Толл подобные рецепторы. Цитоплазматические рецепторы опознавания паттерна

Согласно сложившемуся представлению, Toll like рецепторы (TLR) — эволюционно консервативные белковые структуры, рассматриваемые как ключевой компонент врожденного и приобретенного иммунитета у млекопитающих.

Открытие Toll-like рецепторов

TLRs впервые выявлены у дрозофилы. Это стало открытием, за которое в 2011 г. авторы Ботлер (США), Хофман (Люксембург) и Стейман (Канада) были удостоены Нобелевской премии. Основная биологическая роль TLRs у дрозофил связана с защитой против инфекций и участием в процессах регенерации. В последующем TLRs выявлены Меджитовым, на клетках млекопитающих было показано, что они имеют общий цитоплазматический домен с интерлейкин 1 рецептором. К настоящему времени TLRs обнаружены у млекопитающих, включая человека, и даже у растений.

Строение Toll-like рецепторов

Все TLRs имеют сходное строение и представляют собой интегральные трансмембранные белки. Поверхностная зона молекулы, ответственная за связывание лиганда, представлена N-концевой областью аминокислотной последовательности из 19—25 повторяющихся участков, обогащенных лейцином. Далее следует переходный участок, отвечающий за прикрепление рецептора к клеточной мембране, обогащенный цистеином. Внутренняя дистальная часть рецептора представлена TIR (Toll/IL- receptor) доменом, получившим свое название из-за одинакового строения этого участка у TLRs и у рецепторов цитокинов семейства IL-1.

Доказательство значимости Toll-like рецепторов

Важное значение участия TLRs в деятельности иммунной системы было доказано в экспериментальных работах на нокаут-мышах, имеющих искусственно вызванные мутации генов различных TLRs. Так, мыши, имеющие мутацию гена, кодирующего TLR4, погибали при инфицировании 1—2 колониеобразующими единицами (КОЕ) Salmonela typhimurium, в то время как у нормальных животных гибель происходила при введении более 2000 КОЕ этих бактерий. В других экспериментах была показана высокая восприимчивость TLR4-дефицитных мышей к Escherichia coli, Neisseria meningitides и Candida albicans. Подобные результаты были получены и при изучении роли TLRs в защите от вирусных инфекций. Опубликованы результаты исследований, в которых показано участие TLRs при развитии опухолей.

Виды Toll-like рецепторов

В зависимости от локализации TLRs в клетке выделяют рецепторы, расположенные на цитоплазматической мембране TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10 и на мембранах внутриклеточных органелл TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 — лизосом, эндосом, аппарата Гольджи. Лигандами рецепторов, локализованных на цитоплазматической мембране, являются поверхностные структуры микроорганизмов — липопротеин, липополисахариды, флагеллин, зимозан.

Участие Toll-like рецепторов во врожденном иммунитете

Участие TOLL LIKE Рецепторов во врожденном иммунитете обеспечивается:

Участие Toll-like рецепторов в приобретенном иммунитете

Участие TOLL LIKE Рецепторов в приобретенном иммунитете обусловлено:

Механизмы Toll-like рецепторов

В состоянии покоя неактивированные TLRs находятся на мембране клеток в мономерном состоянии. После распознавания молекулярных «образов» патогенов TLRs активируют каскад реакций передачи сигнала в ядро клетки: при связывании с лигандом рецептор подвергается димеризации, сопровождающейся изменением конформации TIR-домена, который связывается с адапторной молекулой MyD88 (myeloid differentiation protein 88), необходимой для привлечения киназ семейства IRAK (IL-1 receptor associated kinase). После активации IRAK взаимодействует с внутриклеточным фактором TRAF6 (TNF receptor associated factor 6), в результате чего происходит высвобождение ядерного фактора каппа-В (NF-κB) и транслокация его в ядро клетки. Связываясь с промоторными участками генов, ядерный фактор активирует синтез провоспалительных цитокинов, молекул адгезии, костимулирующих молекул с последующей активацией структур адаптивного иммунитета.

Выживание животных в среде, изобилующей потенциально патогенными для них микроорганизмами, возможно при условии наличия у них совокупности механизмов немедленного распознавания и элиминации микробов, формирующих эволюционно древнюю форму иммунитета, именуемого врожденным (примордиальным, конституциональным, естественным).

