Figure 1. Toll様受容体シグナル伝達経路
Toll様受容体とは何か？
Toll様受容体（TLR）は、自然免疫において重要な役割を果たすタンパク質の一種です。 マクロファージや樹状細胞などのセンチネル細胞、線維芽細胞や上皮細胞などの多くの非免疫細胞に発現しているパターン認識受容体（PRRs）に属するシングルドメインの膜貫通型受容体です。 PRRは、病原体関連分子パターン（PAMPs）と呼ばれる微生物由来の構造的に保存された分子や、損傷した細胞由来の自己由来分子（損傷関連分子パターン（DAMPs））と呼ばれる分子を認識する。 PAMPsには、リポ多糖（LPS）、ペプチドグリカン（PGN）、リポペプチドなどの細菌細胞壁成分や、フラジェリン、細菌DNA、ウイルス二本鎖RNAなどが含まれる。 DAMPsには、熱ショックタンパク質などの細胞内タンパク質や、細胞外マトリックスのタンパク質断片が含まれる。 PRRは下流のシグナル伝達経路を活性化し、炎症性サイトカイン、I型インターフェロン（IFN）、その他のメディエーターを産生することで自然免疫反応を誘導する。 これらのプロセスは、炎症などの直接的な宿主防御反応を引き起こすだけでなく、抗原特異的な適応免疫反応を促し、組織化させる。 これらの反応は、感染した微生物の除去に不可欠であると同時に、結果として抗原特異的な適応免疫反応を誘導するために極めて重要である。 TLRの分子構造の模式図
Toll-like receptor family
TLRファミリーは、ヒトでは10メンバー（TLR1〜TLR10）、マウスでは12メンバー（TLR1〜TLR9、TLR11〜TLR13）から構成されている。 TLRは細胞表面や小胞体、エンドソーム、リソソームなどの細胞内コンパートメントに局在する。 細胞表面のTLRにはTLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR10があり、一方、細胞内TLRはエンドソームに局在し、TLR3、TLR7、TLR8、TLR9、TLR11、TLR12、TLR13があります（図1）。 細胞表面 TLR は、主に脂質、リポタンパク質、タンパク質など、微生物の膜成分を認識します。 細胞内TLRは細菌やウイルス由来の核酸を認識し、自己免疫などの疾患状態では自己核酸も認識する。
Toll様受容体の機能は通常2つのTLR分子の二量化過程に基づいているが、常にそうであるとは限らない。 例えば、TLR-1とTLR-2は、主にリポタンパク質、ペプチドグリカン、リポテク酸（LTA、グラム）、ザイモサン、マンナン、tGPI-ムチンなどのPAMPs分子を認識すると互いに結合して2量体を形成する。 TLR-2は、上記と同じPAMPsを認識する際に、TLR-6とダイマーを形成することもできる。 TLR-4はリポポリサッカライド（LPS、Gram+）を認識し、別のTLR-4分子とホモ二量体を形成することができる。 TLR-5は細菌のフラジェリンを認識することができるが、二量体を形成しない。 TLR-11はマウスで機能し、主に尿路病原性細菌を認識する。 TLR-3, 7, 8, 9, 13は細胞質内のエンドソーム表面に発現している。 TLR-3は、ウイルスの二本鎖RNA（dsRNA）、低分子干渉RNA、損傷細胞由来の自己RNAを認識する。 TLR-7は、主に形質細胞様DC（pDC）に発現し、ウイルス由来の一本鎖（ss）RNAを認識する。 また、従来型DC（cDC）においては、B型連鎖球菌のRNAを認識します。 TLR8は、ウイルスおよびバクテリアのRNAに反応する。 TLR-9は、非メチル化CpG-DNAモチーフに富む細菌およびウイルスのDNAを認識します。 TLR13 は細菌の 23S rRNA と水疱性口内炎ウイルスの未知の成分を認識します。
さまざまなリガンドを認識する非常に多くの種類の TLR 分子がありますが、これらすべての TLR は細胞外のリガンド結合ドメインにおいて共通の構造的枠組みを有しています。 これらのドメインはすべてロイシンリッチリピートモチーフからなる馬蹄形構造をとっている。 通常、リガンド結合時には、2つの細胞外ドメインがリガンド分子を挟む”m”字型の二量体を形成し、膜貫通ドメインと細胞質ドメインを近接させて下流のシグナル伝達カスケードを引き起こす（図2）。 Toll様受容体シグナル伝達カスケード
Toll様受容体は、マクロファージなどのセンチネル細胞が、LPSなどのPAMPsを介して微生物を検出することを可能にする。 LPSは細菌の細胞壁の成分である。 Toll様受容体によるリポ多糖の認識機構は複雑で、いくつかの補助的なタンパク質を必要とする。 血清タンパク質であるLPS結合タンパク質はLPSモノマーを結合し、CD14と呼ばれるタンパク質に転送する。 CD14は可溶性であるか、グリコシルホスファチジルイノシトールアンカーを介して細胞表面に結合している。 CD14はLPSをToll様受容体の細胞外ドメインに送り込み、負荷をかける。 TLRはMD-2と呼ばれる補助的なタンパク質の助けを借りて、LPSを検出することができる。 そして、LPSがTLR-CD14-MD2の複合体に結合すると、TLRのホモ二量化が誘導されます。 細胞外ドメインの構造変化により、細胞質側のToll IL-1受容体（TIR）ドメインの二量体化が始まります。 このTIRの構造変化は、アダプタータンパク質を動員してポスト受容体シグナル伝達複合体を形成するための新しい足場を提供する。 TIRにはアダプタータンパク質であるmyeloid differentiation primary-response protein 88 (MyD88) が含まれており、
