Bu yapıların doğuştan gelen bağışıklık sisteminde anahtar rol oynadıkları düşünülmektedir.
TLR, örnek tanıma reseptörlerinin (PRR) bir çeşididir ve patojenlerle geniş ölçüde paylaşılmış fakat ev sahibi moleküllerden ayırtedilebilir, bütün olarak patojenlerle ilişkilendirilmiş molekül örnekleri (PAMP) olarak anılan molekülleri tanırlar.
Bu reseptörler, bir reseptör üst ailesi olan interlökin-1 reseptörüyle aynı yerde sınıflandırılırlar ve genellikle TIR (Toll-IL-1 reseptör) alanında bilinirler.
TIR alanının 3 alt grubu bulunmaktadır.
- Alt grup 1 alanında; proteinlerle birlikte, makrofajlar, monositler, dendritik hücreler ve bütün ekstraselüler immünoglobulin sahaları tarafından üretilen interlökin reseptörler bulunur.
- Alt grup 2 alanında; proteinlerle birlikte, molekülleri direkt ya da indirekt olarak mikrobal kaynaklara bağlayan klasik TLR`lar bulunur.
- Proteinlerin 3. alt grup alanı; proteinlerin alt grup 1 ve 2 si arasında sinyal aracılığını sağlayan kilitli sitosolik adaptör proteinlerinin TIR sahalarını içerir.
TLR`ler, omurgasızlarda da, omurgalılarda bulundukları gibi bulunurlar.
TLR`lerin moleküler yapı blokları, bakteriler ve bitkiler de de görülür, ve bitkiler aleminde enfeksiyon karşısında savunma için ihtiyaç duyulduğundan iyi bilinir.
TLR`ler, bu suretle eski zamanlardan beri bağışıklık sisteminin korunmuş bileşenleri gibi görünmektedir.
Keşifleri
Enfeksiyon hastalıklarının sebeplerinin mikroplar olduğu anlaşıldığı zaman, çok çekirdekli canlıların onlarla enfekte olduğu andan itibaren mikrop moleküllerini tanımakta eşsiz olduğu da anlaşılmıştır. Vücut dilinde, anahtarların, moleküller ve onların reseptörleri olduğu, geçen yüzyıldan beri yapılan aramalarla doğrulanmıştır. 100 yıldan daha önce Robert Koch`un bir öğrencisi olan Richard Pfeiffer, "endotoksin" terimini, Gram negatif bakterilerin, model organizmalarda ateşlenmeyi ve şoku harekete geçiren ürününü anlatmak için kullanmıştır. Bunu izleyen on yılda, endotoksin kimyasal olarak karekterize edilmiş ve Gram negatif bakterilerde bulunan bir lipopolisakkarid (LPS) olarak tanımlanmıştr. Diğer moleküller (bakteri lipopeptidleri, flagellin ve metillenmemiş DNA), normal savunmanın harekete geçirilmesini göstermiştir. Bununla beraber, bu yanıtlar eğer uzun ya da kuvvetli olduğunda zararlı olmaktadır. Bu, mantıksal bazı moleküller için reseptörlerin olabileceğini, enfeksiyon sırasında evsahibinin alarm konumuna geçmesinin yıllarca kolayca sağlanabileceğini göstermiştir.Toll benzeri reseptörlerin günümüzde, bağışıklık sisteminin mikrobiyal enfeksiyonlara karşı durmasında anahtar rolü oynayan moleküller olduğu bilinmektedir. Reseptörün ilk tanımlandığı canlı olan meyve sineği ``Drosophila melanogaster``daki esasen işlevi ilk bilinen "Toll geni"ne olan benzerliğinden dolayı bu adı almıştır. 1996`da, ``Toll`` Jules Hoffmann ve çalışma arkadaşları tarafından, sineğin mantar enfeksiyonu karşısında, antimikrobiyal peptidlerin sentezlemesini başarmasıya bulunmuştur. Lemaitre,B., Nicolas,E., Michaut,L., Reichhart,J.M., and Hoffmann,J.A. 1996. The dorsoventral regulatory gene cassette spatzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in Drosophila adults. Cell 86:973-983.