Важную роль в становлении врожденного иммунитета играет система детекции (рекогниции, распознавания) чужеродных молекул и их носителей. Значимым достижением последнего десятилетия в этой области исследований являются данные о природе и характере взаимодействия с патогенассоциированными молекулярными паттернами группы рецепторов, известных как Толл-рецепторы (Toll receptors) у Drosophila melanogaster и Толл-подобные рецепторы (Toll-like receptors) у человека и мыши. Подобное экзотическое название рассматриваемой группе рецепторов дала известная немецкая исследовательница, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине за 1996 г. Нюслен-Волхард. «Toll» переводится с немецкого как «невероятно» или «умопомрачительно». Именно так отреагировала Нюслен-Волхард на картину аномального эмбрионального развития Drosophila melanogaster, которую ей продемонстрировали сотрудники лаборатории. Этой группой исследователей анализировалась экспрессия набора генов в эмбриогенезе и их значимость в закладке органов и тканей насекомого (Anderson, 2000). Они широко использовали в своей работе методы молекулярной биологии по включению и выключению генов, имеющих отношение к морфогенезу. Ими было, в частности, выявлено критическое значение в закладке дорсовентральной оси тела дрозофилы рецепторов, которые и получили наименование «Толл-рецепторов». Уже другой группой ученых было установлено, что столь значимые для морфогенеза в эмбриональный период рецепторы у взрослых насекомых (имаго) имеют прямое отношение к формированию рекогносцировочных механизмов врожденного иммунитета (Lemaitre et al., 1996). Как выяснилось далее, взаимодействие компонентов микробных оболочек (липополисахариды, пептидогликаны, липотейхоевые кислоты, глипротеиды микобактерий, маннаны низших грибов) с клетками-носителями Толл-рецепторов инициирует в них процессы синтеза антимикробных пептидов и белков, которые участвуют в киллинге бактерий и низших грибов (Hoffmann et al., 1999). При этом одни рецепторы реагируют на липополисахариды, другие - на компоненты клеточной стенки низших грибов, третьи - на пептидогликаны и т. д. Подобная избирательность реагирования на лиганды патогенов (патогенассоциированных молекулярных паттернов - по: Janeway, 1992) рецепторов иммунных клеток организма определяет прицельность и эффективность иммунного реагирования животных на инфекцию. В последние годы выявлены Толл-подобные рецепторы, участвующие в дискриминации ДНК бактериального и животного происхождения, основанной на детекции степени метилирования цитозина в CpG-napax, которая почти на порядок выше в ДНК эукариот (Aderem, Hume, 2000). Рассматриваемое семейство рецепторов дополняет группу рецепторов, связанных с лектинами и формилметиониловыми пептидами, которые в совокупности обеспечивают эффективное распознавание «не- своего» как у беспозвоночных, так и позвоночных животных системой врожденного иммунитета (табл. 1).

Группа Толл-подобных рецепторов у млекопитающих (человек, мышь) представлена как на поверхности (ТПР2, ТПР4, ТПР5, ТПР6), так и в вакуолярном аппарате (ТПР2, ТПР7, ТПР8, ТПР9) клеток, имеющих отношение к защитным реакциям организма. Толл-подобные рецепторы у позвоночных экспрессируются на клетках мононуклеарной фагоцитирующей системы, дендритных клетках, нейтрофилах, базофилах и тучных клетках, эозинофилах, NK-клетках и эпителиоцитах (Janeway, Medzhitov, 2002), а у насекомых - на клетках жирового тела (функциональный аналог печени позвоночных) и амебоцитах (Hoffmann et al., 2003).

Гены и соответствующие им белки, принадлежащие к семейству Толл-подобных рецепторов, были выявлены и в клетках человека (Medzhitov et al., 1997). В настоящее время известно десять изоформ ТПР у человека и 12 у мыши (Rock et al., 1998; Beutler, 2004). Для многих из них установлены лиганды, а также молекулярные компоненты путей сигнальной трансдукции, приводящих к активации транскрипционных факторов, которые ответственны за регуляцию того или иного набора генов иммунного ответа у животных. У человека и мыши описано четыре адапторных белка, взаимодействующих с TIR-доменами ТПР: MyD88- myeloid differentiation factor 88; MAL/TIRAP- MyD88-adaptor-like/ TIR-associated protein; TR1F - Toll-receptor-associated activator of interferon и TRAM-Toll-receptor-associated molecule. Эти адап- торные белки обеспечивают проведение сигналов с ТПР, 1L1R, IL18R, благодаря гомофильному взаимодействию с TIR-доменами рецепторов, с одной стороны, и доменами смерти серин-тре- ониновых протеинкиназ (IRAK, ТВК1)- с другой (рис. 6, 7). Благодаря этим белкам формируются межбелковые контакты в проксимальных частях путей сигнальной трансдукции, которые завершаются активацией соответствующих транскрипционных факторов (NFkB, IRF3), транслоцирующихся из цитоплазмы в ядро и взаимодействующих со специфическими сайтами в области промоторов и энхансеров генов иммунного ответа.