MyD88 はTLR/IL-1Rと下流のシグナル伝達分子をつなぐアダプターとして機能し、DDを有している。 MyD88は、TLRのTIRドメインの構造変化を認識し、新しい受容体複合体に結合し、アミノ末端のデスドメイン（DD）がIL-1R関連キナーゼ（IRAK）と相互作用することによりシグナル伝達を行う。 これらの結果、複雑なシグナル伝達カスケードが形成され、病原体の侵入を細胞に警告する。 IRAKは4種類ある（IRAK 1, 2, 4, M）。 これらはN末端DDと中央のセリン/スレオニンキナーゼドメインを含んでいる。 IRAK1とIRAK4は固有のキナーゼ活性を持つが、IRAK2とIRAK-Mは検出可能なキナーゼ活性を持たない。 IRAK4はMyD88によって活性化され、IRAK1を活性化し続ける。 IRAK1は下流のTRAF6を活性化する。 TRAF6は、サイトカインのシグナル伝達経路を仲介する腫瘍壊死因子受容体（TNFR）関連因子（TRAF）ファミリーのメンバーである。 TRAF6は、刺激によって受容体複合体にリクルートされ、TRAF6のTRAFドメインに結合するIRAK-1によって活性化されます。 その後、IRAK-1/TRAF6 複合体は受容体から解離し、TGF-β活性化キナーゼ1 (TAK1) と TAK1 結合タンパク質である TAB1 および TAB2 に結合する。 TRAF6、TAK1、TAB1、TAB2の複合体は細胞質へ移動し、E2リガーゼであるUbc13やUev1Aなどの他のタンパク質と大きな複合体を形成する。 Ubc13とUev1Aの複合体は、TRAF6のLys63結合ポリユビキチン鎖の合成を触媒し、それによってTRAF6を介したTAK1の活性化、さらにはNF-kBの活性化を誘導することが明らかにされている。 これらのシグナル伝達経路は、MyD88分子を起点としているため、MyD88依存性経路と呼ばれている。 また、MyD88依存的な経路とは別に、MyD88を介さない経路も存在する。 この経路はMyD88からではなく、TRIFタンパク質からシグナルが発信される。 TRAF6はキナーゼRIP-1をリクルートし、TAK1複合体と相互作用して活性化し、NF-kBやMAPKの活性化、炎症性サイトカインの誘導を引き起こす。 一方、TRAF3は、NEMOとともにIKK関連キナーゼTBK1およびIKKiをリクルートしてIRF3のリン酸化と活性化を行う。 IRF3は二量体を形成し、細胞質から核に移動し、I型IFNの発現を誘導する
2. 下流シグナル
TLR のシグナルは実際には主に特定のアダプター分子の動員によって、自然免疫反応の結果を決定する転写因子 NF-kB と IRF の活性化につながる。 つまり、この経路の下流シグナルは、IRFs転写因子、NF-kBシグナル経路、MAKP経路を活性化することである。 NF-kBとMAKP経路の詳細については、
NF-kBシグナル経路、P38シグナル経路、MAKPシグナル経路
3. 経路制御
自己免疫や炎症性疾患に関連する有害な結果をもたらす過剰な免疫応答を防止または停止するために、様々なメカニズムを通じて多くの分子によるいくつかの負の制御が存在する。 MyD88依存性経路の活性化はST2825、SOCS1、Cbl-bによって抑制され、TRIF依存性経路の活性化はSARMとTAGによって抑制される。 これらの分子はMyD88やTRIFと結合して、それらがTLRや下流分子と結合するのを防いでいる。 TRAF3の活性化はSOCS3やDUBAによって負に制御されている。 TRAF6 は、A20、USP4、CYLD、TANK、TRIM38、SHP などの多くの阻害分子によって標的化されています。 TAK1の活性化はTRIM30aやA20によって阻害される。 疾患との関係
TLRはLPS感知に関与し、敗血症に関与している可能性があり、TLRのターゲティングはいくつかの疾患の治療に重要である。 病原体感染を治療するためにTLR反応を妨害することに加えて、TLR研究から得られた知識の明白な臨床応用は、TLRリガンドをワクチンアジュバントとして使用することであった。 さらに、TLR の阻害も臨床で試みられており、その目的は、特定の TLR の過剰な活性化によって引き起こされると推定される過剰な炎症を制限することにあります。 “TLRシグナル伝達経路”. セミナーズ・イン・イミュノロジー. Vol.16. No.1. Academic Press, 2004.
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