Erregermusterrezeptoren

CD14

Das CD14 ist ein auf Monozyten, Makrophagen und Granulozyten exprimierter, membrange-bundener Rezeptor (Yang et al. 1995), der in der Milch in hohen Konzentrationen auch solubili-siert vorliegt (siehe 2.2.1). Er ist Bestandteil des TLR-4-Komplexes, dem Rezeptor für LPS (siehe unten). CD14 ist über Glycosylphosphatidylinositol (GPI) in der Zellmembran verankert, besitzt jedoch in Ermangelung eines zytoplasmatischen Anteils keine Fähigkeit zytoplasmatische Signale zu transduzieren (Ulevitch und Tobias 1995). Nach der Bindung des LPS-CD14-Komplexes an TLR-4 wird eine Enzymkaskade in Gang gesetzt, in deren Folge verschiedene Zytokine und O-berflächenmoleküle verstärkt exprimiert werden (Dentener et al. 1993, Schumann et al. 1996).

Weiterhin ist CD14 für die Erkennung und Beseitigung apoptotischer und nekrotischer Zellen von Bedeutung (Schlegel et al. 1999). Für den Menschen und die Maus wurde beschrieben, dass sich LPS mit in Serum befindlichem LBP (Lipopolysaccharid Bindungsprotein) kreuzvernetzen muss, um an CD14 binden zu können (Aderem und Ulevitch 2000). LBP ist ein Protein der Leber, dessen Konzentration während systemischer Infektionen und der Akut-Phase-Antwort signifikant ansteigt. Es ist für die Monomerisierung von LPS-Vesikeln und den an-schließenden Transport zu den membranständigen CD14-Rezeptoren zuständig (Schumann et al.

1996, Lamping et al. 1998). Im Gegensatz zum murinen und humanen System scheint dies im bovinen System nicht notwendig zu sein (Jungi et al. 1997).

Scavenger-Rezeptoren

Die als Scavenger-Rezeptoren bezeichneten phagozytischen Rezeptoren erkennen bestimmte anionische Polymere und auch acetylierte Lipoproteine geringer Dichte (LDL, low density li-poproteins) und werden von myeloiden Zellen und einigen Endothelzellen exprimiert. Sie bilden eine strukturell heterogene Gruppe in der mindestens sechs verschiedene Molekülformen vor-kommen (Janeway et al. 2002). Neben endogenen Liganden wie bspw. veränderten Wirtszellen, erkennen sie auch mikrobielle Bestandteile und sind in der Lage sie zu internalisieren. So wurde gezeigt, dass der Scavenger-Rezeptor-A (SR-A) an das Lipid A des Lipopolysaccharids binden kann (Hampton et al. 1991). Auch Gram-positive Bakterien (Dunne et al. 1994), Lipoteichonsäu-re (LTA) (GLipoteichonsäu-reenberg et al. 1996) und bakterielle CpG-DNA bindet an den SR-A (Zhu et al.

2001). Eine Beteiligung des SR-A an der Antigenpräsentation ist nachgewiesen (Singh et al. 1998, Nicoletti et al. 1999).

Mannose bindendes Lektin (MBL)

Mannose bindendes Lektin (MBL) gehört zu der Protein-Familie der Kollektine. Es besteht aus Oligomeren, die jeweils aus drei Peptidketten, mehreren Lektin-Domänen, kollagenen Strukturen und einer Cystein-reichen N-terminalen Region aufgebaut sind (Sastry et al. 1989, Taylor et al.

1989). Es ist ein Ca2+-abhängiges Lektin, das an 3- und 4-Hydroxylgruppen verschiedener Zu-cker z.B. auf mikrobiellen Oberflächen bindet (Drickamer 1992, Weis et al. 1992). Nicht nur strukturell, sondern auch funktionell ist MBL dem C1q, einem Fragment der Komplementkom-plemente C1, sehr ähnlich. Beide Proteine spielen eine wichtige Rolle in der Komplementaktivie-rung, der Opsonisierung und Phagozytose sowohl mikrobieller Bestandteile als auch apoptoti-scher Zellen. MBL vermittelt einen dritten Weg der Komplementaktivierung, der parallel zu dem klassischen Weg über C1q und dem alternativen Weg über Properdin/ Faktor-D läuft.

