Toll-like receptors (TLR) Espressi soprattutto dalle cellule deputate alla risposta immu-nitaria contro i microorganismi (macrofagi, APC, neutrofili, cellule endoteliali della cute, linfociti T e B)  Importanti per il riconoscimento dei microorganismi da parte dell’organismo e per la modulazione della risposta immune antiinfettiva (immunità innata)

Scoperta dei TLR 1991: Identificata una notevole similitudine fra la sequenza di Toll (proteina transmembrana implicata nell’embriogenesi di Drosofila) e il recettore per l’IL-1 umano 1996: Mutazioni a carico della proteina Toll in Drosofila aumentano la suscettibilità ad infezioni fungine 1997: identificazione nei mammiferi di un omologo del recettore Toll (TLR4) capace di indurre l’espressione di numerosi geni coinvolti nella risposta infiammatoria 2005: Sono stati identificati 13 TLR nei mammiferi, di cui 11 nell’uomo, ognuno responsabile del riconoscimento di una specifica struttura microbica

Distribuzione tissutale dei TLRs Epiteli di superficie (TLRs 2, 3, 4 e 5 hanno un ruolo nella difesa degli epiteli bronchiali e gastrointestinali, TLR11 nel topo sembra contribuire all’immunità urogenitale) Epitelio intestinale (il pattern di espressione dei TLRs dipende dallo specifico compartimento del tratto GI. TLR4 e 5 consentono la discriminazione fra microorganismi commensali e i germi patogeni) Endotelio e BEE (TLR3 è coinvolto nella penetrazione di alcuni virus attraverso la BEE, TLR2 e 4 espressi dalle cellule endoteliali contribuiscono alla sensibilità specifica nei confronti di alcuni ligandi batterici e dirigono il movimento dei leucociti nel microcircolo favorendone la migrazione nei tessuti infiammati) Neutrofili, eosinofili, NK cells, mastociti, monociti, linfociti T e B (risposta immunitaria)

Localizzazione subcellulare dei TLRs TLRs 1, 2, 4, 5 e 6: localizzati sulla superficie cellulare per il riconoscimento dei patogeni extracellulari TLRs 3, 7, 8 e 9: intracellulari, contribuiscono al riconoscimento di prodotti di derivazione batterica localizzati all’interno della cellula che generalmente sono molto simili agli antigeni dell’ospite (ligandi: dsRNA o ssRNA virali, DNA procariotico) NB: risposte antibatteriche o antivirali complete si osservano solo quando i segnali mediati dai TLRs provengono sia dagli epiteli di superficie (dove avviene il primo contatto con l’agente patogeno) che dai leucociti (dove l’antigene è processato)

Ligandi dei TLRs Molecole di natura patogena (es: LPS batterici, fosfolipidi di parassiti, RNA virale, DNA batterico o virale, etc.) Proteine endogene (a seguito di danno tissutale): proteine della matrice extracellulare (fibronectina, fibrinogeno e acido ialuronico) e altri mediatori della risposta infiammatoria (eparan-solfato, beta-difensine e proteine dello shock termico)

Struttura molecolare dei TLRs Dominio extracellulare contenente diversi LRRs (leucine-rich repeats) che riconoscono i ligandi Dominio TIR (Toll IL-1 Receptor) intracellulare altamente conservato Diversi TLRs possono interagire sia a livello della superficie cellulare sia a livello dei sistemi di trasduzione

TLR signalling pathways MyD88 (Myeloid differentiation factor 88) e TRIF (TIR domain-containing adapter inducing IFN-β): proteine adattatrici che consentono l’associazione dei TLRs con chinasi citosoliche (es. IRAK: IL-1 receptor associated kinase) e la successiva attivazione di fattori di trascrizione (es. NF-kB o IRF)

Effetti biologici mediati dai TLRs Modulazione delle risposte di immunità innata attraverso la regolazione di citochine e chemochine, fagocitosi, produzione di metallo-proteasi della matrice, produzione di defensine e radicali (NO e ROS) coinvolti nella distruzione dei microorganismi Controllano l’insorgenza delle risposte di immunità acquisita (prevalentemente mediante azione sui linfociti T helper) Riparazione tissutale

Oltre a contribuire alla diretta eliminazione dei patogeni, i TLRs svolgono un ruolo importante nella “comunicazione” fra l’immunità innata e quella acquisita: il segnale generato da TLRs produce up-regulation di molecole co-stimolatrici da parte delle APC (cellule presentanti l’antigene), facilitando di conseguenza l’attivazione delle risposte di immunità acquisita L’attivazione dei TLRs deve essere finemente regolata poiché: una risposta debole potrebbe aumentare la suscettibilità dell’ospite alle infezioni, mentre una risposta esagerata potrebbe generare risposte infiammatorie o autoimmunitarie sistemiche letali

TLRs in patologia e terapia TLRs sono coinvolti nello sviluppo di diverse malattie (es. aterosclerosi, sepsi, diabete, artrite reumatoide, lupus eritomatoso sistemico, asma, colite ulcerativa) In vari stati patologici si osserva: Alterata espressione TLRs Alterata funzione TLRs (es: un polimorfismo di TLR4 aumenta la suscettibilità dell’ospite alla sepsi, mentre riduce il rischio di aterosclerosi) Strategie terapeutiche 1) Attivazione TLRs (mediante un aumentata produzione della proteina, per evitare la tossicità associata ai ligandi esogeni) o inibizione TLRs 2) Attivazione del pathway trasduzionale per migliorare l’efficacia di vaccini 3) Blocco MyD88 per il trattamento dell’artrite reumatoide Inconvenienti: Perdita delle funzioni benefiche della risposta immunitaria o di altre risposte omeostatiche Rischio di fenomeni autoimmuni La modulazione artificiale dei TLRs può essere compensata dall’organismo mediante attivazione di risposte alternative indipendenti da TLRs