Кіріспе

Иммундық жүйе ақуыздарының класы. Toll-тәрізді рецепторлар (ТЛР) – туа біткен иммундық жүйеде маңызды рөл атқаратын ақуыздар класы. Олар, әдетте макрофагтар және дендриттік жасушалар сияқты күзетші жасушаларда экспрессияланатын, бір қабатты рецепторлар болып табылады және микробтардан алынған, құрылымдық тұрғыдан сақталған молекулаларды таниды. Бұл микробтар тері немесе ішек жолының шырышты қабығы сияқты физикалық тосқауларға жеткен кезде, оларды ТЛР таниды, бұл иммундық жасушалардың реакциясын белсендіреді. ТЛР-ге TLR1, TLR2, TLR3, TLR4, TLR5, TLR6, TLR7, TLR8, TLR9, TLR10, TLR11, TLR12 және TLR13 кіреді. Адамдарда TLR11, TLR12 және TLR13 гендері болмайды, ал егеуқұйрықтарда TLR10 үшін функционалды ген жоқ. TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 және TLR10 рецепторлары жасуша мембранасында орналасқан, ал TLR3, TLR7, TLR8 және TLR9 жасуша ішіндегі көпіршіктерде орналасқан (өйткені олар нуклеин қышқылының сенсорлары). ТЛР өз атауын toll генімен кодталған ақуызға ұқсастығынан алған.

Функция

Иммундық жүйенің патогендермен кеңінен ортақ молекулаларды тану қабілеті, ішінара, дендриттік жасушалар, макрофагтар, табиғи өлтіруші жасушалар, бейімделген иммунитеттің T жасушалары және B жасушалары, сондай-ақ иммундық емес жасушалар (эпителийлік және эндотелийлік жасушалар, және фибробластар) сияқты лейкоциттердің мембраналарында экспрессияланатын толь сияқты рецепторлар (TLR) деп аталатын иммундық рецепторлардың болуымен байланысты. Лигандтардың – вакцинацияда қолданылатын адъюванттар түрінде немесе табиғи инфекция кезінде инвазивті бөліктер түрінде – TLR-ға байланысуы, туа біткен иммундық жауаптарға және антигенге қатысты иелену иммунитетінің дамуына әкелетін негізгі молекулалық оқиғаларды белгілейді. Белсендірілгеннен кейін TLR-лар иммундық жасушаның цитозолында антигендік сигнал беру жолын тарату үшін адапторлық ақуыздарды (басқа ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін ақуыздар) тартады. Бұл тартылған ақуыздар кейіннен басқа төменгі ағындағы ақуыздарды, соның ішінде ақуыз киназаларын (IKKi, IRAK1, IRAK4 және TBK1) белсендіруге жауапты болады, олар сигналды одан әрі күшейтеді және нәтижесінде қабыну реакцияларын және басқа да транскрипциялық оқиғаларды басқаратын гендердің жоғарылатуына немесе басуына әкеледі. Кейбір оқиғалар цитокин өндірісіне, көбеюіне және тірі қалуына, ал басқалары жоғары бейімделген иммунитетке әкеледі. Флагеллин, TLR5 лиганды, адам T жасушаларындағы TLR5-пен өзара әрекеттескенде цитокин секрециясын тудырады. TLR-лар, Интерлейкин 1 рецепторларымен бірге рецепторлардың суперотбасын құрайды, ол "интерлейкин 1 рецептор / толь сияқты рецепторлар суперотбасы" деп аталады; осы отбасының барлық мүшелерінде ортақ TIR (тольдік IL 1 рецептор) домені болады. TIR домендерінің үш кіші тобы бар. 1-ші кіші топтағы TIR домендері бар ақуыздар – макрофагтар, моноциттер және дендриттік жасушалар өндіретін интерлейкиндерге арналған рецепторлар және олардың барлығында жасушадан тыс иммуноглобулин (Ig) домендері бар. 2-ші кіші топтағы TIR домендері бар ақуыздар классикалық TLR-лар болып табылады және микробиологиялық молекулалармен тікелей немесе жанама байланысады. TIR домендерін қамтитын ақуыздардың үшінші кіші тобы – 1-ші және 2-ші кіші топтардағы ақуыздардан сигнал беруді қамтамасыз ететін, эксклюзивті цитозолдық адапторлық ақуыздардан тұрады.