Клетки иммунной системы человека экспрессируют в различных сочетаниях до десяти разнообразных Толл-подобных рецепторов, каждый из которых участвует в распознавании одного или группы патогенассоциированных молекулярных паттернов. Наибольшее внимание исследователей до настоящего времени было привлечено к ТПР2 и ТПР4. Последний рецептор имеет прямое отношение к распознаванию липополисахарида (эндотоксина) грамотрицательных бактерий, поскольку генетический нокаут его гена (lps) приводит к потере «чувствительности» организма к этому соединению (Poltorak et al., 1998). Мыши с выключенным геном lps резистентны к септическому шоку, вызываемому липополисахаридами, но чувствительны к инфекции грамотрицательной этиологии.

ТПР2 ответственен за распознавание липопротеидов микобактериального происхождения (Brightbill et al., 1999; Aliprantis et al., 1999). Этот же рецептор в кооперации с ТПР6 распознает пептидогликаны бактериальных стенок (Ozinsky et al., 2000). Другая система детекции чужеродных молекул опосредована ТПР9 (Hemmi et al., 2000). С этим рецептором связана способность распознавать неметилированные остатки цитозина в CpG- парах ДНК микробного и вирусного происхождения (Aderem, Hume, 2000; Aderem, Ulevith, 2000).

Первые рецепторы рассматриваемого семейства были выявлены у дрозофил в ходе анализа путей сигнальной трансдукции, контролирующих формирование дорсовентральной оси эмбриона плодовой мушки (Anderson et al., 1985; Hashimoto et al., 1988). Толл-гены ответственны за синтез трансмембранных белков с большим внеклеточным доменом, включающим множественные повторы, обогащенные аминокислотой лейцином (рис. 7). В эмбриогенезе рассматриваемые белки участвуют в межклеточных взаимодействиях, ответственных за морфогенетические процессы, а у взрослой мухи-имаго они опосредуют индуцибельные

гирование осуществляется внеклеточным лейцинобогащенным доменом рецептора совместно с надмолекулярным комплексом липополисахаридсвязывающий белок/CD 14/MD-2 белок (рис. 6, 7). Формирование многокомпонентного комплекса обеспечивает оптимальное связывание эндотоксина с ТПР4 и запуск пути сигнальной трансдукции, приводящего к активации транскрипционного фактора NFkB (Belvin, Anderson, 1996). Последний связывается со специфическими сайтами промоторов и энхансеров более чем 150 генов, ответственных за синтез белков и пептидов, вовлеченных в той или иной степени в иммунный ответ организма на инфекцию (Ghosh et al., 1998; Zhang, Ghosh, 2001). Путь сигнальной трансдукции, инициируемый связыванием лиганда с ТПР4, отображен на рис. 6 и 7. На этой же схеме отражен один из путей активации гомологичных по структуре NFkB фактору транскрипционных факторов дрозофилы (Dif/Relish), участвующих в иммунном реагировании насекомого на патогены грибковой и бактериальной этиологии. Поражает удивительное сходство ряда ключевых компонентов сравниваемых путей сигнальной трансдукции у животных, разделенных в эволюции несколькими сотнями миллионов лет (Hoffmann et al., 1999).

Среди соединений, синтез которых на генетическом уровне активируется транскрипционным белком NFkB, представлены цитокины: ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-12, ФНОа, ЛТа, ЛТр, GM-CSF, ИЛ-8; адгезионные факторы ICAM, VCAM, ELAM; костимуля- торные молекулы CD40, CD80 и CD86; дефенсины, продуцируемые эпителиями (ТАР, hpD2, mPD2). Многие из этих белков и пептидов в той или иной степени участвуют не только в реализации иммунного ответа врожденного типа, но и регулируют ряд реакций приобретенного иммунитета у позвоночных (Janeway, 1992; Fearon, Locksley, 1996). Отдельные стороны взаимодействия механизмов врожденного и приобретенного иммунитета будут рассмотрены в гл. 4.

