文摘
在过去的二十年,质膜的一般视图已经从均匀排列的脂质microdomains的马赛克。目前认为,高度有序的饱和脂肪和胆固醇,横向移动,存在于质膜的平面。脂质筏被认为提供一种方法来解释某些信号途径的空间隔离来自细胞表面。他们似乎提供必要的微环境为了让某些专门的信号事件发生,如先天免疫识别。先天免疫系统似乎使用带有编码的受体,称为模式识别受体(PRRs),为了检测病原体。一个家庭的受体是toll样受体(通常),中央“感应”装置的先天免疫系统。近年来,它已成为明显的,通常被征召进膜microdomains对配体的反应。这些纳米级组件的鞘脂类、胆固醇和通常稳定和融合,形成信号平台、转导信号导致先天免疫激活。在当前的论文中,我们将研究所有过去和当前的文学关于招聘细胞外和细胞内通常为脂质筏和这个膜组织如何调节先天免疫反应。
1。介绍
细胞的质膜的一般视图已经发展在过去二十年的均匀排列的脂质与嵌入蛋白质对microdomains马赛克的,每一方都有一个特定的蛋白质和脂质成分(1]。在过去的几十年中,证据积累了组织的质膜lipid-based microdomains或脂质筏。膜结构被提出的新模式(2与隔离那些高胆固醇膜是不完整的部分,称为脂质筏。脂质筏被设想为岛屿的高度有序的饱和脂肪和胆固醇的横向移动的飞机更流畅无序很大程度上不饱和脂质双分子层[3,4]。脂质筏假说的标志的自发的分区是膜脂质和蛋白质在离散域,基于他们的物理化学特性和行为的可能性恢复这些microdomains及其相关蛋白机械detergent-resistant实体使用生化浮选试验。Microdomains出现小动态结构,可以聚合为大平台针对不同刺激(5]。
目前,脂质筏被认为允许不同protein-lipid和暂时compartmentalise质膜蛋白质-蛋白质之间的关系。脂质筏被认为提供一种方法来解释某些信号途径的空间隔离来自细胞表面。他们似乎提供必要的微环境为了让某些专门的信号事件发生。最近的研究显示脂筏的形成的重要性获得性免疫反应。主要组织相容性复合体(MHC)似乎限制t细胞激活了脂筏的形成(6]。此外,我们最近发现,先天免疫反应的介质也集中在脂质筏为了方便信号转导(7,8),因此建议收购和先天免疫系统利用膜分区激活对入侵病原体的方法。至关重要的先天和后天免疫受体似乎oligomerize非随机的膜结构,结合他们的信号机制。因此积累受体在细胞膜上的这些“漂浮岛”似乎汇集所有适配器细胞分子信号所必需的。在本文中,我们将进一步调查机制先天免疫识别和回顾过去和当前文学使我们相信膜分区和脂质筏激活先天免疫中发挥核心作用。
2。先天免疫系统
先天免疫系统构成中最古老的部分我们的免疫防御系统,历经多年的进化。它的功能被认为是入侵病原体的识别、激活炎症控制病原体,和随后的激活获得性免疫反应。作为激活机制的一部分,先天免疫系统采用带有编码的受体,称为模式识别受体(PRRs)以“意义”的病原体。这些PRRs承认限制微生物特征的集合,能够理解不同类型的微生物病原体包括细菌和病毒真菌和螺旋体。脂质筏似乎是一个关键特性的先天免疫反应,在吞噬作用,起着至关重要的作用receptor-receptor以及receptor-pathogen协会以及信号转导。PRRs的家庭,比如toll样受体家族(TLR)以及c型凝集素家族似乎集中在脂质筏功能从而证明这个膜的重要性为先天免疫反应的功能分区。
2.1。toll样受体家族
toll样受体家族是第一个模式识别受体识别(9,10]。这个家族受体编码的至少10个细胞能够“感觉”微生物签名和触发激活导致促炎细胞因子的分泌。通常表达在免疫细胞,并能区分各种各样的微生物的配体,如细胞壁的组件(比如脂多糖(LPS)从革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和lipoteichoic酸细菌鞭毛蛋白,CpG DNA,和病毒DNA单链RNA (11]。
识别通常都是I型跨膜蛋白,其胞内域包含地区同源的胞内域IL-1R和被称为行动领域(11]。这些胞内域能够触发信号通路被激活核转录因子(NF -κBκB) (12,13),进而导致促炎细胞因子的分泌,如肿瘤坏死因子-α、il - 6和引发。
发现TLR4识别细菌脂多糖(LPS)或内毒素(14,15];TLR2发现承认lipoteichoic酸(LTA)和肽聚糖(16];TLR3能够感觉双链RNA病毒(17];TLR5发现识别细菌鞭毛蛋白(18],TLR7 [19]和TLR8 [20.)单链病毒RNA,而TLR9识别识别细菌CpG DNA (21]。此外,发现TLR2承认不同的主题包括多个组件等的革兰氏阳性细菌的肽聚糖(22(LTA)], lipoteichoic酸(23],lipoarabinomannan [24],脂蛋白[25从某些革兰氏阴性菌),和不同的有限合伙人26),酵母(27)、螺旋菌和真菌(28,29日)通过其独特的能力与通常二聚化1和6 [30.]。研究使用diacylated和triacylated脂蛋白显示diacylated脂蛋白需要TLR2/6形成活化,而triacylated脂蛋白诱导激活先天免疫系统的独立TLR6和主要通过TLR2 / TLR1形成(25,31日- - - - - -35]。
