Prepoznavanje nukleinskih kislin preko endosomalnih TLR

Po odkritju stimulatornega učinka bakterijske DNK, ki preko TLR9 deluje na celice sesalskega imunskega sistema (Hemmi in sod., 2000), so odkrili celotno družino endosomalnih TLR, ki zaznavajo tuje nukleinske kisline (slika 12). TLR v endosomih prepoznavajo različne naravne ligande: TLR3 prepozna dvRNK (Alexopoulou in sod., 2001), TLR7 evRNK (Diebold in sod., 2004), TLR8 prav tako evRNK (Heil in sod., 2004) in TLR9 evDNK (Hemmi in sod., 2000).

Pomen endosomalnih TLR je prepoznavanje in imunski odziv na tuje nukleinske kisline, ki se sprostijo iz bakterij in virusov oziroma celic, ki so z virusi okužene. Ko se na endosomalne TLR vežejo ustrezne nukleinske kisline, pride do izražanja IFN tipa I. Ti sprožijo nastanek različnih protivirusnih proteinov, povečajo izražanje molekul PHK in inducirajo zorenje DC, kar omogoča imunski odziv proti virusom (Kaisho in Akira, 2006).

Izražanje TLR, ki prepoznavajo nukleinske kisline je omejeno na določene tipe celic. V plazmacitoidnih dendritičnih celicah oziroma pDC (ang. »plasmacytoid dendritic cell«), ki proizvajajo IFN tipa I se izražata TLR7 in TLR9 (Colonna in sod., 2004), ne pa tudi TLR3.

Slednji se izraža v konvencionalnih dendritičnih celicah oziroma cDC (ang. »conventional dendritic cells«) (Akira in sod., 2006).

Ker so vse nukleinske kisline strukturno podobne molekule, je meja med lastnimi in tujimi lahko v določenih primerih zabrisana. To pomeni, da obstaja potencialna nevarnost avtoimunskih motenj. Primer so CpG motivi, ki se nahajajo tudi v DNK sesalcev in potencialno lahko aktivirajo TLR9. Prav tako lahko gostiteljeva evRNK oziroma dvRNK služi kot ligand za TLR7 oziroma TLR3. Zato v gostitelju obstajajo različni mehanizmi, ki omejujejo škodljive vplive imunskega sistema (Kaisho in Akira, 2006). Ključna je lokalizacija TLR, ki prepoznavajo nukleinske kisline, saj je omejena na endosome. Tukaj pride do prepoznavanja ustreznih ligandov, ki morajo z internalizacijo sprva priti v endosomalno pot, da lahko poteče nadaljnja signalizacija (Akira in sod., 2006). Zanimiv poskus, kjer so TLR9 izrazili na površini celice, je pokazal, da tudi lastna DNK lahko aktivira receptor (Barton in sod., 2006).

Slika 12: Prepoznavanje nukleinskih kislin preko endosomalnih TLR (Kawai in Akira, 2010: 376)

2.2.4.1 Receptor TLR3

Virusna dvRNK je PAMP, ki ga prepozna TLR3 (Alexopoulou in sod., 2001; Matsumoto in sod., 2002). Tekom virusnega razmnoževanja dvRNK nastaja kot intermediat v ciklu replikacije ali pa je del virusnega RNK genoma (Jacobs in Langland, 1996). Poleg virusne dvRNK TLR3 receptor aktivira tudi endogena dvRNK, ki se sprošča iz mrtvih celic (Kariko in sod., 2004). Poliriboinozinska: poliribocitidinska kislina oziroma poli(I:C) (ang.

»polyriboinosinic: polyribocytidylic acid«) je stabilen sintetični analog dvRNK, ki se pogosto uporablja kot ligand TLR3, saj posnema virusno okužbo (Vercammen in sod., 2008).