Отличительной особенностью системы врожденного иммунитета является ее способность распознавать широкий спектр микроорганизмов, используя для этого ограниченный репертуар рецепторов. Структура некоторых из них отличается удивительным постоянством (инвариантностью) на протяжении сотен миллионов лет эволюции животных. Наиболее показательным примером консерватизма структуры некоторых рецепторов врожденного иммунитета являются Толл-рецепторы плодовой мушки Drosophila melanogaster (Hoffmann et al., 1999; Lemaitre, 2004) и гомологичные им Толл-подобные рецепторы человека и мыши (Akira, Hemmi, 2003). Объяснение установленному структурному сходству рецепторов лежит, по-видимому, в том, что их лиганды являются также мало изменяющимися в эволюции структурными компонентами микроорганизмов, получивших название патоге- «ассоциированных молекулярных паттернов (ПАМП) (Janeway, 1989, 1992, 2002). По химической природе ПАМП относятся к липидам (липид А грамотрицательных бактерий), углеводам (маннаны, терминально локализованные остатки D-маннозы, L-фукозы, D-N-ацетилглюкозамина, D-глюкозы), пептидам (фор- милметиониловые пептиды инициальной последовательности синтезируемых белков бактерий, флагеллин жгутиков бактерий), ДНК (неметилированные по цитозину тандемы CpG ДНК бактерий и вирусов), РНК (двуспиральные и односпиральные РНК вирусов), гетеросоединениям (пептидогликаны, липотейхоевые соединения, липоарабиноманнан, липопротеиды). Для большинства из этих соединений характерно их присутствие преимущественно в мире микробов, а потому на их детекции в эволюции выстроилась комплексная система рецепторов врожденного иммунитета так называемых паттернраспознающих рецепторов (молекул) - ПРР(М) (Janeway, 1989). Паттернраспознающие рецепторы самостоятельно либо в кооперации друг с другом и системой комплемента однозначно дискриминируют (различают) патогенное (инфекционное) «несвое» от неинфекционного «своего». Благодаря этому далее развертываются эффекторные механизмы иммунитета (фагоцитоз, активация системы комплемента, синтез цитокинов и антибиотических пептидов и др.), сфокусированные на носителе ПАМП и приводящие к элиминации патогенов и их молекул. Между изоформами Толл-рецепторов насекомых и Толл-подобных рецепторов млекопитающих существует специализация по преимущественному связыванию или реагированию на тот или иной патогенассоциированный молекулярный паттерн. Уже у дрозофилы Толл-рецептор (ТР) реагирует на инфицирование грибками (Lemaitre et al., 1996), а гомологичный ему 18 Weeler рецептор - на бактериальную инфекцию (Imler, Hoffmann, 2000).