Үлкен отбасы

TLR омыртқалылар да, омыртқасыздар да кездеседі. TLR-дің молекулалық құрылымдық блоктары бактериялар мен өсімдіктерде кездеседі, ал өсімдіктердің үлгіні тану рецепторларының инфекцияға қарсы қорғанысқа қажеттілігі белгілі. Осылайша, TLR иммундық жүйенің ең көне, сақталған компоненттерінің бірі болып көрінеді. Соңғы жылдары TLR сүтқоректілердің жүйке жүйесінде де анықталды. TLR отбасының мүшелері глиа, нейрондар және нейропрогенеторлық жасушаларда табылды, олар жасуша тағдырын реттеуге қатысады. Көптеген сүтқоректілерде оннан он бесқарарым түрге дейін TLR бар екендігі анықталды. Адам мен тышқанда 13 TLR (TLR1-ден TLR13-ге дейін) анықталды, олардың көпшілігі басқа сүтқоректілерде де кездеседі. Дегенмен, адамда кездесетін кейбір TLR-лердің теңдес түрлері барлық сүтқоректілерде кездеспейді. Мысалы, адамдағы TLR10-ға ұқсас ақуызды кодтайтын ген тышқанда бар, бірақ бұрын ретровирустың салдарынан зақымдалған сияқты. Керісінше, тышқандар 11, 12 және 13 TLR-ді экспрессиялайды, олардың ешқайсысы адамдарда табылмайды. Басқа сүтқоректілерде адамдарда кездеспейтін TLR-лер болуы мүмкін. Сүтқоректі емес түрлерде сүтқоректілерден ерекшеленетін TLR-лер болуы мүмкін, мысалы, Takifugu pufferfish-те кездесетін жасуша қабырғасына қарсы TLR14. Бұл жануарларды адамның туа біткен иммунитетін зерттеуде модель ретінде пайдалануды қиындатуы мүмкін. Иммунитеттегі toll сигналдауы алғаш рет жеміс шыбыны (Drosophila melanogaster) арқылы көрсетілді. Жеміс шыбындары тек туа біткен иммундық жауаптарға ие, бұл сигнал транскрипциясында бейімделген иммундық механизмдердің араласуын болдырмауға мүмкіндік береді. Шыбынның саңырауқұлақ немесе бактериялық инфекцияға жауабы екі түрлі сигнал каскады арқылы жүзеге асады, олардың бірі toll жолы, ал екіншісі – иммундық жетіспеушілік жолы. Toll жолы сүтқоректілердің TLR сигналдауына ұқсас, бірақ сүтқоректілердің TLR-лерінен айырмашылығы, toll патогенмен байланысты молекулалық үлгілер (PAMP) арқылы тікелей белсендірілмейді. Оның рецепторлық эктодомены цитокиннің бөлінген түрін таниды, ол гемолимфада белсенді емес димерлік прекурсор ретінде секрецияланады. Toll рецепторы цитоплазмалық TIR доменін сүтқоректілердің TLR-лерімен бөліседі, бірақ эктодомен және интрацитоплазмалық құйрығы әртүрлі. Бұл айырмашылық осы рецепторлардың PRR емес, цитокин рецепторлары ретіндегі функциясын көрсетеді. Toll жолын Грам-оң бактериялар, саңырауқұлақтар және вирулентті факторлар сияқты әртүрлі стимулдар белсендіреді. Біріншіден, Spätzle өңдеу ферменті (SPE) инфекцияға жауап ретінде белсендіріледі және Spätzle (spz) бөлінеді. Бөлінген Spätzle содан кейін toll рецепторына байланысып, оның эктодомендерін байланыстырады. Бұл рецепторда конформациялық өзгерістерді тудырады, нәтижесінде toll арқылы сигнал беріледі. Осы сәттен бастап сигнал каскады сүтқоректілердің TLR арқылы сигнал беруіне өте ұқсас. Toll-индуцирленген сигнализациялық кешен (TICS) MyD88, Tube және Pelle (сүтқоректі IRAK-ның ортологы) құрамында. TICS сигналы содан кейін Cactus-қа (сүтқоректі IκB-ның гомологы) аударылады, фосфорилденген Cactus полиубиквитиляцияланады және ыдырайды, бұл DIF-тің ядролық транслокациясына (dorsal related immunity factor; сүтқоректі NF κB-ның гомологы) және drosomycin сияқты микробқа қарсы пептидтер (AMP) гендерінің транскрипциясын индукциялауға мүмкіндік береді. Drosophila-да 9 toll отбасы және 6 spz отбасы гендері бар, олар әртүрлі дәрежеде өзара әрекеттеседі.

