„TOLL-LIKE“ – REZEPTOREN INFEKTIONSIMMUNOLOGIE Nikolaus-Fiebiger-Zentrum · Glückstr. 6 Referent: Stefan Siebig http://www.ndt-educational.org/schlondorffslide2006txt.asp

Überblick Entdeckung der Toll-like Rezeptoren (TLRs) Funktion der TLRs bei angeborener Immunantwort Vielfalt der humanen TLRs Spezielle Funktion und Vorkommen der TLRs Signalkaskaden und Genregulation Beeinflussung der adaptiven Immunität Zusammenfassung 2. November 2010

Entdeckung der Toll-Like-Rezeptoren (TLRs) Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckten Forscher unter Prof. Dr. rer. nat. Christiane Nüßlein Volhard bei Drosophila das Toll Protein Toll Mutante bei Embryonen erzeugte dorsalisierte Embryonen induziert Expression verschiedener Wirts- Verteidigungsmechanismen z.B. anti-mikrobielle Peptide gegen Gram + - Bakterien oder Pilzpathogene (Mutation in Drosomycin) kurz darauf Nachweis des Säugetierhomologs TLR-4 (daher Toll-ähnliche Rezeptoren) 2. November 2010

Allgemeine Funktion der TLRs bei der angeborenen Immunantwort Toll ähnliche Proteine sind in Tieren sowie Pflanzen an der Immunabwehr gegen viralen, bakteriellen und Pilz- Infektionen beteiligt Erkennung und Zerstörung von einwandernden Mikroben durch Pattern-Recognition-Rezept. (PRRs) PRRs erkennen Pathogen-assoziierte Molekülstrukturen (PAMPs) PRRs induzieren extrazelluläre Aktivitäten wie z.B. Komplementsystem und verschiedene intrazelluläre Signalwege (z.B. Aktivierung des NF-kB) Beeinflussung der adaptiven Immunantwort 2. November 2010

Vielfalt der humanen TLRs TOLL-LIKE REZEPTOREN = OBERFLÄCHEN PRRs 11 Mitglieder bei Säugetieren Bestandteile der Zellmembran meist als Dimere TLR3/TLR7 und TLR9 in intrazellulären Organellen Lösen starke Aktivierung von Immunzellen und Produktion von Inflammatorischen Zytokinen aus 2. November 2010

Vielfalt der humanen TLRs alle in Säugetieren bekannten TLRs sind Typ 1- Integral-Glykoproteine Extrazelluläre Domäne mit LRRs Intrazelluläre cytoplasmatische Toll/IL-1 R homologe (TIR) Domäne TLRs 1,2,4 und 6: auf der Zelloberfläche lokalisiert erkennen hauptsächlich bakterielle Komponenten TLRs 3,7,8 und 9 meist im endozytischen Kompartiment erkennen hauptsächlich virale Komponenten 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Bildet Heterodimere mit anderen TLRs, Makrophagen Dectin-1, CD 36 Verschiedene mikrobielle Komponenten Lipoproteine, Peptidoglycan & Teichonsäure d. Gram+, Zymosan MyD88-abhängig Induziert TNF-α Produktion, in DCs unterdrücken von IL-12 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs TLR1:TLR2 Heterodimer Peptidoglycan, Triacyl-Lipoproteine (Pam3 CSK4) 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs TLR2/TLR6 Heterodimer Diacyl-Lipoproteine (Malp2) 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Makrophagen, DCs, anderen APCs Endosom Synthetische dsRNA Häufig bei sich replizierenden Viren Kein MyD88 Kann dendritsche Zellen zu Typ-1 IFN (IFNα/β) Produktion stimulieren 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Assoziiert mit CD14, MD-2; auf Mθ, DCs, Neutrophilen Upreg.: TLRs 2,4,9 in DCs LPS von Gram – Zellwänden; endogene Liganden Benötigt LPB (LPS-Binding-Protein) 2 Signal-wege IL-6, IL12, TNF α; Up-Reg. Ko-Stim. Mol.+ IFN-Typ 1 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Basale Seite intestinaler Epithelzellen Flagellin MyD88 Keine IFN-Typ 1 Produktion 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Strukturell konserviert wie TLR8, hoch exprimiert in pDCs Endo- som Synth. ssRNA von Viren wie HIV, Influenza Synth. RNA Homol. Resiquimod, imidazoquinoline Komponenten Induktion der TNF-α Expression 2. November 2010