Представители этого суперсемейства рецепторов у человека были открыты в лаборатории Ч. Джэнуэя в 1997 г. (Medzhitov et al., 1997), а в лаборатории Б. Бьютлера был впервые изучен ТПР4 мыши, ответственный за реагирование клеток иммунной системы на эндотоксины (Poltorak et al., 1998; Quershi et al., 1999). Установлено, что каждая изоформа Толл-подобных рецепторов мыши и человека ответственна за детектирование какого-то одного типа или группы структурно сходных лигандов. За детекцию пептидогликанов оказались ответственны ТПР2 (Takeuchi et al., 1999) в кооперации с ТПР6 (Ozinsky et al., 2000). Флагеллин - белок жгутиков бактерий выявляется ТПР5 (Hayashi et al., 2001), а бактериальная ДНК - ТПР9 (Hemmi et al., 2000), ТПР4 лигирует непосредственно липополисахариды, а ТПРЗ детектирует двуспиральную РНК вирусов (Alexopoulou et al., 2001). Спектр ПАМП для ТПР2, по-видимому, более разнообразен: пептидо- гликаны и липопротеины бактерий, липоарабиноманнаны микобактерий, маннаны дрожжей. Есть сведения в пользу того, что предпочтение к тому или иному из лигандов формируется в ходе ассоциации ТПР2 с другими ТПР. Это доказано в случае детекции пептидогликанов связкой рецепторов ТПР2 и ТПР6 (Schwander et al., 1999; Iyshimura et al., 1999). В настоящее время доказано, что гетерологичная (как в случае ТПР2 и ТПР6) или гомологичная (в случае ТПРЗ, ТПР4, ТПР9 и др.) димеризация Толл-подобных рецепторов является необходимым условием инициации пути сигнальной трансдукции в результате связывания патогенассоци- ированных молекулярных паттернов (Beutler, 2004). У человека и мыши липополисахариды взаимодействуют с Толл-подобными рецепторами непосредственно, будучи локированными к ним в форме двойного (JiriC/CD14) или тройного (ЛПС/ЛСБ/СБМ) комплекса (Beutler, 2004). Следует обратить внимание, что в случае ТПР4 возможны как минимум два пути сигнальной трансдукции, приводящие к активации различных факторов инициации транскрипции и, как следствие, к несколько различающимся спектрам синтезируемых цитокинов (рис. 8). Основной путь, рассмотренный нами ранее в связи с активацией транскрипционного фактора NFkB, в своей проксимальной внутриклеточной части сопряжен с гетеродимерным комплексом, состоящим из белков MyD88 и MAL/TIRAP. Параллельный ему путь сигнальной трансдукции, инициируемый также связыванием липополисахаридов с ТПР4, в качестве инициального внутриклеточного звена включает гетеродимерный комплекс TRAM/TRIF, который, мобилизуя киназу ТВК1 (TANK-binding kinase 1), создает условия для фосфорилирования и переноса в ядро транскрипционного белка IRF3 (interferon regulatory factor 3). Последний может активироваться также в результате развертывания пути сигнальной трансдукции, который начинает с ТПРЗ, ответственного за детектирование двуспиральных РНК вирусов или их молекулярных имитаторов (полиинозин/цитозин). В ядре фосфорилированный IRF3 связывается с регуляторными сайтами ряда генов (IFN-a, IFN-P, RANTES, IP-10), инициируя их транскрипцию, завершающуюся синтезом цитокинов, которые необходимы в формировании защитных реакций организма.

Вопрос о том, являются ли флагеллин и ДНК бактерий непосредственными лигандами для Толл-подобных рецепторов млекопитающих или они инициируют пути сигнальной трансдукции опосредованно, как это имеет место в случае Толл-рецепто- ра у дрозофилы, остается открытым до настоящего времени. Как однозначно установлено, молекулы микробного происхождения (ПАМП) не являются непосредственными лигандами Толл-ре- цепторов у насекомых. Компоненты грамположительных бактерий избирательно связываются циркулирующим в гемолимфе

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.

Секретируемые PRRs - это белки жидких сред организма. Для «хвостов» этих молекул есть специальные рецепторы на мембранах фагоцитов, что обеспечивает передачу информации из раствора в клетки врожденного иммунитета. Сериновые протеазы 1 и 2, ассоциированные с маннансвязывающим лектином (Maspl и Masp2), подобно протеазам классического пути активации комплемента С1r и C1s. Однако, протеазы маннансвязывающего пектина активируются при связывании с микробным лигандом.

Эндоцитозные PRRs локализуются на поверхности фагоцитов. После распознавания PAMPs микробов PRRs опосредуют поглощение патогена и его доставку к лизосомам для расщепления. Процессированные пептиды представляются молекулами МНС на поверхности макрофага Т-лимфоцитам. К эндоцитозным PRRs принадлежит маннозный рецептор макрофага, распознающий терминальную маннозу и остатки фукозы на клеточных стенках микробов, и опосредует их фагоцитоз. Другой эндоцитозный PRR - макрофагальный рецептор-мусорщик, распознающий полианионные лиганды (двунитчатые ДНК, ЛПС, липотейхоевые кислоты), при связывании с бактериальной стенкой способствует клиренсу бактерий из кровообращения. PRRs усиливают фагоцитарные функции эффекторов врожденного иммунитета и обеспечивают удаление всех разрушенных фрагментов клеток.

Сигнальные PRRs распознают PAMPs и активируют пути передачи сигнала для экспрессии разнообразных генов иммунного ответа, включая провоспалительные цитокины Данный класс рецепторов включает эволюционно законсервированные, так называемые Toll-подобные рецепторы (TLR), «звонящие» на мембране клетки, «оповещающие о приходе чужого».