TLR2

TLR2 сондай-ақ CD282 (дифференциациялау 282 кластері) деп те аталады.

TLR3

TLR3 MyD88 тәуелді жолын қолданбайды. Оның лиганды – ретровирустық екі тізбекті РНК (dsRNA), ол TRIF тәуелді сигналдық жолды белсендіреді. Бұл жолдың ретровирустық қайта бағдарламалаудағы рөлін зерттеу үшін TLR3 немесе TRIF құлату әдістері дайындалды және нәтижелер ретровирустың экспрессиялық векторы арқылы мақсатты гендердің толыққанды экспрессиясын индукциялау үшін тек TLR3 жолы қажет екенін көрсетті. Бұл ретровирустық экспрессия төрт транскрипциялық факторды (Oct4, Sox2, Klf4 және c Myc; OSKM) соматикалық жасушаларда плюрипотенттілікті тудырады. Бұл ретровирустық векторларды пайдалана отырып, адам индуцирленген плюрипотентті түбірлі жасушаларын (iPSC) жасау тиімділігі мен мөлшерінің пептидті тежегіштермен жолдың жойылуы немесе TLR3 немесе оның адапторлық ақуызы TRIF-тің shRNA арқылы жойылуы арқылы төмендегенін көрсететін зерттеулермен расталады. Қорытындылай келе, TLR3 стимуляциясы хроматин құрылымын өзгертуге және ядролық қайта бағдарламалауға елеулі өзгерістер әкеледі, ал бұл өзгерістер үшін қабыну жолдарының белсендірілуі, плюрипотентті гендердің индукциясы және адам индуцирленген плюрипотентті түбірлі жасушалар (iPSC) колонияларының құрылуы қажет.

TLR11

Жоғарыда айтылғандай, адам жасушалары TLR11-ді өндірмейді, бірақ егеуқұйрық жасушалары өндіреді. Егеуқұйрыққа тән TLR11 уропатогенді E. coli және апикомплекс паразиті Toxoplasma gondii-ді таниды. Toxoplasma үшін оның лигандысы – профилин ақуызы, ал E. coli үшін – флагелин. Ішек патогені Salmonella-дан алынған флагелин де TLR11-мен танылады.

