Pattern recognition receptory (PRR) hrají zásadní roli ve správné funkci přirozeného imunitního systému. PRR jsou receptory, které jsou kódované v zárodečné linii a rozpoznávají konzervované molekuly typické pro patogeny. Jedná se o proteiny exprimované buňkami přirozeného imunitního systému, kam patří dendritické buňky, makrofágy, monocyty, neutrofily a epiteliální buňky a slouží k rozpoznání dvou hlavních skupin molekul: PAMP, z anglického (pathogen-associated molecular patterns), patogen-asociované molekulární vzory, které jsou asociované s mikrobiálními patogeny a DAMP, z anglického (damage-associated molecular patterns), molekulární vzory asociované s poškozením, které jsou původem z hostitelovy buňky a uvolní se během poškození nebo po smrti buňky. Někdy jsou také označovány jako primitive pattern recognition receptors, volně přeloženo receptory pro rozpoznání primitivních vzorů, protože se evolučně vyvinuly před adaptivním imunitním systémem. PRR také zprostředkovávají spuštění antigenně specifické odpovědi adaptivním imunitním systémem a uvolnění prozánětlivých cytokinů.
Molekuly rozpoznávané PRR PAMP jsou konzervované molekuly, specifické pro mikroby a zahrnují bakteriální sacharidy (lipopolysacharidy, také LPS, manóza), nukleové kyseliny (bakteriální nebo virální DNA nebo RNA), bakteriální peptidy (flagelin, elongační faktor mikrotubulů), peptidoglykany a lipoteichoová kyselina (gram pozitivní bakterie), N-formylmethionin, lipoproteiny a glukany hub a chitin.
DAMP jsou potom endogenní stresové signály původem z buňky hostitele a patří sem kyselina močová, extracelulární ATP atd.
Klasifikace Mezi PRR rozlišujeme několik podskupin. Můžeme je rozdělit podle specificity ligandu, funkce, umístění a/nebo evolučních vztahů. Na základě jejich umístění v buňce rozlišujeme PRR na vázané na membránu a cytoplazmatické PRR. PRR vázané na membránu zahrnují skupiny Toll-like receptorů (TLR) a C-lektinové receptory (CLR). Cytoplazmatické PRR zahrnují NOD-like receptory (NLR) a RIG-I-like receptory (RLR).
Typy a umístění PRR
PRR vázané na membránu
Receptorové kinázy PRR byly poprvé objeveny u rostlin. Od té doby byly mnohé další PRR předpovězeny genomovou analýzou (370mv rýži, 47 u Arabidopsis). Na rozdíl od zvířecích PRR, které interagují s intracelulárními kinázami přes adaptorové proteiny (non-RD kinázy viz níže). Rostlinné PRR se skládají extracelulární domény, transmembránové domény a intracelulární kinázové domény jako součást jednoho proteinu.
Toll-like receptory (TLR) TLR zprostředkovávají rozpoznání extracelulárních a endosomálních PAMP. TLR mají typický strukturní motiv, bohatý na opakování leucinu, které jim dodávají specifický vzhled a jsou zodpovědné za správnou funkci TLR. TLR byly poprvé objeveny v Drosophile a spouští syntézu a sekreci cytokinů a aktivaci dalších obranných mechanismů hostitele, které jsou nezbytné jak pro přirozenou a adaptivní imunitní odpověď. Dosud bylo u člověka popsáno 10 funkčních členů TLR rodiny. Studie byly provedeny i na TLR11 a bylo prokázáno, že u myší jsou zodpovědné za rozpoznání flagelinu a profilin-like protein. Nicméně, u člověka je TLR11 jen pseudogen bez jakékoliv přímé funkce ani exprese funkčního proteinu. Bylo prokázáno, že každý TLR interaguje s jedním nebo více specifickými PAMP.
TLR signalizace Funkční TLR tvoří dimery, TLR4 typicky tvoří homodimery a TLR6 dimerizuje s TLR1 nebo TLR2. Interakce TLR s jejich specifickými PAMP je zprostředkována přes MyD88 adaptorovou molekulu nebo přes TRIF. Interakce s MyD88 vede k signalizaci závislou na NFkB a MAP kinázovou dráhu a tak vyústí v sekreci prozánětlivých cytokinů a kostimulačních molekul. Interakce závislá na TRIF vede k aktivaci IRF3 a pozdní fáze NFkB, čímž dochází k indukci interferonu typu I.. Dráha závislá na adaptorové molekule MyD88 je indukovaná širokým spektrem PAMP, které stimulují TLR přítomné na makrofázích a dendritických buňkách. MyD88 přivádí molekulu IRAK4, na kterou se dále navazují IRAK1 a IRAK2 a vytváří signalizační komplex. Tento komplex interaguje s TRAF6, jehož navázání vede k aktivaci molekuly TAK1, v důsledku čehož opět dochází k produkci prozánětlivých cytokinů. Dráha závislá na TRIF je indukovaná stimulací TLR3 a TLR4 na makrofázích a dendritických buňkách. Molekuly uvolňované po aktivaci TLR předávají signál dalším buňkám imunitního systému. To je staví do pozice klíčového hráče jak přirozeného tak adaptivního imunitního systému.
