TLR4 - TLR4
O receptor Toll-like 4 é uma proteína que em humanos é codificada pelo gene TLR4 . TLR4 é uma proteína transmembrana, membro da família de receptores toll-like , que pertence à família de receptores de reconhecimento de padrões (PRR). Sua ativação leva a uma via de sinalização intracelular NF-κB e à produção de citocinas inflamatórias que são responsáveis pela ativação do sistema imune inato .
As células que expressam TRL4 são mieloides (eritrócitos, granulócitos, macrófagos) em vez de linfóides (células T, células B, células NK). A maioria das células mieloides também expressa altos níveis de CD14 , o que facilita a ativação de TLR4 por LPS.
É mais conhecido por reconhecer lipopolissacarídeo (LPS), um componente presente em muitas bactérias Gram-negativas (por exemplo, Neisseria spp.) E bactérias Gram-positivas selecionadas . Seus ligantes também incluem várias proteínas virais, polissacarídeos e uma variedade de proteínas endógenas, como lipoproteína de baixa densidade, beta-defensinas e proteínas de choque térmico. O ácido palmítico também é um agonista de TLR4 .
TLR4 também foi designado como CD284 ( cluster de diferenciação 284). O peso molecular do TLR4 é de aproximadamente 95 kDa.
Função
O TLR4 é um membro da família do receptor toll-like (TLR), que desempenha um papel fundamental no reconhecimento do patógeno e na ativação da imunidade inata . Eles reconhecem padrões moleculares associados a patógenos ( PAMPs ) que são expressos em agentes infecciosos e medeiam a produção de citocinas necessárias para o desenvolvimento de imunidade eficaz. Os TLRs são altamente conservados de plantas a Drosophila e humanos e compartilham semelhanças estruturais e funcionais.
Os vários TLRs exibem diferentes padrões de expressão. Este receptor é mais abundantemente expresso na placenta e na subpopulação mielomonocítica de leucócitos .
Ele coopera com LY96 (também conhecido como MD-2) e CD14 para mediar em eventos de transdução de sinal induzidos por lipopolissacarídeo (LPS) encontrados na maioria das bactérias gram-negativas . Mutações neste gene foram associadas a diferenças na capacidade de resposta do LPS.
A sinalização de TLR4 responde a sinais formando um complexo usando um domínio de repetição extracelular rico em leucina (LRR) e um domínio intracelular de toll / receptor de interleucina-1 (TIR). A estimulação de LPS induz uma série de interações com várias proteínas acessórias que formam o complexo TLR4 na superfície celular. O reconhecimento de LPS é iniciado por uma ligação de LPS a uma proteína LBP . Este complexo LPS-LBP transfere o LPS para o CD14 . CD14 é uma proteína de membrana ancorada em glicosilfosfatidilinositol que se liga ao complexo LPS-LBP e facilita a transferência de LPS para a proteína MD-2 , que está associada ao domínio extracelular de TLR4. A ligação de LPS promove a dimerização de TLR4 / MD-2. As mudanças conformacionais do TLR4 induzem o recrutamento de proteínas adaptadoras intracelulares contendo o domínio TIR que é necessário para ativar a via de sinalização a jusante.
Várias variantes de transcrição desse gene foram encontradas, mas o potencial de codificação de proteínas da maioria delas é incerto.
A maioria dos efeitos relatados da sinalização de TLR4 em tumores são pró-carcinogênicos, principalmente devido às contribuições da sinalização de citocinas pró-inflamatórias (cuja expressão é conduzida por sinais mediados por TLR) para o microambiente promotor de tumores.
Sinalização
Após o reconhecimento do LPS, as mudanças conformacionais nos receptores TLR4 resultam no recrutamento de domínios TIR intracelulares contendo moléculas adaptadoras. Esses adaptadores estão associados ao cluster TLR4 por meio de interações homofílicas entre os domínios TIR. Existem quatro proteínas adaptadoras envolvidas em duas vias principais de sinalização intracelular.