Лигандтар

Толь тәрізді рецепторлардың (және басқа да туа біткен иммундық рецепторлардың) ерекшелігіне байланысты, олар эволюция барысында оңай өзгермейді. Сондықтан, бұл рецепторлар қауіптермен (яғни патогендер немесе жасушалық стресс) үнемі байланысты болатын молекулаларды таниды және осы қауіптерге өте ерекше (яғни, физиологиялық жағдайларда әдетте өзіндік молекулалармен шатастырылмайды). Бұл талапқа сай келетін патогенмен байланысты молекулалар патогеннің функциясы үшін маңызды және мутациялар арқылы өзгерту қиын деп есептеледі; олар эволюциялық тұрғыдан сақталған. Патогендердегі сақталған ерекшеліктерге бактериялық жасуша бетіндегі липополисахаридтер (LPS), липопротеиндер, липопептидтер және липоарабиноманнан; бактериялық флагелладан флагеллин сияқты ақуыздар; вирустардың екі тізбекті РНК; бактериялық және вирус ДНҚ-сының метилирленбеген CpG аралдары; сондай-ақ эукариоттық ДНҚ промоторларында кездесетін CpG аралдары, басқа РНК және ДНҚ молекулалары жатады. ТЛР лигандтары көптеген патогендерде кездесетін болғандықтан, олар патогеннен алынған вакциналарда да (мысалы, қызылша, тұмау, полиомиелит вакциналары) болуы мүмкін. Көптеген коммерциялық вакциналардың ТЛР лигандтарының иммундық жасушалардың әртүрлі топтарын белсендіру қабілеті бағаланған. Көптеген ТЛР үшін лигандтарды тану ерекшелігі гендік таргеттеу (немесе "гендік нокаут") арқылы анықталды: бұл әдіс тышқандарда жеке гендерді іріктеп жоюға мүмкіндік береді. Белгілі ТЛР лигандтарының шолуы жоғарыдағы кестеде келтірілген.

Эндогенді лигандтар

Толь тәрізді рецепторлардың белсенділігінен туындайтын стереотиптік қабыну реакциясы, толь тәрізді рецепторлардың эндогендік активаторлары аутоиммундық ауруларға қатысуы мүмкін деген пікірге әкелді. ТЛР-лар фибриноген (қан ұюына қатысатын), жылулық шок ақуыздары (ЖША), HMGB1, жасушадан тыс матрица компоненттері және өз ДНК-сы (әдетте нуклеазалармен ыдырайды, бірақ қабыну және аутоиммундық жағдайларда эндогендік ақуыздармен кешен құрап, осы нуклеазаларға төзімді болып, TLR7 немесе TLR9 ретінде эндосомалық ТЛР-ларға жете алады) сияқты организмнің молекулаларына байланысты деп саналады. Бұл эндогенді лигандтар көбінесе физиологиялық емес жасуша өлімі салдарынан пайда болады. ТЛР сигнализациясы екі ерекше сигнализациялық жолға – MyD88 тәуелді және TRIF тәуелді жолдарға бөлінеді.

MyD88-ге тәуелді жол

MyD88 тәуелді жауабы TLR-лардың димеризациялануы нәтижесінде пайда болады және TLR3-тен басқа барлық TLR-лар үшін қолданылады. Оның басты әсері – NFκB және митогенге жауап беретін протеинкиназаның белсендірілуі. Рецепторға лигандтың байланысуы және оның құрылымдық өзгеруі TIR отбасының мүшесі – MyD88 адапторлық ақуызын тартады. MyD88 кейін IRAK4, IRAK1 және IRAK2 ақуыздарын тартады. IRAK киназалары TRAF6 ақуызын фосфорилдеп, белсендіреді, ол өз кезегінде TAK1 ақуызын полиубиквинаттайды, сондай-ақ IKKβ-ға байланысуын жеңілдетеді. Байланысқанда TAK1 IKKβ-ны фосфорилдейді, ал IKKβ IκB-ны фосфорилдейді, бұл оның ыдырауына алып келеді және NFκB-ның жасуша ядросына таралуына, содан кейін транскрипцияға және қабыну цитокиндерін индукциялауға мүмкіндік береді.

