Toll-like Receptor

Toll-like Rezeptoren (kurz TLR) sind Strukturen des sogenannten angeborenen Abwehrsystems (innate immunity) und gehören zu einer Gruppe von Rezeptoren, den PRRs (Pattern Recognition Receptors). Sie dienen der Erkennung von PAMPs (Pathogen Associated Molecular Patterns), das sind Strukturen, welche ausschließlich auf oder in Krankheitserregern vorkommen, und steuern entsprechende Aktivierungen von Genen. Hierdurch wird die Aktivierung des „antigen-spezifischen erworbenen Immunsystems“ (antigen-specific acquired immunity) eingeleitet und moduliert. Durch die „toll like receptors“ vermag das angeborene Abwehrsystem zwischen „selbst“ und „nicht selbst“ unterscheiden ^[1].

Der Name „Toll-like Rezeptor“ (in der deutschsprachigen Literatur als „Signaltransduktions- vermittelnde PRRs“ ^[1] oder selten auch als „Toll-artiger Rezeptor“ bezeichnet) ist abgeleitet von einem Protein bei Drosophila melanogaster, über deren Entdeckung die Forschungsgruppe um die Nobelpreisträgerin Christiane Nüsslein-Volhard so begeistert war, dass sie es Toll nannten. TLRs bestehen aus Proteinen, die Toll ähneln, also Toll-like sind.

Seit der Entdeckung des ersten Toll-like receptors Mitte der 1990er Jahre, sind jedes Jahr neue Varianten in Menschen und Tieren entdeckt worden. TLRs finden sich in allen Vertebraten, also auch Fischen und Reptilien; aber auch in einfacheren Organismen, wie zum Beispiel in Drosophila melanogaster, was nahelegt, dass es sich um ein evolutionär sehr altes System handelt. Die meisten Spezies verfügen über mehr als 10 verschiedene (bekannte) TLRs, wobei manche Typen z.B. in der Maus, jedoch nicht im Menschen vorkommen.

TLRs erkennen verschiedene funktionale Bestandteile von Viren, Bakterien und Pilzen und können so biochemische Reaktionsketten in den Zellen auslösen, die der Abwehr dieser Krankheitserreger dienen.

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Übersicht

teilweise aus: ^[1]

Die intrazelluläre Signalkaskade

Die Chemoattraktorproteine „C3a“ und „C5a“ des Komplementsystems locken Makrophagen und neutrophile Granulozyten an. Diese Phagozyten haben auf ihrer Oberfläche Rezeptoren vom TLR-Typ. Die TLRs reagieren auf bakterielle Proteoglykane bzw. Lipopolysaccharide (LPS), DNA und RNA. Sie lösen in ihren Trägerzellen eine Signalkaskade aus, die schließlich zur Stimulation der Infektionsabwehr führt. Nach Erkennen dieser bakteriellen Oberflächenstrukturen auf extrazellulärer Seite, werden intrazellulär – durch TLR – Signalkaskaden ausgelöst. Dabei kommt es zur Phosphorylierung und somit Aktivierung intrazellulärer Kinasen, deren Aufgabe in der Phyosphorylierung intrazellulärer Inhibitoren von Transkriptionsfaktoren besteht. Durch eine solche Phosphorylierung verliert der Inhibitor seine hemmende Wirkung und entlässt seinen Transkriptionsfaktor, der daraufhin in den Zellkern transloziert und dort die Expression bestimmter – der Infektionsabwehr dienender – Gene reguliert.

Entdeckung der TLRs

In der Mitte der 1990er wurde durch Forschungen im Bereich der Entwicklungsbiologie von Drosophila melanogaster eher zufällig erkannt,dass Toll-negative Mutanten sehr anfällig gegen Pilzbefall waren ^[4]. Diese Beobachtung leitete eine gezielte Suche nach ähnlichen Proteinen in Säugerzellen ein, die daraufhin bald gefunden und als TLRs bezeichnet wurden. Dies zeigt, dass es sich bei der über Toll-like Rezeptor vermittelten Immunantwort um eine evolutionär sehr alte Form handelt, die genetisch hochkonserviert ist.

An TLRs bindende Medikamente

Das bei verschiedenen Hautkrankheiten verwendete Imiquimod, aber auch dessen Nachfolgesubstanz R848 sind Liganden für TLR7 und TLR 8 ^[1].

Literatur

1. ↑ ^{a b c d} Peter Fritsch: „Dermatologie und Venerologie“, Springer Verlag, 2. Auflage 2004, ISBN 3-540-00332-0
2. ↑ Zhang D etal.:A toll-like receptor that prevents infection by uropathogenic bacteria.Science. 2004 Mar 5;303(5663):1522-6. PMID: 15001781
3. ↑ Yarovinsky F,Sher A: Toll-like receptor recognition of Toxoplasma gondii.Int J Parasitol. 2006 Mar;36(3):255-9. Epub 2006 Jan 13 PMID: 16476433
4. ↑ B. Lemaitre, E. Nicolas, L. Michaut, J.M. Reichhart, J.A. Hoffmann, The dorsoventral regulatory gene cassette spatzle/Toll/cactus controls the potent antifungal response in Drosophila adults, Cell 86 (1996) 973– 983

• Kiyoshi Takeda , Shizuo Akira: Toll-like receptors in innate immunity. International Immunology 2005: 17(1)
• Luke A. J. O`Neill: Das immunologische Frühwarnsystem. Spektrum der Wissenschaft August 2005, Seiten 68–75
• Stuart E. Turvey, Thomas R. Hawn: Towards subtlety: Understanding the role of Toll-like receptor signaling in susceptibility to human infections, Clinical Immunology
• Siegmund-Schultze, Nicola: Toll-like-Rezeptoren: Neue Zielstruktur für immunstimulierende Medikamente