Toll-like-Rezeptoren (TLRs)

Die ursprünglich bei der Fruchtfliege Drosophila identifizierten TOLL-Rezeptoren (Gay und Keitz 1991) dienen der spezifischen Erkennung von Pathogenen und der Aktivierung des konstitutiven Immunsystems. Aufgrund der hohen Homologie in Struktur und Gensequenz zu diesen TOLL-Rezeptoren konnten bei Mensch und Maus mindestens 11 verschiedene Toll-like-TOLL-Rezeptoren identifiziert werden (Zhang et al. 2004).

Die spezifischen TLR-Liganden gehören alle zur Gruppe der PAMPs, besitzen Strukturen mit höchst konserviertem Aufbau und kommen in einem sehr großen Spektrum von Mikroorganis-men vor (Medzhitov et al. 1997). Zu ihnen gehören z.B. LPS, LTA, Lipoprotein, Flagellin, un-methylierte DNA-Motive (CpG-Motive) aus Nicht-Vertebraten, sowie Mannane und Mannopro-teine aus Hefen.

Als Transmembranrezeptoren bestehen TLRs aus einer extrazellulären Leukin-reichen Region, einer transmembranalen Region und einem intrazellulären Bereich, der dem des IL-1-Rezeptors ähnlich ist und den Namen TIR (Toll/Interleukin-1 Rezeptor) trägt (Gay und Keitz 1991). Alle diese Rezeptoren, bis auf TLR-7, -8 und -9 befinden sich an der Oberfläche der Zellen (Armant und Fenton 2002, Crozat und Beutler 2004). TLRs gelten als ein Bindeglied zwischen den Erken-nungsmechanismen von konstitutivem und adaptivem Immunsystem. Nach der Bindung an ihre Liganden führen sie durch ähnliche, intrazellulär ablaufende Mechanismen die Bildung von NF-κB oder JNK (c-JUN N-terminal kinase) herbei. Daraus resultierend kann es zur Freisetzung von Zytokinen und zur Expressionsmodulierung von Oberflächenmolekülen kommen (Medzhitov und Janeway 1997).

TLR-4

Von der gesamten Familie der TLRs ist TLR-4 am besten charakterisiert (Aderem und Ulevitch 2000). Er wird stark auf Zellen des peripheren Blutsystems und Makrophagen exprimiert, kann aber auch auf anderen Zellen vorkommen (Medzhitov et al. 1997). Sein Hauptligand ist das LPS aus der Zellmembran Gram-negativer Bakterien. LPS ist allein über die Bindung an TLR-4 in der Lage, Zellen in geringem Ausmaße anzuregen. Dieser Effekt kann jedoch durch Bindung von LPS an LBP und CD14 verstärkt werden. Für eine starke Aktivierung der Zelle ist zusätzlich noch die Bindung des Proteins MD-2 notwendig (Shimazu et al. 1999, Akashi et al. 2000). Die genaue Bindung an den TLR-4 ist jedoch derzeit noch nicht geklärt. TLR-4 ist auch in der Lage, das respiratorische Synzytialvirus über das Fusionsprotein F zu erkennen (Kurt-Jones et al. 2000).