Kayıtlara geçmiş ilk insan Toll benzeri reseptörü Nomura ve çalışma arkadaşları tarafından 1994`de tanımlanmıştır.Nomura,N., Miyajima,N., Sazuka,T., Tanaka,A., Kawarabayasi,Y., Sato,S., Nagase,T., Seki,N., Ishikawa,K., and Tabata,S. 1994. Prediction of the coding sequences of unidentified human genes. I. The coding sequences of 40 new genes (KIAA0001-KIAA0040) deduced by analysis of randomly sampled cDNA clones from human immature myeloid cell line KG-1. DNA Res. 1:27-35 Taguchi ve çalışma arkadaşları tarafından 1996`da bir kromozom üzerinde haritalanmıştır.Taguchi,T., Mitcham,J.L., Dower,S.K., Sims,J.E., and Testa,J.R. 1996. Chromosomal localization of TIL, a gene encoding a protein related to the Drosophila transmembrane receptor Toll, to human chromosome 4p14. Genom. 32:486-488.
Toll`un Drosophila`nın bağışklık sistemi üzerindeki etkisi bilinmiyorken, şuan TLR1 olarak bilinen TIL`ın memeli gelişimine katılma yeteneğinde olduğu sanılmıştır.
Bununla berbaber, 1991`de (TIL`ın keşfinden önce), memeli bağışlık sistemindeki fonksiyonu, interleukin-1 (IL-1) reseptörünün, ``Drosophila`` Toll`una homolog; sitoplazmik parçaları her iki molekülde oldukça benzerdir.Gay NJ, Keith FJ. Drosophila Toll and IL-1 receptor. Nature. 1991 May 30;351(6325):355-6.
1997`de, Charles Janeway ve Ruslan Medzhitov bugün TLR4 olarak bilinen bir Toll benzeri reseptörünün, antikorlar kullanılarak yapay bir biçimde bağlandığında, uygun bir bağışıklık yanıtını başlatmak için gerekli olan belirli genlerin etkinleştirilmesine yol açtığını kanıtlamışlardır. Medzhitov,R., Preston-Hurlburt,P., and Janeway,C.A., Jr. 1997. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity. Nature 388:394-397.. Bununla birlikte TLR`lerin bu uyanıştaki fonksiyonu bilinmemektedir, kısmen memeli TLR`leri için herhangi bir bağlayıcı tanımlanamamıştır.
TLR`lerin fonksiyonları Bruce Beutler ve çalışma arkadaşları tarafından keşfedilmiştir.Poltorak A, He X, Smirnova I, Liu MY, Van Huffel C, Du X, Birdwell D, Alejos E, Silva M, Galanos C, Freudenberg M, Ricciardi-Castagnoli P, Layton B, Beutler B. Science. 1998 Dec 11;282(5396):2085-8. . Bu uzmanlar, farelerin TLR4 fonksiyonlarını kaldıran LPS mutasyonlarına cevap veremediklerini pozisyonal klonlamayı kullanarak göstermişlerdir. LPS reseptörünün bu tanımlanmış TLR4 anahtar bileşeniyle, diğer Toll like reseptörlerin diğer mikrop imzalı molekülleri yukarıda bahsedildiği gibi ortaya çıkaracağı ileri sürülmüştür.
Revaçta, diğer TLR genlerinin, fare genlerine kilitlenmesiyle Shizuo Akira ve çalışma arkadaşları yapabildi.
Her TLR`ın mikrobiyal kaynaklı moleküllerden bir koleksiyon taşıdığına ve enfeksiyonlarda hazır bulunarak bunları ortaya çıkardığına inanılmaktadır.