MyD88 - Caminho Dependente
A via dependente de MyD88 é regulada por duas proteínas associadas a adaptadores: Gene de Resposta Primária de Diferenciação Mieloide 88 ( MyD88 ) e Proteína Adaptadora Contendo Domínio TIR ( TIRAP ). TIRAP-MyD88 regula a ativação precoce do NF-κβ e a produção de citocinas pró-inflamatórias , como a IL-12 . A sinalização de MyD88 envolve a ativação de quinases associadas ao receptor de IL-1 ( IRAKs ) e das moléculas adaptadoras Fator 6 associado ao receptor de TNF ( TRAF6 ). TRAF6 induz a ativação de TAK1 (fator de crescimento transformador-β-ativada quinase 1) que leva à ativação de cascatas MAPK (mitógeno-proteína ativada quinase) e IKK (IκB quinase). A via de sinalização dos IKKs leva à indução do fator de transcrição NF-κB , enquanto a ativação das cascatas de MAPK leva à ativação de outro fator de transcrição AP-1 . Ambos têm papel na expressão de citocinas pró-inflamatórias. A ativação do NF-κB via TAK-1 é complexa e começa pela montagem de um complexo protéico denominado sinalossomo , que é feito de uma proteína-esqueleto, denominada NEMO . O complexo de proteínas é feito de duas quinases κB diferentes, chamadas IKKα e IKKβ. Isso causa a adição de uma pequena proteína reguladora ao sinalossomo chamada ubiquitina , que atua iniciando a liberação da proteína NF-κB, que coordena a translocação no núcleo das citocinas.
MyD88 - Caminho Independente
Esta via dependente de TRIF envolve o recrutamento das proteínas adaptadoras contendo o adaptador de indução do domínio TIR ( TRIF ) e a molécula adaptadora relacionada ao TRIF (TRAM). Os sinais TRAM-TRIF ativam o fator de transcrição Interferon Regulatory Factor-3 ( IRF3 ) via TRAF3 . A ativação de IRF3 induz a produção de interferons tipo 1 .
SARM: Regulador negativo da via mediada por TRIF
Uma quinta proteína adaptadora contendo o domínio TIR, denominada α estéril e HEAT (motivo Armadillo) (SARM), é um inibidor da via de sinalização TLR4. A ativação de SARM por ligação de LPS inibe as vias mediadas por -TRIF, mas não inibe as vias mediadas por MyD88. Este mecanismo evita uma ativação excessiva em resposta ao LPS, que pode levar a danos induzidos por inflamação, como a sepse .
História evolutiva
O TLR4 se originou quando o TLR2 e o TLR4 divergiram cerca de 500 milhões de anos atrás, perto do início da evolução dos vertebrados. Os alinhamentos de sequência de exons TLR4 humanos e de grande macaco demonstraram que não ocorreu muita evolução no TLR4 humano desde nossa divergência de nosso último ancestral comum com os chimpanzés; Os exons TLR4 humanos e de chimpanzé diferem apenas por três substituições, enquanto os humanos e babuínos são 93,5% semelhantes no domínio extracelular. Notavelmente, os humanos possuem um número maior de códons de parada precoce em TLR4 do que os grandes macacos; em um estudo com 158 humanos em todo o mundo, 0,6% tinha uma mutação sem sentido. Isso sugere que há pressões evolutivas mais fracas no TLR4 humano do que em nossos parentes primatas. A distribuição dos polimorfismos TLR4 humanos coincide com a migração para fora da África, e é provável que os polimorfismos foram gerados na África antes da migração para outros continentes.
Interações
Foi demonstrado que o TLR4 interage com:
- Antígeno linfocitário 96 ,
- Myd88 , e
- TOLLIP .
- Níquel ,
O tráfego intracelular de TLR4 é dependente da GTPase Rab-11a , e o knock down de Rab-11a resulta em recrutamento de TLR4 dificultado para fagossomos contendo E. coli e subsequente transdução de sinal reduzida através da via independente de MyD88.
Significado clínico
Vários polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) do TLR4 em humanos foram identificados e, para alguns deles, foi relatada uma associação com maior suscetibilidade a infecções bacterianas Gram-negativas ou progressão mais rápida e um curso mais grave de sepse em pacientes criticamente enfermos.
Em sepse
O TRL4 pode ser ativado ligando-se à porção de lipopolissacarídeo do lipídio A encontrada em bactérias Gram-negativas . A inflamação exagerada e descontrolada desencadeada por TRL4 durante a infecção pode levar à sepse e choque séptico . As infecções por bactérias Gram-negativas, como Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa, são as principais causas de sepse grave em humanos.
Na resistência à insulina
A fetuin-A facilita a ligação dos lipídios aos receptores, contribuindo assim para a resistência à insulina .