Taxol, HSP60 und Fibronectin EDA (Extra Domain A) sind körpereigene Substanzen, die eben-falls durch TLR-4 erkannt werden. Taxol benötigt ebenso wie LPS einen TLR-4-MD-2-Komplex (Kawasaki et al. 2001). Die Bindung durch HSP60 an den TLR-4 scheint ebenfalls MD-2 abhän-gig zu sein. HSP60 ist jedoch nicht spezifisch für TLR-4, sondern kann auch durch TLR-2 er-kannt werden (Vabulas et al. 2001). Fibronectin EDA entsteht durch alternatives Splicing bei Gewebsverletzungen. Dieses ruft über TLR-4 in monozytoiden Zellen inflammatorische Reakti-onen hervor, was zu der Vermutung geführt hat, dass dieser Mechanismus bei Gewebsschädi-gungen für die inflammatorische Wirkung in vivo zuständig ist (Okamura et al. 2001).

TLR-2, TLR-1 und TLR-6

Ähnlich dem LPS als Ligand für TLR-4, erkennt TLR-2 hauptsächlich Bestandteile Gram-positiver Bakterien (Muzio und Mantovani 2001), wie Lipoproteine, Lipoteichonsäure und Pepti-doglykane (PGN) (Werling und Jungi 2003). So zeigten Versuche mit TLR-2-defizienten Mäusen, dass TLR-2 essentiell für eine Immunantwort auf PGN ist (Takeuchi et al. 1999, Takeuchi et al.

2001). Weitere Liganden sind Zymosan und ausnahmsweise auch LPS von Porphyromonas gingivalis und Leptospira interrogans. Diese Bindung scheint ebenfalls CD14-abhängig zu sein (Hirschfeld et al. 2001). LTA sowohl von Streptococcus pneumoniae als auch Staphylococcus aureus bindet über LBP und CD14 an TLR-2, nicht aber an TLR-4. MD-2 hat keine Auswirkungen auf die Effektivität

der LTA-Stimulation (Schröder et al. 2003). Auch prokaryotisches GPI (Glycosylphosphatidyli-nositol) als Ankermolekül für die Bindung vieler Proteine an die Membran von Trypanosoma cruzi ist ein spezifischer Ligand für TLR-2 (Campos et al. 2001). Durch strukturelle Unterschiede zwi-schen Säuger-GPI und dem prokaryotizwi-schen GPI von Mikroorganismen ist eine differentielle Erkennung durch TLR-2 möglich.

TLR-2 vermag nach Bindung seines Liganden nicht alleine eine Zelle zu aktivieren. Um dies zu erreichen, ist es unabdingbar, dass sich ein Heterodimer aus TLR-2 mit TLR-6 oder mit TLR-1 bildet (Underhill und Ozinsky 2002). Durch eine einseitige Blockade von TLR-2 oder TLR-6 konnte die Aktivierung muriner Makrophagen durch Gram-positive Bakterien sowie Zymosan verhindert werden (Ozinsky et al. 2000, Haijar et al. 2001). Für die Aktivierung von Zellen durch triazylierte bakterielle Proteine ist keine Heterodimerbildung notwendig (Ozinsky et al. 2000).

TLR-9

TLR-9 bindet spezifisch DNA-Sequenzen. Sowohl DNA-Motive mit einem zentralen CG-Dinukleotid (CpG-Motive) als auch DNA-Motive mit einem reversen, zentralen Motiv (GpC-Motive) ligieren mit dem TLR-9 und werden endosomal bzw. lysosomal internalisiert (Hacker et al. 1998). Während in der Regel keine Zellaktivierung durch die reversen GpC-Sequenzen bei Mensch und Maus nachgewiesen wurde, konnten Schuberth et al. (2004) dies für das Rind zeigen.