Genişletilmiş aile
Memeli türlerinde 10 ila 15 arasında Toll benzeri reseptör bulunduğu tahmin edilmektedir. Onüçüncü TLR (TLR1`den TLR13`e isimlendirilmişlerdir) fareler ve insanlarda birlikte bulunurlar, bunların bazı eşit formları diğer memeli türlerinde de bulunabilirler.Du,X., Poltorak,A., Wei,Y., and Beutler,B. 2000. Three novel mammalian toll-like receptors: gene structure, expression, and evolution. Eur. Cytokine Netw. 11:362-371.Chuang,T.H., and Ulevitch,R.J. 2000. Cloning and characterization of a sub-family of human toll-like receptors: hTLR7, hTLR8 and hTLR9. Eur. Cytokine Netw. 11:372-378.Tabeta,K., Georgel,P., Janssen,E., Du,X., Hoebe,K., Crozat,K., Mudd,S., Shamel,L., Sovath,S., Goode,J. et al 2004. Toll-like receptors 9 and 3 as essential components of innate immune defense against mouse cytomegalovirus infection. Proc. Natl Acad. Sci. U. S. A 101:3516-3521..Bununla beraber, TLR`lerin insanlarda bulunan belirli eşit formları memelilerin hepsinde bulunmaz. Örneğin insanlarda TLR10`un analoğu olan bir protein için gen kodlama farelerde de sunulurken, bazı noktaları retrovirüsler tarafından geçmişte hasara uğratılmış gibi görünmektedir. Diğer tarafta, insanlarda bulunmayan TLR11, 12 ve 13 farelerde eksprese edilir. Diğer memeliler insanlarda bulunmayan TLR`leri ekspres edebilirler. Bu insanlardaki doğuştan gelen bağışıklığın model canlı olarak kullanılan deney hayvanlarındaki yöntem kullanımını zorlaştırabilir.
Bağlayıcılar
Toll benzeri reseptörler (ve diğer doğuştan gelen bağışıklık reseptörler) özelliklerinden dolayı evrim yönünde kolayca değişemezler, bu reseptörler tehtitlerle (patojenler ya da hücre stresi gibi) ilişkilendirilen molekülleri daima tanırlar ve bu unsurlara yüksek spesifilite gösterirler (kendi moleküllerinde yanılmazlar). Bu gerekliliğe uyan patojenle ilişkili moleküller genellikle patojenin işlevini yerine getirebilmesi için kritik öneme sahiptirler ve mutasyonlarla silinemez ya da elimine edilemezler, bu özellikleriyle evrimden korunmuş sayılırlar. Patojenlerde iyi korunan özellikler, bakterilerde hücre yüzeyi lipopolisakkaritleri (LPS), lipopeptidler, ve lipoarabinomannan; bakteriyal kamçıdan flagellin gibi proteinler; virüslerin çift zincirli RNA`sı veya bakterilerin metillenmemiş CpG adaları ve viral DNA`sı ve diğer RNA ve DNA`lardır.Çoğu TLR`lerin, bağlayıcı tanıma özgüllüğü, günümüzde gen kilitlenmesi olarak bilinen bir teknikle farelerde yalnızca seçilen genlerin silinmesi olarak saptanmıştır.Hoebe,K., Du,X., Georgel,P., Janssen,E., Tabeta,K., Kim,S.O., Goode,J., Lin,P., Mann,N., Mudd,S. et al 2003. Identification of Lps2 as a key transducer of MyD88-independent TIR signaling. Nature 424:743-748.Hemmi,H., Takeuchi,O., Kawai,T., Kaisho,T., Sato,S., Sanjo,H., Matsumoto,M., Hoshino,K., Wagner,H., Takeda,K. et al 2000. A Toll-like receptor recognizes bacterial DNA. Nature 408:740-745.. TLR bağlayıcıları için aşağıdaki özet tablosuna bakınız.
Endojen bağlayıcılar
çeviri The stereotypic inflammatory response provoked by TLR activation has prompted speculation that endogenous activators of TLRs might participate in autoimmune diseases. TLRs have been suspected of binding to host molecules including fibrinogen (involved in blood clotting) and heat shock proteins (HSPs)and host DNA.Signaling
TLRs are believed to function as dimers. Though most TLRs appear to function as homodimers, TLR2 forms heterodimers with TLR1 or TLR6, each dimer having a different ligand specificity. TLRs may also depend on other co-receptors for full ligand sensitivity, such as in the case of TLR4`s recognition of LPS, which requires MD-2. CD14 and LPS Binding Protein (LBP) are known to facilitate the presentation of LPS to MD-2.thumbnail|center|500px|Toll-like reseptörlerin ileyiş mekanizması. Kseikli gri çizgiler bilinmeyen ilişkileri göstermektedir.
