клеток									Влияние активации на экспрессию
	Моноциты и макрофаги	Нейтрофилы	-0 К Я ¦8- о Я я со О 0	Тучные клетки	Дендритные клетки	Естественные киллеры	я я н ф к « 1 CQ	я я н ф к «	Естественные регуляторные Т-клетки
TLR-1	+	+	+	+	+ (М, П)	+	+	+	+	Конститутивная экспрессия на всех клетках
TLR-2	++	++		+	++(М)				+
TLR-3	++/+*	-	-	-	++(М)	++	-	+	-	Нет усиления
TLR-4	++	++	+	+	++(М)	+			+	Усиление под влиянием патогенассоцииро- ванных молекулярных паттернов и цитокинов
TLR-5	++	+	-	-	+ (М)	+	+	-	+	Нет усиления
TLR-6	++	+	-	+	+(М, П)	+	+	++	+	То же
TLR-7	+	+	+	-	+ (П)	-	-	+	+	Усиление под влиянием цитокинов
TLR-8	++	+	-	-	+ (М)	+	+	-	+	Усиление под влиянием IFNy
TLR-9	+	+	+	-	+ (П)	+	-	+	-	То же
TLR-10	+	+	+	-	+	-	-	+	-	Нет усиления

М - миелоидные;
П - плазмоцитоидные;
* - сильная экспрессия на моноцитах, более слабая на макрофагах.

За последние неполные десять лет в области фундаментальной иммунологии, в частности в исследованиях механизмов врожденного неспецифического иммунитета, были сделаны два выдающихся открытия, которые сейчас по праву рассматриваются в качестве основы врожденной резистентности к инфекционным заболеваниям. Во-первых, было установлено (B. Lemaitre et al., 1996), что белок Toll у дрозофилы, известный ранее как необходимый инструмент в эмбриогенезе мушки, играет важную роль в неспецифической резистентности, в частности защищает ее от инфекции, вызванной грибами рода Aspergillus. В результате по-следующих исследований белки с подобной функцией были обнаружены у млекопитающих, в том числе у человека, и получили название Toll-like (Toll-подобные) рецепторы (TLR). Во-вторых, был описан (A. Poltorak et al., 1998) один из первых таких рецепторов у мышей – TLR4, который авторы идентифицировали как рецептор для липополисахарида (LPS), необходимый мышам для эффективного распознавания и иммунного ответа на грамотрицательные бактерии, у которых LPS является неотъемлемой частью наружной клеточной мембраны. Эти исследования подтвердили наличие распознающего аппарата у клеток врожденного неспецифического иммунитета и указали на центральную роль TLR в первичном распознавании инфекционных патогенов у млекопитающих.

Открытие TLR по своей значимости сравнивают с более ранними открытиями распознающих рецепторов у В- и Т-лимфоцитов. Но, учитывая тот факт, что механизмы врожденного неспецифического иммунитета предшествуют включению механизмов специфического приобретенного иммунитета, полагают, что TLR представляют собой более важные рецепторы в иерархии общей иммунной резистентности.

В настоящее время доказано, что TLR представляют собой семейство мембранных гликопротеинов присутствующих прежде всего на дендритных клетках, макрофагах и полиморфноядерных гранулоцитах. TLR входят в суперсемейство интегральных мембранных гликопротеинов І типа, куда включены также рецепторы к интерлейкину-1 (IL-1R). При сравнении этих двух рецепторов оказалось, что внеклеточные части их существенно различаются: у IL-1R – это три Ig-подобных домена, а у TLR – лейцинобогащенные аминокислотные последовательности. Напротив, цитоплазматический домен TLR имеет высокую гомологию с таковым IL-1R и был назван TIR (Toll-IL-1-рецептор) (J.L. Slack et al., 2000). В общей сложности цитоплазматический домен состоит из приблизительно 200 аминокислот, гомологичные участки которых составляют три отдельных региона (box), необходимые для сигнальной трансдукции, т.е. для передачи сигнала внутрь клетки.