CD14, MD-1 und MD-2 haben keine Auswirkung auf die Aktivierung von Zellen durch TLR-9 (Bauer et al. 2001). Es wurde gezeigt, dass unterschiedliche CpG-Motive für Maus und Mensch eine optimale Aktivierung der Zellen hervorrufen (Hartmann et al. 2000, Bauer et al. 2001). Zur Aktivierung ist keine Kreuzvernetzung verschiedener TLRs nötig. Die Signalkaskade des TLR-9 scheint nicht identisch mit dem des IL-1 Rezeptors zu sein, da durch die Blockierung des MyD88 zwar die NF-κB Induktion durch DNA-Sequenzen, nicht aber die Aktivierung durch IL-1 oder TNF inhibiert werden konnte. TLR-9 gehört mit TLR-7 und –8 einer intrazellulär gelegenen Sub-familie an (Crozat und Beutler 2004). Die Erkennung seines Liganden erfolgt endosomal und die Signaltransduktion lässt sich durch Chloroquin hemmen. Dies legt nahe, dass die endosomale Azidifizierung für eine erfolgreiche Ligand-Rezptor-Bindung und Signalgebung notwendig ist (Perry et al. 2005).

TLR-3

Doppelsträngige, virale RNA wurde als ein Ligand für TLR-3 identifiziert (Alexopoulou et al.

2001).

TLR-5

Als Ligand für TLR-5 gilt bisher nur das Flagellin, welches von den meisten Bakterien produziert wird und dessen Bindung über die Aktivierung von NF-κB die Bildung von TNF-α induziert (Hayashi et al. 2001). Der TLR-5 wurde bisher auf myelomonozytoiden Zellen (Muzio et al.

2000) und basolateral auf Darmepithelien nachgewiesen (Gewirtz et al. 2001).

TLR-7, TLR-8

Eine Aktivierung von TLR-7 und TLR-8 durch kleine, anti-virale Bestandteile wie Imidazoquino-line konnte gezeigt werden (Hemmi et al. 2002). Die Aktivierung erfolgt ebenfalls über die MyD88-abhängige Signalkaskade. Wie beim murinen TLR-7 soll der humane TLR-8 virale Ein-zelstrang-RNA als natürlichen Liganden erkennen (Heil et al. 2004).

Ihre Lokalisation ist wie bei TLR-9 ebenfalls intrazellulär (Crozat und Beutler 2004).

TLR-10

Ein spezifischer Ligand für TLR-10 konnte bislang nicht identifiziert werden (Hasan et al. 2005).

TLR-11

Kürzlich konnte gezeigt werden, dass Profilin von Toxoplasma gondii dendritische Zellen über TLR-11 aktiviert und in vivo die Produktion von IL-12 induziert (Yarovinsky et al. 2005).

Bovine TLRs

Bisher sind wenige Sequenzen für bovine TLRs bekannt (Werling und Jungi 2003). Das Gen zu TLR-4 liegt auf Chromosom 8, das für TLR-2 auf Chromosom 17 (White et al. 2003). Zudem sind die Gensequenzen von TLR-3, TLR-9 und MD-2 bekannt. TLR-2 und TLR-4 scheinen von Monozyten, Makrophagen und dendritischen Zellen exprimiert zu werden (Werling und Jungi 2003). Im Gegensatz zu Makrophagen zeigen dendritische Zellen unterschiedliche Reaktionen auf TLR-2-/-4-Liganden (Werling et al. 2004). Die Studien über TLR-9 beschränken sich haupt-sächlich auf Wirkungsanalysen von CpG-Motiven für Lymphozyten, Monozyten und Makropha-gen. Hier dienten die Zytokinproduktion, die Proliferationsreaktion und die Induktion von iNOS als Kriterien der Aktivierung (Brown et al. 1998, Shoda et al. 2001, Pontarollo et al. 2002). Es ist noch nicht bekannt, ob CpG-Motive über TLR-9 oder einen anderen Weg dendritische Zellen stimulieren, obwohl eine gesteigerte IL-12, TNF-a und NO-Produktion beobachtet wurde (Wer-ling und Jungi 2003). Im Zusammenhang mit der Mastitis des Rindes konnte eine gesteigerte Expression von TLR-2 und TLR-4 im Eutergewebe gezeigt werden (Goldammer et al. 2004).

2.5.3 Funktionelle Konsequenzen einer Toll-like-Rezeptor (TLR) vermittelten