Spezielle Funktion und Vorkommen der verschiedenen TLRs Auf pDCs, aber nicht auf cDCs Synth. CpG Oligonukleotide und unmethylierte CpG Motive Effektive Immunantwort gegen Bakt. Z.B. Listeria oder Viren Chloro-quin Induziert Expr. von CD40-L in pDCs 2. November 2010

Signalkaskaden und Genregulation TLRs initiieren geteilte und verschiedene Signalwege durch Kombination versch. TIR-Domänen enthaltende Adaptormoleküle (MyD88, TIRAP, TRIF und TRAM) MyD88-abhängiger Signalweg In TLR 4 und 2 braucht TLR-TLR Interaktionen – Rekrutierung von TIRAP und MyD88 MyD88 assoziiert mit IL-1 R Kinasen (IRAK4, IRAK1) TRIF-abhängiger Signalweg Benötigt Rekrutierung von TRAM und TRIF TRIP initiiert dann Signalwege -> Inflammatorische Zytokine des IFN-Typ 1 2. November 2010

Signalkaskaden und Genregulation International Immunology, Vol. 17, No. 1, pp. 1–14 ª 2005 The Japanese Society for Immunology 2. November 2010

Signalkaskaden und Genregulation Diese Signalwege aktivieren den Transkriptionsfaktor NF-kB und Aktivatorprotein-1 (AP-1), welche allen TLRs eigen sind - Produktion von Inflammatorischen Zytokinen und Chemokinen Sie aktivieren auch den Interferon-Regulation-Faktor (IRF-3) und/ oder IRF-7 in TLRs 3,4,7,8 und 9 - dies führt zur Produktion von Typ 1 IFNs wie IFNß und IFNas. Zytokine und Chemokine initiieren eine Entzündungsantwort durch Rekrutierung und Aktivierung verschiedener angeborener Immunzellen wie Monozyten, Neutrophile, NK-Zellen. 2. November 2010

Beeinflussung der adaptiven Immunität durch regulierte Zielgene Inflammatorische Zytokine wie IL-12 polarisieren CD4+-T-Zellen sich zu Th1-Zellen zu entwickeln - Th1-Zellen produzieren IFN-y -> unterdrückt Th2- Entwicklung TLR2-aktivierte DCs unterstützen die Differenzierung von Th2-Zellen - unterstützen humorale Immunität gegen extrazelluläre Pathogene - unterstützen regulatorische T-Zellen -> diese unterdrücken z.B. T-Zellfunktionen durch IL-10 2. November 2010

Zusammenfassung TLRs gehören zu den PRRs Erkennung von konservierten PAMPs auf pathogenen Mikroorganismen als Reaktion der angeborenen Immunantwort Ausschüttung inflammatorischer Zytokine wie IL-12, IL-6 nach Signalweg durch NF-kB Aktivität sowie Typ-1 IFNs. Beeinflussung und Modellierung der adaptiven Immunantwort und Beeinflussung der zellulären angeborenen Immunantwort 2. November 2010

Quellen - Janeway´s Immunobiology; Seventh Edition;Kenneth Murphy, Paul Travers, Mark Walport; © 2008 by Garland Science, Taylor & Francis Group,LLC Signalling Pathways Downstream of Pattern-Recognition Receptors and Their Cross Talk; Myeong Sup Lee and Young- Joon Kim; Annu. Rev. Biochem. 2007.76:447-480.; www.annualreviews.org Review Toll-like receptors in innate immunity; Kiyoshi Takeda and Shizuo Akira; Internationale Immunology, Vol. 17, No.1, pp. 1-14; © 2005 The Japanese Society for Immunology 2. November 2010

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! www.uni-erlangen.de/.../04/immunologie.jpg 2. November 2010