TLR клеток моноцитарно-макрофагального ряда и, прежде всего, дендритных клеток, связываются со своими лигандами и передают сигнал тревоги внутрь клетки, что приводит к включению продукции целого ряда провоспалительных цитокинов и ко-стимуляционных молекул. В итоге развивается воспаление как защитная реакция организма со стороны неспецифического иммунитета и делаются первые шаги по развитию специфического (адаптивного) иммунитета (Sh. Akira, K. Takeda, 2004; B. Beulter, 2004).

Клеточный толл-подобный рецептор 9 (toll-like receptor 9 , TLR9) - один из представителей «первой линии» иммунного ответа организма - специфично связывает вирусные и бактериальные ДНК, образуя характерные m-образные димерные структуры. Взаимодействие с патогенной ДНК происходит благодаря наличию в ней особой составляющей - цитозин-фосфат-гуанин (CpG) динуклеотидного мотива, который избирательно связывается с рецептором в определенных сайтах. Установление кристаллической структуры комплекса «рецептор-мотив» помогло лучше разобраться в особенностях работы этой составляющей врожденного иммунитета.

Подробное исследование особенностей связывания СpG-мотива с рецептором показало, что иммуностимулирующая активность динуклеотида зависит от нескольких важных факторов.

Первым и самым очевидным из них является количество неметилированных последовательностей цитозин-гуанин во «враждебной» ДНК. Чем больше СpG-мотивов присутствует в нуклеотидной цепи бактерии, тем большее количество рецепторов будет ее связывать.

Второй особенностью, которую удалось выявить, является определенный «шаблон» мотива, выражаемый формулой RRCG YY (где С - цитозин, G - гуанин, а R и Y - любые пуриновые и пиримидиновые основания соответственно). Примечательно, что инверсия C и G приводит к образованию только неактивного мономерного комплекса TLR9-СpG, в то время как формирование активного подразумевает димерную m-образную структуру с соотношением рецептор:лиганд равным 2:2 .

Третьим фактором выступает процессинг рецептора, который необходим для образования стехиометрического димера. Если процессинга не было либо он проходил неверно, образовывались практически лишь мономерные формы. Несвязанный димер TLR9 представляет собой так называемую Z-петлю, состоящую из участков, богатых лейцином (leucine-rich repeat, LRR ) (рис. 1).

Механизм связывания СpG-мотива с сайтом рецептора авторы исследования красноречиво окрестили «молекулярным клеем » . Фрагмент одноцепочечной ДНК обвивается вокруг рецептора, начиная с N-конца белковой молекулы и охватывая несколько LRR-сайтов. Именно одна нуклеотидная цепь может плотно облегать необходимые участки TLR9: при попытках использования в экспериментах двухцепочечной ДНК аффинитет рецептора резко снижался.

Сам СpG-мотив, согласно вышеуказанному шаблону представленный в виде гексамера, образовывал сложную систему водородных связей с двумя десятками аминокислот и дополнительно координировался Ван-дер-Ваальсовыми взаимодействиями еще с десятком остатков. Важно, что подобной «атаке с флангов» подвергаются две молекулы ДНК, поскольку связанный комплекс рецептора существует в виде гомодимера (рис. 2). Несмотря на обилие аминокислот, связывающих СpG-мотив, мутации некоторых из них даже по отдельности могут серьезно понизить «налипание» динуклеотида на рецептор .

Чем может быть полезно такое глубинное выявление особенностей работы TLR9? Конечно же, созданием таргетных препаратов для стимуляции или, наоборот, ингибирования активности этих рецепторов. Нарушения в работе иммунной системы (как в сторону активации, так и супрессии) лежат в основе множества инфекционных и аутоиммунных заболеваний. Знание структуры и механизмов работы участников врожденного иммунитета, несомненно, позволит проводить их регуляцию и возвращать «сбившиеся» параметры в норму.