C-lektinové receptory (CLR) Široké spektrum buněk přirozené imunity exprimuje početné CLR, které opět rozpoznávají konzervované struktury patogenů.Nat Rev Immunol. 2009 Jul;9(7):465-79. Signalling through C-type lectin receptors: shaping immune responses. Geijtenbeek TB, Gringhuis SI. http://www.mh-hannover.de/fileadmin/mhh/bilder/international/hbrs_mdphd/ZIB/Vorlesungen/Paper_09-10/Rev_IM_Geijtenbeek.pdf CLR rozpoznávají velké množství konzervovaných struktur, mezi které patří manóza, typická pro mnoho virových, mykobakteriálních a houbových patogenů, podobně fukóza, která je typická pro některé bakterie a helminty a glukany, typické pro mykobakterie a houby. Navíc jsou často CLR zapojeny i do likvidace (komplementovou dráhou nebo cytotoxicky) nebo izolace a následného zničení (fagocytózou) získaných nevlastních povrchových antigenů, jako je například onkofetální antigen, který v sobě má zakomponován patogen označovaný jako "self turned nonself". Označení pojmem C-lektinové receptory vzniklo z povahy většiny proteinů, zahrnutých v této velké skupině receptorů, které mají alespoň jednu C-lektinovou doménu (CTLD). CTLD je specifický typ sacharidové rozpoznávací domény. CTLD má ligand vazebný motiv, popsaný už u více než 1000 známých proteinů (a více než 100 v lidském genomu) a jeho ligandy nemusí být vždy nutně sacharidy.Cummings RD, McEver RP. C-type Lectins. In: Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al., editors. Essentials of Glycobiology. 2nd edition. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 2009. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK1943/ V případě, že ligandem je sacharid, CLR potřebují pro svou funkci Ca2+, proto C-lektiny, nicméně mnoho z těchto receptorů nemá sacharidový ligand a přestože stále mají lektinový fold, některé svou funkcí neodpovídají pravému na vápníku závislému lektinovému receptoru.
Dělení CLR Skupina CLR byla rozdělena do 17 skupin na základě struktury a fylogenetického původu. Dvě velké podskupiny, do kterých se dají CLR obecně zahrnout jsou již výše zmiňované CTLD a velká skupina, která zahrnuje receptory rozpoznávající sacharidové struktury, CRD z anglického carbohydrate recognition domains (neboli domény rozpoznávající sacharidy).
Dalším možným dělením CLR se kterým se setkáváme je na manózové a asialoglykoproteinové receptory.
První skupina CLR: Manózové receptory Manózový receptor (MR) patří mezi PRR přítomné na povrchu buněk přirozeného imunitního systému, jako jsou například makrofágy nebo dendritické buňky. Manózové receptory řadíme do CRD skupiny, mezi receptory závislé na Ca2+. MR spolu s TLR patří mezi multilektinové receptory a vytváří významné spojení mezi přirozenou a adaptivní imunitou. MR slouží k rozpoznání a navázání opakujících se manózových jednotek na povrchu infekčního agens. Po aktivaci MR dochází ke spuštění endocytózy nebo fagocytózy infekční částice přes manózovou komplementovou kaskádu. Navázání manózy konkrétně vede k aktivaci serinových proteáz asociovaných s manózou-vázaný lektin (MBL) z anglického mannose binding lectin (MASP). Po aktivaci MASP dochází k rozvoji kaskády, která zesiluje imunitní odpověď: MBL interaguje s C4 složkou komplementu, váže C4b podjednotku a uvolňuje C4a do krevního oběhu, podobně dochází i k vazbě C2, která vede k uvolnění C2b. Dohromady tvoří MBL, C4b a C2a tzv. C3 konvertázu. C3 je rozštěpeno na C3a a C3b podjednotky a C3b váže konvertázu, tak dochází k vytvoření C5 konvertázy. Podobně jako se tomu děje u C3, C5 je rozštěpeno na C5b a C5a, přičemž se C5b váže a C5a je uvolněno do krevního oběhu. C5b způsobí vazbu C6, C7, C8 a většího počtu C9, které společně tvoří komplex a způsobí perforaci membrány patogenu, aby mohla působit granzym/perforinová dráha a patogen zlikvidovat.