TRIF-ке тәуелді жол

TLR3 және TLR4 екеуі де TRIF тәуелді жолды қолданады, оны тиісінше қос тізбекті РНК (dsRNA) және липополисахарид (LPS) іске қосады. TLR3 үшін қос тізбекті РНК рецепторды белсендіндіреді, нәтижесінде адаптер TRIF тартылады. TRIF TBK1 және RIPK1 киназаларын белсендіреді, бұл сигнал беру жолында тармақталуға алып келеді. TRIF/TBK1 сигналдық кешені IRF3-ті фосфорилейді, оның ядроға транслокациялануына және I типті интерферон өндірісіне жағдай жасайды. Сонымен қатар, RIPK1-дің белсенділігі MyD88 тәуелді жолындағыдай TAK1 және NFκB транскрипциясының полиубиквитинациясына және белсенділігіне әкеледі. Жақында ресиквимод қатерлі ісіктерді иммунотерапиялық емдеу құралы ретінде зерттелуде, ол ісікке қатысты макрофагтарды стимуляциялау арқылы әрекет етеді. Бірнеше TLR лигандтары клиникалық сынақтардан өтуде немесе вакциналарға қосымша зат ретінде жануарлар моделінде сыналуда, ал 2017 жылы адамдарда қолданылған алғашқы клиникалық жағдай – монофосфорил липид А компонентін қамтитын рекомбинантты герпес зостер вакцинасы болды. Ауыз және тырнақ ауруының табиғи ошағында сүт шаруашылығы жануарларында TLR7 мессенджер РНК экспрессиясының деңгейі жоғары болғандығы хабарланды. TLR4 опиоидтардың ұзақ мерзімді қосымша әсерлері үшін маңызды екені көрсетілді. Оның белсенділігі TNF α және IL 1β сияқты қабынуды модуляциялайтын заттардың төменгі ағындағы босатылуына әкеледі, ал осы модуляторлардың тұрақты төмен деңгейде босатылуы уақыт өте келе опиоидты емдеудің тиімділігін төмендетуі мүмкін, сонымен қатар опиоидқа төзімділік, гипералгезия және аллодиния дамуына қатысады. Морфинмен шақырылған TLR4 белсенділігі опиоидтардың ауырсынуды басу қабілетін төмендетеді және опиоидқа төзімділік пен тәуелділік, есірткіге құмарлық және тыныс алудың қиындығы, гипералгезия сияқты басқа да жағымсыз әсерлердің дамуын күшейтеді. TNF α немесе IL 1β әсерін жоятын препараттар опиоидтардың анальгетикалық әсерін күшейтеді және төзімділік пен басқа да жағымсыз әсерлердің дамуын азайтады, бұл TLR4-ті жоятын препараттармен де расталған. Опиоидты препараттардың (+) морфин және (+) налоксон сияқты «табиғи емес» энантиомерлері опиоидты рецепторларға жақындық танытпаса да, олардың «қалыпты» энантиомерлері сияқты TLR4-те белсенділікті тудырады. Сондықтан, (+) налоксон сияқты опиоидтардың «табиғи емес» энантиомерлерін μ опиоид рецепторына жақындық танытпайтын опиоидты анальгетиктердің TLR4 белсенділігін тоқтату үшін қолдануға болады.