Pred kratkim so določili terciarno strukturo receptorja TLR3 z vezanim ligandom, kar pojasnjuje strukturno osnovo mehanizma aktivacije (Liu in sod., 2008), o čemer smo bolj podrobno pisali pod točko 2.2.1. Pri endosomalnih TLR3 mora dvRNK sprva priti v znotrajcelične razdelke, da se lahko veže na receptor. DvRNK se veže na N- in C- končni mesti lateralne strani konveksne površine ektodomene TLR3, kar sproži nastanek homodimera preko C-končne regije receptorja. To sproži signalizacijo TLR3, ki poteka po signalni poti, odvisni od TICAM-1/TRIF (podrobno opisano pod točko 2.2.3.2 in predstavljeno na sliki 11) in vodi do aktivacije transkripcijskih faktorjev IRF-3, NF-κB in

AP-1. Slednji povzročijo izražanje genov za IFN tipa I (predvsem IFN-β), citokine in kemokine ter zorenje DC (Oshiumi in sod., 2003; Yamamoto in sod., 2003).

mRNK človeškega TLR3 so zaznali v placenti, trebušni slinavki, jetrih, pljučih, srcu in možganih (Rock in sod., 1998), danes pa je znano, da se izraža tudi v številnih drugih tkivih in organih (kostni mozeg, korteks nadledvične žleze, hipofiza, Leydigove celice) (BioGPS ..., 2010). Imunske celice, ki izražajo TLR3 in prispevajo k prirojenem imunskem odzivu so mieloidne dendritične celice oziroma mDC (ang. »myeloid dendritic cell«) (Matsumoto in sod., 2003; Muzio in sod., 2000), epitelne celice, pri katerih se TLR3 izraža tudi na površini (Matsumoto in sod., 2003), makrofagi (Heinz in sod., 2003), NK (Wang in sod., 2006) in mastociti (Orinska in sod., 2005). Znano je, da se TLR3 nahaja v specifičnih, neidentificiranih znotrajceličnih veziklih (Funami in sod., 2004), pri epitelnih celicah pa se ga del nahaja v zgodnjih endosomih (Funami in sod., 2007). Pred kratkim so pokazali, da TLR3 lahko neposredno vpliva na CD8+T celice in sicer povzroči sproščanje IFN-γ (Tabiasco in sod., 2006; Wesch in sod., 2006). To pomeni, da ima TLR3 pleiotropen potencial aktivacije prirojenega in pridobljenega imunskega sistema (Vercammen in sod., 2008).

2.2.4.2 Receptor TLR9

Bakterijska genomska DNK je imunostimulant, ki ga prepozna TLR9 (Hemmi in sod., 2000; Krieg, 2002). Stimulatorni učinek je posledica prisotnosti nemetiliranih CpG dinukleotidov, ki so v bakterijskih genomih zelo pogosti. Kasneje so pokazali, da TLR9 veže tudi virusno DNK in lastno endogeno DNK ter tako sodeluje pri protivirusni obrambi in avtoimunosti (Hemmi in sod., 2000). CpG DNK ima močno imunostimulatorno aktivnost in povzroča nastanek vnetnih citokinov in Th1 imunski odziv (Akira in sod., 2006). Sintetični ODN s CpG motivi imajo prav tako močan imunostimulatorni učinek, zato imajo velik terapevtski potencial.

Bakterijska DNK mora priti v znotrajcelične razdelke, kjer kisli in reducirajoči pogoji povzročijo razgradnjo dvDNK v več enoverižnih, CpG vsebujočih regij, ki se nato neposredno vežejo na TLR9 (Ahmad-Nejad in sod., 2002; Latz in sod., 2004; Rutz in sod., 2004) in povzročijo agregacijo ektodomen receptorjev TLR9. Za sproženje signalizacije je potrebna proteolitska cepitev receptorja, kar omogoča vezavo adapterja MyD88 (Park in sod., 2008). TLR9 signalizacija poteka po MyD88 odvisni poti (podrobno opisano pod točko 2.2.3.1 in predstavljeno na sliki 11) in vodi do aktivacije transkripcijskih faktorjev NF-κB in AP-1, ki povzročita izražanje genov za vnetne citokine (TNF-α, IL-6 in IL-12) (Akira in sod., 2006) ter transkripcijskega faktorja IRF-7, ki je odgovoren za proizvodnjo IFN tipa I (Takaoka in sod., 2005).

Človeški TLR9 se večinoma izraža v celicah B in pDC (Krieg, 2006), prisoten pa je v znotrajceličnih razdelkih, kot so ER, endosomi in lizosomi (Latz in sod., 2004).

2.2.5 Signalizacija tekom zorenja fagosomov vpliva na procesiranje in predstavitev