Druhá skupina CLR: Asialoglykoproteinové receptory Tato druhá velká rodina CLR receptorů zahrnuje: Klasický asialoglykoproteinová receptor makrofágový galaktózový typ lektinu (MGL) DC-SIGN (CLEC4L) Langerin (CLEC4K) Myeloidní DAP12‑asociovaný lektin (MDL)‑1 (CLEC5A) DC‑asociovaný C‑lektin 1 (Dectin1) podskupina, která dále zahrnuje: Dectin 1/CLEC7A DNGR1/CLEC9A Myeloidní C‑lektin receptoru podobný (MICL) (CLEC12A) CLEC2 (také označovaný CLEC1B)- receptor aktivující destičky specifický pro podoplanin, nachází se na lymfatických endoteliálních buňkách a invaduje okraje některých druhů karcinomů CLEC12B DC imunoreceptor (DCIR) podskupina, která dále zahrnuje: DCIR/CLEC4A Dectin 2/CLEC6A Krevní DC antigen 2 (BDCA2) (CLEC4C) Mincle za anglického macrophage‑inducible C‑type lectin (CLEC4E), volně přeloženo makrofágy indukující C-lektin Nomenklatura je v případě rozdílu mezi manózovými a asialoglykoproteinovými receptory mírně zavádějící, protože ne všechny asialoglykoproteinové receptory musí mít nutně ve své struktuře galaktózu, která je nejčastějším vnějším zbytkem asialoglykoproteinu.
CLR signalizace CLR signalizují několika způsoby. Pro CLR signalizaci je naprosto zásadní spojení mezi CLR a TLR signalizací, na základě toho i rozlišujeme na TLR závislou a nezávislou signalizaci. Mezi signalizaci závislou na TLR řadíme dráhy začínající DC-SIGN a vedou na RAF1-MEK-ERK kaskádu, dále BDCA2 signalizaci zprostředkovanou přes ITAM molekulu a signalizaci přes ITIM. Signalizace, která není závislá na TLR je zprostředkovaná Dectinem1 a DEctinem2 – Mincle, tato signalizace vede přes MAP kinázovou dráhu k aktivaci NFkB.
Cytoplazmatické PRR
NOD-like receptory (NLR) NLR jsou cytoplazmatické proteiny, které rozpoznávají bakteriální peptidoglykany a zahajují prozánětlivou, antimikrobiální imunitní odpověď. Dosud bylo v savčím genomu identifikováno zhruba 20 těchto proteinů, které zahrnují oligomerizující doménu, která váže nukleosid trifosfáty (NOD) z anglického nucleotide-binding oligomerization domain. Mezi dalšími jsou v této skupině nejdůležitější transaktivátor MHC II (CIITA), IPAF, BIRC1 atd.
NOD Pro NOD1 a NOD2 byly identifikovány ligandy. NOD1 slouží k rozpoznání meso-DAP. Meso-DAP je typický peptidoglykan pro gramnegativní bakterie. NOD2 proteiny rozpoznávají intracelulární muramyl dipeptid (MDP), konzervovaný peptidoglykan typický pro grampozitivní a gramnegativní bakterie. V neaktivním stavu se NOD proteiny vyskytují v cytosolu v podobě monomerů a teprve po rozpoznání liganu dochází ke konformační změně, která vede k jejich aktivaci. NOD přenášejí signály přes NFkB a MAP kinázovými dráhami přes serin-threoninovou kinázu RIP2. NOD receptory signalizují přes CARD doménu na N konci, která aktivuje indukci exprese downstream genů, které posléze interagují s mikrobiálními molekulami přes LRR oblast na C konci. Výzkum odhalil, že pro správnou funkci přirozeného imunitního systému je typická interakce a spolupráce mezi jednotlivými typy receptorů. Zajímavá spolupráce byla nedávno objevena mezi TLR a NLR, specificky mezi TLR4 a NOD1 v odpovědi na infekci bakterií Escherichia coli. Další spolupráce a zapojení různých částích přirozeného imunitního systému byla objevena in vivo, kdy došlo k inaktivaci TLR. Výsledkem experimentu bylo zjištění, že roli TLR v imunitní odpovědi experimentálních myší částečně převzaly NLR.
NLRP