University of Oulu

Toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4 signaling in the innate response against bacterial components

Saved in:
Author: Liljeroos, Mari
Organizations: University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Clinical Medicine, Department of Physical Medicine and Rehabilitation
University of Oulu, Faculty of Medicine, Department of Paediatrics
University of Oulu, Biocenter Oulu
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514288111
Language: English
Published: 2008
Publish Date: 2008-06-03
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented, with the assent of the Faculty of Medicine of the University of Oulu, for public defence in Auditorium 101 A of the Faculty of Medicine (Aapistie 5 A), on June 13th, 2008, at 12 noon
Reviewer: Docent Sampsa Matikainen
Professor Olli Silvennoinen
Description:

Abstract

Toll-like receptors (TLRs) are transmembrane proteins involved in the recognition of specific microbial structures and thus the activation of signaling cascades of innate immunity. Regulation of the innate immune response is a complex biological process involving the combined synergistic and antagonistic effects of distinct signaling mediators. Although TLR signaling has been widely studied in recent years, there remain many unexplored unique features of each TLR signaling pathway. The present study evaluated the activation and regulation of TLR4 and TLR2 signaling with the aim of better understanding the molecular mechanisms that control these inflammatory signaling pathways.

In the present study, the signal transduction mechanisms of TLR4 and TLR2 in response to Escherichia coli LPS and Staphylococcus aureus LTA were evaluated in mouse macrophages. The inductions, interactions, and activations of the signaling molecules and mediators in the TLR pathways were studied by using several molecular biology and protein chemistry methods. In addition, the role of TLR4 and TLR2 in the regulation of the hepatic inflammatory reaction during endotoxemia was studied.

Mouse macrophages were found to induce central proinflammatory mediators in response to LPS and LTA stimulation. Specific roles for PI 3-kinase and Btk were described. These kinases were found to be activated by LPS and LTA; moreover, PI 3-kinase and Btk were found to form specific interactions with TLRs and their intracellular signaling mediators. In addition, a unique IRF2 signaling pathway for LTA-induced TLR2 was found, resulting in the activation of signal transducers and activators of transcription (Stats) and IFN-α secretion. The secreted IFN-α was shown to regulate the LTA-induced inflammatory responses, thereby combining the LTA-induced IRF proteins into NF-κB pathway.

The present study provides insight into the signal transduction mechanisms of TLRs. The understanding of these molecular mechanisms that control the activation of TLR signaling cascades will in the future help to predict predisposition and outcome in infectious diseases, and to control the course of disease at an earlier stage.


Tiivistelmä

Toll:n kaltaiset reseptorit (TLR) ovat solukalvon proteiineja, jotka tunnistavat taudinaiheuttajien eli patogeenien spesifisiä rakenteita johtaen elimistön puolustusjärjestelmän, immuniteetin, aktivoitumiseen. Immuniteetin säätely on monimutkainen biologinen prosessi, joka tapahtuu kudosten, solujen ja erilaisten synnynnäiseen immuniteettiin liittyvien molekyylien vuorovaikutuksina. Tulehdusvasteen säätelyssä tasapaino positiivisten ja negatiivisten säätelysignaalien välillä on erittäin tärkeää, jotta autoimmuunisairauksien, akuuttien tai kroonisten tulehdusten sekä infektiosairauksien synty voitaisiin välttää. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli saada lisätietoa TLR2 ja TLR4 proteiinien säätelemistä signaalireiteistä, niiden vasteista tiettyjä patogeenirakenteita vastaan ja ymmärtää paremmin synnynnäisen immuniteetin puolustusmekanismeja.

Patogeenirakenteiden aiheuttamaa tulehdusvastetta tutkittiin pääosin soluviljelymallissa. Lisäksi selvitettiin immuunivasteen luonnetta fysiologisessa kokonaisuudessa ja sen korrelaatiota solutasolla nähtyihin vasteisiin käyttäen in vivo hiirimallia. Tutkimus tehtiin käyttäen useita molekyylibiologian ja proteiinikemian menetelmiä proteiini- ja mRNA-ekspressioiden sekä proteiini-interaktioiden tutkimiseen ja erilaisten aktiivisuuksien määrityksiin. Tulehdusvastetta tutkittiin etenkin sytokiinivastetta määrittämällä ja signaaliketjujen toimintaa analysoitiin estämällä spesifisesti niiden toimintaa. Tarkoituksena oli selvittää, mitkä tekijät ovat välttämättömiä kyseisten tulehdusta aiheuttavien bakteerien tunnistuksessa ja puolustusreaktiossa niitä vastaan.

Tutkimuksessa havaittiin kahden kinaasin, PI 3-kinaasin ja Brutonin tyrosiinikinaasin, liittyvän oleellisesti TLR signaalireitteihin. Nämä TLR:ien stimulaation seurauksena aktivoituneet kinaasit muodostivat spesifisiä sidoksia TLR:ien ja niiden signaaliketjuihin liittyvien solunsisäisten signaalivälittäjien kanssa. Lisäksi TLR2 signaalireitillä havaittiin aktivoituvan tekijöitä, jotka johtivat interferoni-α välitteiseen tulehdusvasteen säätelyyn. TLR signaalireittien selvittäminen auttaa ymmärtämään tulehdussairauksien patofysiologiaa ja voi siten tulevaisuudessa johtaa parempien hoitomenetelmien kehittämiseen.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN-E: 1796-2234
ISBN: 978-951-42-8811-1
ISBN Print: 978-951-42-8810-4
Issue: 972
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.