Na progressão do câncer
A expressão de TLR4 pode ser detectada em muitas células tumorais e linhas celulares. O TLR4 é capaz de ativar as vias MAPK e NF-κB , implicando possível papel direto da sinalização de TLR4 autônomo na regulação da carcinogênese, em particular, através do aumento da proliferação de células tumorais, inibição da apoptose e metástase . A sinalização de TLR4 também pode contribuir para a resistência à quimioterapia com paclitaxel no câncer de ovário e à terapia com siRNA no câncer de próstata . 63% dos pacientes com câncer de mama expressaram TLR4 em células tumorais e o nível de expressão correlacionou-se inversamente com a sobrevivência. Além disso, a baixa expressão de MyD88 se correlacionou com diminuição da metástase para o pulmão e diminuição da expressão de CCL2 e CCL5 . Os níveis de expressão de TLR4 foram os mais altos entre os TLRs na linha de células de câncer de mama humano MDA-MB-231 e o knockdown de TLR4 resultou em proliferação diminuída e níveis diminuídos de IL-6 e IL-8 . Por outro lado, a sinalização de TLR4 em células imunes e inflamatórias do microambiente tumoral pode levar à produção de citocinas pró-inflamatórias ( TNF , IL-1β , IL-6, IL-18 , etc.), citocinas imunossupressoras ( IL-10 , TGF- β , etc.) e mediadores angiogênicos ( VEGF , EGF , TGF-β, etc.).
Essas atividades podem resultar em polarização adicional de macrófagos associados a tumor , conversão de fibroblastos em fibroblastos associados a câncer promotores de tumor, conversão de células dendríticas em DCs associadas a tumor e ativação de funções pró-tumorigênicas de células mieloides imaturas - Supressor derivado de mieloide Células (MDSC). A sinalização de TLR tem sido associada ao acúmulo e à função de MDSC no local do tumor e também permite que as células do estroma mesenquimal se oponham à imunidade antitumoral mediada por células NK . Nas células do hepatoblastoma HepG2, o LPS aumentou os níveis de TLR4, a proliferação celular e a resistência à quimioterapia , e esses fenômenos podem ser revertidos pelo knockdown do gene TLR4 . Da mesma forma, a estimulação de LPS da linha celular de câncer de fígado humano H7402 resultou na suprarregulação de TLR4, ativação de NF-κB, produção de TNF, IL-6 e IL-8 e aumento da proliferação que poderia ser revertido pelo transdutor de sinal e inibição de STAT3 . Além do uso bem-sucedido de Bacillus Calmette-Guérin na terapia do câncer de bexiga, há relatos sobre o tratamento de carcinoma de células escamosas oral , câncer gástrico e câncer cervical com preparação estreptocócica liofilizada OK-432 e utilização de ligantes TLR4 / TLR2 - derivados de muramil dipeptídeo .
Na gravidez
A ativação de TLR4 em infecções intrauterinas leva à desregulação da síntese de prostaglandinas, levando à contração do músculo liso uterino [carece de fontes?].
Polimorfismo Asp299Gly
Classicamente, diz-se que o TLR4 é o receptor do LPS , no entanto, o TLR4 também demonstrou ser ativado por outros tipos de lipídeos. O Plasmodium falciparum , um parasita conhecido por causar a forma mais comum e grave de malária observada principalmente na África, produz glicosilfosfatidilinositol , que pode ativar o TLR4. Dois SNPs em TLR4 são co-expressos com alta penetrância em populações africanas (ou seja, TLR-4-Asp299Gly e TLR-4-Thr399Ile). Esses polimorfismos estão associados a um aumento na produção de IL-10 mediada por TLR4 - um imunomodulador - e uma diminuição nas citocinas pró-inflamatórias . A mutação pontual TLR-4-Asp299Gly está fortemente correlacionada com um aumento da taxa de infecção com Plasmodium falciparum . Parece que a mutação impede que o TLR4 atue tão vigorosamente contra pelo menos algumas infecções plasmódicas. A taxa de infecção por malária e morbidade associada são maiores no grupo TLR-4-Asp299Gly, mas a mortalidade parece estar diminuída. Isso pode indicar que pelo menos parte da patogênese da malária aproveita a produção de citocinas. Ao reduzir a produção de citocinas por meio da mutação TLR4, a taxa de infecção pode aumentar, mas o número de mortes devido à infecção parece diminuir.
Além disso, o TLR4-D299G foi associado ao câncer colorretal agressivo em humanos. Foi demonstrado que os adenocarcinomas do cólon humano de pacientes com TLR4-D299G estavam mais frequentemente em um estágio avançado com metástase do que aqueles com TLR4 de tipo selvagem. O mesmo estudo demonstrou funcionalmente que as células epiteliais intestinais (Caco-2) que expressam TLR4-D299G sofreram transição epitelial-mesenquimal e alterações morfológicas associadas à progressão do tumor, enquanto as células epiteliais intestinais que expressam TLR4 de tipo selvagem não.
Estudos animais
Uma ligação entre o receptor TLR4 e o consumo excessivo de álcool foi sugerida. Quando genes responsáveis pela expressão dos receptores TLR4 e GABA são manipulados em roedores que foram criados e treinados para beber em excesso, os animais mostraram uma "redução profunda" no comportamento de beber. Além disso, foi demonstrado que o etanol, mesmo na ausência de LPS, pode ativar as vias de sinalização de TLR4.