Ашылу

Микробтар жұқпалы аурулардың себептері ретінде алғаш рет танылған кезде, көпжасушалы организмдер оларды жұқтырғанда тани алатыны және осылайша микробтарға тән молекулаларды тани алатыны бірден анық болды. Өткен ғасырдың басым бөлігін қамтитын көптеген әдебиеттер негізгі молекулалар мен олардың рецепторларын іздеу туралы куәлік етеді. 100 жылдан астам уақыт бұрын Роберт Кохтың шәкірті Ричард Пфайффер эксперименттік жануарларда қызба мен шок тудыруы мүмкін грам-теріс бактериялар өндіретін затты сипаттау үшін "эндотоксин" терминін қолданды. Кейінгі онжылдықтарда эндотоксин химиялық сипатталып, грам-теріс бактериялардың көпшілігі өндіретін липополисахарид (ЛПС) ретінде анықталды. Бұл липополисахарид грам-теріс мембрананың құрамдас бөлігі болып табылады және бактерияның жойылғанда шығарылады. Басқа молекулалар (бактериялық липопептидтер, флагеллин және метилденбеген ДНК) өз кезегінде жанушының әдеттегі қорғаныш реакциясын тудырады. Алайда, егер бұл реакциялар тым ұзақ немесе күшті болса, олар зиянды болуы мүмкін. Бұл молекулалар үшін рецепторлар болуы керек, олар жанушыны инфекцияның бар екендігіне ескерте алады, бірақ олар көп жылдар бойы түсініксіз болды. Қазіргі кезде микробтық инфекциялардың бар екендігіне иммундық жүйені ескертетін негізгі молекулалардың бірі – толь тәрізді рецепторлар. Отбасының прототиптік мүшесі, жеміс шыбығының (Drosophila melanogaster) толь рецепторы (; Tl) 1985 жылы 1995 жылғы Нобель сыйлығының лауреаттары Кристиан Нюсслейн-Вольхард пен Эрик Вишаус және олардың әріптестері анықтады. Ол эмбриогенездегі даму функциясы үшін белгілі болды, ол арқалық-қарнылық осьті орнату арқылы жүзеге асырылды. Ол Кристиан Нюсслейн-Вольхардтың 1985 жылғы "Das ist ja toll!" ("Бұл таңғажайып!"), жеміс шыбығының еміз бөлігіне қатысты айқайынан кейін аталды. 1996 жылы Жюль А. Хоффман және оның әріптестері тольдің саңырауқұлақтың саңырауқұлаққа қарсы иммунитетіне маңызды рөл атқаратынын анықтады, ол микробқа қарсы пептидтердің синтезін белсендіру арқылы жүзеге асты. 1996 жылы Тагучи және оның әріптестері оны хромосомаға картаға түсірді. Ол кезде Drosophila-дағы тольдің иммундық функциясы белгісіз болғандықтан, TIL (қазіргі TLR1) сүтқоректілердің дамуына қатысуы мүмкін деп болжалды. Алайда, 1991 жылы (TIL ашқанға дейін) сүтқоректілердің иммундық функциясында айқын рөл атқаратын молекула, интерлейкин 1 (IL 1) рецепторының да Drosophila-ға гомологиясы бар екендігі байқалды; екі молекуланың цитоплазмалық бөліктері ұқсас болды. 1997 жылы Чарльз Джейнвей мен Руслан Меджитов қазіргі TLR4 деп аталатын толь тәрізді рецептордың антиденелер арқылы жасанды түрде байланысқан кезде бейімделген иммундық жауапты бастауға қажетті белгілі бір гендердің белсендірілуін тудыратындығын көрсетті. Бұл зерттеушілер позициялық клонирлеуді LPS-ке жауап бере алмайтын тышқандардың TLR4 функциясын жоятын мутациялары бар екенін дәлелдеу үшін қолданды. Бұл TLR4-ті LPS рецепторларының негізгі компоненттерінің бірі ретінде анықтады. Өз кезегінде, басқа TLR гендері тышқандарда гендік мақсатқа бағытталған жойылды, негізінен Шидзуо Акира мен оның әріптестерінің зертханасында. Қазір әрбір TLR молекулалардың дискретті жиынтығын анықтайды деп есептеледі – кейбіреуі микробтық, ал кейбіреуі жасушалық зақымдану өнімдері – және инфекциялардың бар екендігі туралы сигнал береді. Тольдің өсімдік гомологтарын 1995 жылы Памела Рональд (күріш XA21) және 2000 жылы Томас Боллер (Arabidopsis FLS2) анықтады. 2011 жылы Бютлер мен Хоффман өздерінің еңбегі үшін медицина немесе физиология саласындағы Нобель сыйлығын алды. Хоффман мен Акира 2011 жылы Канаданың Гайрднер халықаралық сыйлығын алды.