The adapter proteins and kinases that mediate TLR signaling have also been targeted. In addition, in the laboratory of Bruce Beutler, random germline mutagenesis with ENU has been used to decipher the TLR signaling pathways. When activated, TLRs recruit adapter molecules within the cytoplasm of cells in order to propagate a signal. Four adapter molecules are known to be involved in signaling. These proteins are known as MyD88, Tirap (also called Mal), Trif, and TramYamamoto,M., Sato,S., Hemmi,H., Hoshino,K., Kaisho,T., Sanjo,H., Takeuchi,O., Sugiyama,M., Okabe,M., Takeda,K. et al 2003. Role of adapter TRIF in the MyD88-independent Toll-like receptor signaling pathway. Science 301:640-643. Yamamoto,M., Sato,S., Hemmi,H., Uematsu,S., Hoshino,K., Kaisho,T., Takeuchi,O., Takeda,K., and Akira,S. 2003. TRAM is specifically involved in the Toll-like receptor 4-mediated MyD88-independent signaling pathway. Nat. Immunol. 4:1144-1150.Yamamoto,M., Sato,S., Hemmi,H., Sanjo,H., Uematsu,S., Kaisho,T., Hoshino,K., Takeuchi,O., Kobayashi,M., Fujita,T. et al 2002. Essential role for TIRAP in activation of the signalling cascade shared by TLR2 and TLR4. Nature 420:324-329. . The adapters activate other molecules within the cell, including certain protein kinases (IRAK1, IRAK4, TBK1, and IKKi) that amplify the signal, and ultimately lead to the induction or suppression of genes that orchestrate the inflammatory response. In all, thousands of genes are activated by TLR signaling, and collectively, the TLRs constitutes one of the most powerful and important gateways for gene modulation.
Memelilerde bilinen Toll-like reseptörlerin özeti
| Reseptör !! Bağlayıcı(lar) !! Adaptör(ler)!! Yerleşim |
|---|
| TLR 1 >| triaçil lipoproteinler || MyD88/MAL || hücre yüzeyi |
| TLR 2 >| lipoproteinler; gram pozitif peptidoglikan; lipoteikoik asitler; mantar; viral glikoproteinler || MyD88/MAL || hücre yüzeyi |
| TLR 3 >| çift zincirli RNA (bazı belirli virüslerde bulunur), poli I:C || TRIF|| hücre kopartımanı |
| TLR 4 >| lipopolisakkarid; viral glikoproteinler || MyD88/MAL/TRIF/TRAM|| hücre yüzeyi |
| TLR 5 >| flagellin || MyD88|| hücre yüzeyi |
| TLR 6 >| diaçil lipoproteinler || MyD88/MAL|| hücre yüzeyi |
| TLR 7 >| küçük sentetik birleşimler; çift zincirli RNA || MyD88|| hücre kopartımanı |
| TLR 8 >| küçük sentetik birleşimler; tek zincirli RNA || MyD88|| hücre kopartımanı |
| TLR 9 >| metillenmemiş CpG DNA || MyD88|| hücre kopartımanı |
| TLR 10 >| bilinmiyor || bilinmiyor|| hücre yüzeyi |
| TLR 11 >| Profilin || MyD88|| hücre yüzeyi |
| TLR 12 >| bilinmiyor || bilinmiyor|| ? |
| TLR 13 >| bilinmiyor || bilinmiyor|| ? |
İşleyişi ve etkileri
Mikrobiyal kaynaklı bazı bağlayıcıların aktivasyonunu izleyen bazı reaksiyonlar görülebilir. Bağışıklık hücreleri enflamsyonun tetikleyen "sitokin" denilen sinyal faktörleri üretebilir. Bunun yerine bakteriyal faktörde, patojen fgosite edilir ve sindirilir, antijeni de CD4+ T hücrelerine gönderilir. Viral faktörde, enfekte hücre protein sentezini kapatır ve hücreyi kendini öldürmeye (apoptozise) programlar.Bağışıklık hücreleri virüsleri bulur ve interferonlar gibi anti-viral faktörleri salarlar.
Toll benzeri reseptörün keşfinden sonra, doğuştan gelen bağışıklığın fonkisyonlarından sorumlu bu reseptörler, uzun yıllar boyunca çalışılacak gibi görünmektedirler. İlginç olan, TLR`ler sitokin ürünlerinde ve hücrelerin mikroplara karşı yanıt akivasyonunda kolayca anlaşılamayan şeklide görünüler, ancak mikroorganizmaların adezyon ve fagositozunda önemli bir rol oynamazlar.