Toll-подобные рецепторы (TLR) . Первый рецептор Toll-семейства, реагирующий с паттернами микроорганизмов, был идентифицирован у дрозофил. У них обнаружен ген, ответственный за формирование дорсо-вентральной полярности в эмбриогенезе, а также, обеспечивающий врожденный иммунитет против грибков.

Цитоплазматические домены рецептора IL-1 млекопитающих и Toll у дрозофил, названные TIR доменом (Toll/IL-1 гомологичный домен), обладают гомологичным строением и индуцируют пути передачи сигнала, активирующего транскрипцию ядерных факторов-кВ (NF-kB).

Гомологи Toll дрозофилы у млекопитающих получили название Toll-подобные рецепторы. У человека одним из первых был идентифицирован TLR4. TLR стимулируют активацию сигнального пути NF-kB с экспрессией различных цитокинов и костимулирующих молекул, что является решающим фактором для формирования адаптивного иммунного ответа. В связи с этим сделано предположение о функционировании TLR в качестве рецепторов врожденной иммунной системы. Сейчас в семействе Toll-подобных рецепторов у человека известно около 23 членов (TLR-TLR23), однако не все они являются достаточно хорошо охарактеризованными. У мыши не выявлен TLR10, но обнаружен TLR11. Мыши, дефектные по TLR11 гену чувствительны к уропатогенным инфекциям.

Трансмембранные Toll-подобные рецепторы характеризуются внеклеточным NH-концом и внутриклеточным СООН-концом. TIR домен (Toll/IL-1 гомологичный домен) TLR, состоящий из 200 аминокислот и содержащий три высококонсервативных участка, опосредует взаимодействие между Toll-подобными рецепторами и молекулами, осуществляющими трансдукцию сигнала.

Toll-подобные рецепторы экспрессируются на клетках, осуществляющих первую линию защиты - нейтрофилах, макрофагах, ДК, эндоте-лиальных и эпителиальных клетках слизистых тканей. Недавно выявлено, что NK-клетки человека экспонируют следующие рецепторы: TLR3, TLR7, и TLR8. TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR11 располагаются на поверхности клетки. TLR7, TLR8 и TLR9, распознающие структуры, подобные нуклеиновым кислотам, локализуются внутриклеточно.

TLR1 (ген локализован на 4р14 хромосоме) высоко экспрессирован на клетках селезенки и клетках периферической . Предполагается, что TLR1-рецепторы функционируют в качестве корецепторов, однако прямые лиганды рецептора не выявлены и точная функция остается до конца неясной. Показано, что в комплексе с TLR2 рецепторами они участвуют в ответе на триацилированные липопротеины.

TLR2 (4q 31/3-32) играют ключевую роль в реагировании на продукты грамположительных бактерий, микобактерий, дрожжей. Широкий спектр распознаваемых паттернов TLR2 (пептидогликанов, липопротеинов и липотейхоевых кислот клеточной стенки) связан с возможностью образования данными рецепторами гетеродимеров с другими TLR. TLR2 образуют димеры с TLR6 и участвуют в распознавании пептидогликанов и диацилированных липопептидов грамположительных бактерий и микоплазм. Димеризуясь с TLR1, рецептор распознает триацилированные липопротеины, такие как Borrelia burgdorferi OspA.

TLR3 (4q35) распознают двухцепочечную РНК, молекулярные структуры вирусов, но не проводят сигнал от одноцепочечной РНК или двухцепочечной ДНК. У мышей, дефицитных по TLR3, наблюдается снижение ответа на полиинозин-полицитидин (синтетический аналог двухцепочечной РНК), в то время как чувствительность клеток, экспрессирующих TLR3, на него сохраняется.

Среди всех TLR наиболее изучен TLR4 (9q32-33). Он экспрессируется в организме на поверхности макрофагов, нейтрофилов, ДК, Т-, В-лимфоцитов и других. Напротив, у мышей, нокаутированных по TLR2 гену, ответ на ЛПС сохраняется. В TLR-опосредованном распознавании участвует еще белок MD2, а распознавание ЛПС осуществляется комплексом, состоящим из нескольких компонентов: CD14, TLR4, MD2. TLR4 и MD2 находятся в связанном состоянии, a CD14 вовлекается в комплекс после связывания ЛПС.