Внутриклеточные сигнальные пути TLR10

 

На сегодняшний день известно, что способ проведения сигнала внутрь клетки у TLR10 связан с выработкой противовоспалительных цитокинов. Такое функционирование толл-подобного рецептора 10 реализуется через конкуренцию за связывание с лигандом для TLR1, при этом идет блокировка внутриклеточного пути проведения сигнала от других TLR (1, 2, 6). Реализация активационного сигнала комплексом TLR10–TLR2 через PI3K / Akt (Akt-зависимый путь), приводит к выработке противовоспалительных цитокинов (IL1-Ra) (рис.4). IL-1Ra является естественным ингибитором избыточной передачи IL-1 и он блокирует IL-1α и IL-1β. Как следствие, IL-1Ra снижает модулирование ответов цитокинов в иммунных клетках, подверженных воздействию специфических лигандов. Такие наблюдения позволили сделать вывод, что TLR10 является единственным членом семейства TLR, который действует как ингибиторный рецептор, тогда как связывание между собой других толл-подобных рецепторов приводит в основном к продуцированию провоспалительных цитокинов [29].

 

Характеристика гена TLR1

 

Ген TLR1 у человека расположен на малом плече четвёртой хромосомы в положении 4p14 (рисунок 5 и 6) и состоит из 2361 нуклеиновой кислоты.

Известно, что TLR1 может взаимодействовать в комплексе с другими TLR, такими как TLR6 и TLR10, расположенный в геномной на коротком плече 4 хромосомы, занимает область в 54 кб и несёт в себе точковые полиморфизмы с аминокислотными заменами в рецепторах TLR1.  А также TLR1 гомологичен по набору аминокислот на 68% c TLR6 и на 48% с TLR10. Это связано с тем, что некоторые гены TLR дуплицировались в ходе эволюции. Вследствие другие гены, располагающиеся как на разных так и на одной хромосоме также могут иметь схожие нуклеотидные последовательности.

 

 

Рисунок 5. Хромосома, содержащая ген TLR1 и TLR10 [31]

 

Рисунок 6. Участок хромосомы, где располагается ген TLR1 [31]

Функционально TLR1 преимущественно направлен на распознание бактериальных, грибковых и паразитных компонентов компоненты, такие как липополисахарид, пептидогликан и флагеллин, также как и TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10, в то время как TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 – на вирусные компоненты, одно- и двуцепочечные РНК [18, 19, 20].

В настоящее время особое внимание уделяется вопросу о влияние мутаций генов TLR, связанного с заменами единичных нуклеотидов (SNP, или single-nucleotide polymorphism), на общее функционирование соответствующих генов. SNP могут приводить к различным заболеваниями. Локализованы SNP могут быть как в кодирующей части гена, так и в регуляторной (например, промоторной). Наличие SNP в кодирующей части может приводить к изменению аминокислотной последовательности белкового продукта и соответственно его конформации и биологического эффекта. Наличие SNP в регуляторной части гена может вызвать изменение уровня его экспрессии и соответственно изменение количества продукта экспрессии (белок). В итоге, могут возникнуть нарушения в функционирование генов, вследствие чего способности к распознаванию лигандов приглушаются,  что приводит к слабому распознанию компонентов различных патогенов, а следовательно и болезни [13, 19].

На данный момент ещё не выбрана полная единая номенклатура к SNP, но имеются общие правила по оформлению. Известно, что для обозначения точковых замен в кодирующей последовательности все изменения должны быть описаны на уровне ДНК. В случае, если описано несколько случаев SNP, требуется предоставить табличные списки.

По одной номенклатуре принято использовать следующий формат: “c.76A>T”, где префикс с - означает, что рассматривается кодирующая последовательность ДНК (для геномной последовательности применяется обозначение - g., для белка - p.); 76 – нумерация нуклеотидной позиции, на которой произошла замена; А>T означает какой нуклеотид и чем был заменен. Также применяют более упрощённую классификацию по формату: T1805G, где T – заменяемый нуклеотид, G – заменяющий нуклеотид, 1805 – нумерация нуклеотидной позиции. Иногда вместо обозначения заменяемых нуклеотидов используют буквенное обозначение замещённых аминокислот по формату: S248N, где S – означает замещаемую аминокислоту, 248 – нумерация позиции, на которой произошла замена, N – заменившую аминокислоту [16, 20].

Генетический полиморфизм - это разнообразие частот аллелей гомозигот. Характерным отличием от SNP является разница в том, что генетический полиморфизм приводит к разнообразию генома, в то время как точечные замены нуклеотидов зачастую приводят к негативным последствиям как отсутствие реакции иммунной системы на компоненты поступающих в организм патогенов.

Генетический полиморфизм классифицируют следующим образом:

а) фенотипически не выраженный (напр., полиморфные участки ДНК, используемые для идентификации личности молекулярно-генетическими методами);

б) вызывающий фенотипические различия (напр., в цвете волос или росте), но не предрасположенность к заболеванию;

в) играющий некоторую роль в патогенезе заболевания (напр., при полигенных болезнях);

г) играющий основную роль в развитии заболевания (напр., при моногенных болезнях) [16].

Учёными исследователями в 2009м году было утверждено, что все TLR характеризуется неравномерным полиморфизмом. Исходя из этих же данных было выяснено, что TLR имеют следующее распределение полиморфизмов в ДНК-алллелях: TLR2 имеет 7 ДНК-аллелей, с возможным полиморфизмом, TLR4 - 4, TLR7 - 6, TLR8 – 9, TLR9 - 8, TLR1 - 11, TLR5 - 14, TLR6 - 10 и TLR10 – 15 ДНК-аллелей соответственно. Важно отметить, что TLR1 является одним из наиболее часто подверженным мутациям. Зачастую эти мутации касаются TLR1 SNP G743A и TLR1 T1805G.

 Если рассматривать влияние естественной селекции генов в ходе эволюции, то можно выделить несколько основных видов отбора - это негативный и положительный. Положительный отбор слабо коснулся TLR1 в частности. Этот ген имеет множество полиморфизмов, оказывающих исключительно отрицательный эффект для иммунной системы человека. Также встречается и его положительный эффект по отношению к рецепторному распознаванию Y.Pestis-PRR в кластере TLR-TLR6-TLR10 а точнее вариант с TLR1 SNP T1805G, который, к тому же, является мишенью положительного отбора у европейцев. Негативный отбор повлиял на исключение увеличение частоты несинонимичных вариантов в популяции TLR1 [4, 21].

 

Характеристика гена TLR10

 

Ген TLR10, как и многие другие врождённые гены иммунитета,  является высокополиморфным. Он состоит из трех экзонов и кодирует трансмембранный белок, который состоит из 811 аминокислот. Его генетическая структура может подвергаться точечным мутациям, которые связаны с заменой единичных нуклеотидов. Исследователи, изучающие SNP у гена TLR10 человека и обнаружили, что точковые замены способны приводить к различным отклонениям или способствовать развитию некоторых заболеваний. [4, 30].

 

Рис. 7. Расположение гена TLR10 в хромосоме [31]

Например, изменения в участках: 2323A>G, 1105A>C и 721A>C (рис.7) приводят к аминокислотным заменам в молекуле димера TLR10 и, как показано в отдельных исследованиях, являются причиной ослабления функциональной активности этого рецептора [30].