Altos níveis de moléculas TLR4 e macrófagos associados ao tumor M2 estão associados a maior suscetibilidade ao crescimento do câncer em camundongos privados de sono. Camundongos geneticamente modificados para que não pudessem produzir moléculas TLR4 apresentaram crescimento normal do câncer.
Drogas visando TLR4
O receptor Toll-like 4 mostrou ser importante para os efeitos colaterais de longo prazo dos analgésicos opioides . Vários ligantes do receptor opioide μ foram testados e também possuem ação como agonistas ou antagonistas de TLR4, com agonistas opioides, como (+) - morfina sendo agonistas de TLR4, enquanto antagonistas opioides, como naloxona, foram considerados antagonistas de TLR4. A ativação de TLR4 leva à liberação de moduladores inflamatórios, incluindo TNF-α e interleucina-1 , e a liberação constante de baixo nível desses moduladores reduz a eficácia do tratamento com opióides com o tempo e está envolvida no desenvolvimento de tolerância aos analgésicos opioides e no surgimento de efeitos colaterais, como hiperalgesia e alodínia, que podem se tornar um problema após o uso prolongado de opioides. Foi demonstrado que drogas que bloqueiam a ação do TNF-α ou IL-1β aumentam os efeitos analgésicos dos opioides e reduzem o desenvolvimento de tolerância e outros efeitos colaterais, e isso também foi demonstrado com drogas que bloqueiam o próprio TLR4.
Descobriu-se que a resposta de TLR4 a drogas opioides é independente de enantiômero , então os enantiômeros "não naturais" de drogas opioides, como morfina e naloxona , que não têm afinidade para receptores de opioides, ainda produzem a mesma atividade em TLR4 que seus "normais" enantiômeros. Isso significa que os enantiômeros não naturais de antagonistas opioides, como (+) - naloxona, podem ser usados para bloquear a atividade de TLR4 de analgésicos opioides, enquanto não afetam a atividade analgésica mediada pelo receptor opioide μ. Esse também pode ser o mecanismo por trás do efeito benéfico da naltrexona em dose ultrabaixa na analgesia de opióides.
A morfina causa inflamação ao se ligar ao antígeno linfocitário protéico 96 , que, por sua vez, faz com que a proteína se ligue ao receptor 4 semelhante a Toll (TLR4). A ativação de TLR4 induzida por morfina atenua a supressão da dor por opioides e aumenta o desenvolvimento de tolerância a opioides e dependência , abuso de drogas e outros efeitos colaterais negativos, como depressão respiratória e hiperalgesia. Candidatos a medicamentos que têm como alvo TLR4 podem melhorar as terapias de controle da dor à base de opióides .
Agonistas
- Glucuronoxilomanano de Cryptococcus
- Morfina-3-glucuronídeo (inativa nos receptores opióides, tão seletiva para ativação de TLR4)
- Tapentadol (combinado com agonista do receptor opioide μ completo e inibidor de recaptação de norepinefrina)
- Isômeros "não naturais", como (+) - morfina ativam TLR4, mas não têm atividade do receptor opioide, embora (+) - morfina também mostre atividade como um agonista do receptor sigma .
Antagonistas
- O análogo do lipídeo A eritoran atua como um antagonista de TLR4. Em dezembro de 2009, estava sendo desenvolvido como um medicamento contra sepse grave . No entanto, em 2013, uma notícia disse que os resultados contra a sepse foram um tanto decepcionantes e que era melhor usado para tratar certos casos de gripe grave. Embora não trate o vírus em si, pode ser usado contra a reação imunológica massiva chamada tempestade de citocinas, que freqüentemente ocorre mais tarde na infecção e é uma das principais causas de mortalidade por influenza severa.
- Amitriptilina
- Ciclobenzaprina
- Cetotifeno
- Imipramina
- Mianserin
- Ibudilast
- Pinocembrina
- Resatorvid
- M62812
- Naloxone
- (+) - Naloxona (isômero "não natural", sem afinidade para o receptor opioide, tão seletivo para a inibição de TLR4)
- Naltrexona
- (+) - Naltrexona
- LPS-RS
- Propentofilina
- Pentoxifilina (e diminuir a expressão de TLR4)
- Tapentadol (agonista / antagonista misto)
- TLR4-IN-C34
- Palmitoiletanolamida
Referências
links externos
- Toll-Like + Receptor + 4 na Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos Medical Subject Headings (MeSH)
- Visão geral de todas as informações estruturais disponíveis no PDB para UniProt : O00206 (receptor Toll-like 4) no PDBe-KB .