通常的膜分布及其胞内贩卖只有现在开始调查。大多数通常(TLR1、TLR2和TLR4, TLR5,和TLR6)似乎激活细胞通过其配体在细胞表面,而TLR3 TLR7, TLR8, TLR9识别似乎触发信号细胞。这些通常被证明存在于ER和承认他们的配体,一旦他们被内源性36,37]。
2.2。先天免疫识别细菌内毒素脂多糖
先天免疫识别调查细菌内毒素导致TLR家族的发现。TLR4是研究最多的TLR,主要是因为其参与脓毒症和脓毒性休克。脓毒症是一种矛盾和复杂的紊乱,结果我们先天免疫系统的过度反应,细菌感染。机制旨在保护宿主免受细菌感染的病原体,革兰氏阴性和革兰氏阳性,可导致细胞因子和致命的败血症oversecretion综合症。现在被广泛接受的是,主人的过度反应发生在先天免疫系统和水平直接关系到整个识别细菌细胞壁的组件,如脂多糖(LPS)革兰氏阴性细菌或lipoteichoic酸(LTA)革兰氏阳性细菌。因此识别细菌产品的先天免疫系统在一定条件下似乎对宿主产生不利的影响。
在过去的25年,伟大的飞跃对我们理解分子事件,导致病原体的先天认识发生。重要的发现之一是血清蛋白的鉴定,lipopolysaccharide-binding蛋白质(LBP),有限合伙人或本公司,并将其绑定到其细胞目标(38]。可能最重要的发现是,受体的主要家庭先天免疫系统是采用的toll样受体(通常)。
败血症和细菌识别而言,TLR4似乎是革兰氏阴性细菌的中央传感器的产品(15,39),而TLR2似乎是关键受体激活免疫系统对革兰氏阳性细菌(23]。除了通常的参与,似乎其他辅助分子参与。CD14被认为作为转移分子对革兰氏阴性和革兰氏阳性菌(40,41]。有限合伙人的认可,这进一步表明,可溶性分子,MD-2 [42),以及激活集群涉及其他受体(43- - - - - -45]。在本公司认可的情况下,TLR2似乎受体形成集群,包括至少CD14、TLR2 TLR6, CD36 [46]。因此我们正在远离受体的激活模式,和一个更复杂的情况出现。导致激活机制似乎涉及到仔细的几个受体分子相互作用以及血清蛋白质。因此这样一个复杂的事件需要一个非随机编排膜结构特别适合将受体分子聚集在一起并引发脂质双分子层脂质筏或膜内激活microdomains似乎提供这个平台。
2.3。蛋白质相互作用在先天免疫:PRRs是多组分的一部分传感器设备
PRRs受雇于先天免疫系统已被证明有能力约束识别保存产品独有的病原体入侵的微生物而不是主机,它正变得越来越明显,单一PRR识别外来抗原的模型是一个非常简单的一个。发现的toll样受体的主要信号转导分子的先天免疫系统,研究表明,冲击的PRRs是多组分的一部分传感器设备。
通常已被证明函数作为人类,甚至形成和形态功能与non-TLR分子相互作用。许多这样的相互作用是高度稳定的,而其他人是瞬态,形成动态的关联来响应特定的刺激。是否同型的,异形的,稳定的,或短暂,这些不同的蛋白质组合产生相当大的先天免疫系统功能多样性通过触发不同的信号级联导致细胞活化。有许多例子表明,TLR协会所需细胞的激活。TLR4似乎形成了一个复杂的至少两个分子,CD14和MD2,为了识别细菌有限合伙人(47]。此外,它似乎与toll样受体同系物RP105,充当消极的调节器TLR4反应(48]。TLR2被发现与TLR1二聚化或TLR6酵母组件的识别(30.),与TLR1的识别细菌脂蛋白。此外,TLR2也被证明与清道夫受体以承认脂蛋白(46)和最近表明,趋化因子受体CXCR4 TLR2 associates,充当消极的调节器TLR2反应(49)(图1)。图1描述了可能的TLR模型激活,通常和其他受体是如何组织的脂质筏在细胞表面之前和之后的刺激。TLR2和TLR1 TLR6形成。这些形成,所以不是由配体(图1(a))。TLR2/6形成脂质筏内招募和蛋白质与脂质raft-resident CD14和CD36配体参与。结合适当的微生物的物质会导致依赖资源聚类异形的受体,激活细胞内的信号级联,例如,通过NF -κB生产和分泌的促炎细胞因子(图1(b))。
通常的功能关联与non-TLR分子也被证实,例如,TLR2协会需要dectin-1巨噬细胞和树突状细胞激活β-glucan-containing粒子。最近,功能交互TLR2和CD36已被证明参与diacylglycerides的识别46]。TLR4似乎是最好的例子通常与non-TLR分子。已经提到,TLR4已被证明形成至少一个三分子复杂CD14和MD2为了识别细菌有限合伙人(39]。额外的受体组件的可能性,如热休克蛋白(43,50],趋化因子受体CXCR4 [43),或CD55 [45)被认为是激活集群的一部分,可能作为额外的有限合伙人转让分子。此外,它已经表明,不同的“形状”LPS诱导激活不同集群的形成,涉及协会TLR4与多种分子上面所提到的,这似乎确定有限合伙人反应(51]。
最近结构的研究已经揭示TLR协会,支持集群形成的假说,因为所有已结晶通常被发现在一个二聚体的形成,因此,假设提出了二聚或聚类可能是通常的一个共同特征,对于信号可能是至关重要的。
结构的研究通常是一个有吸引力的研究领域因为结构信息理解受体功能是至关重要的。2005年,TLR3的晶体结构是第一个被发现(52]。很奇怪,尽管没有配体结构,TLR3结晶为二聚体。在2007年和2008年,三个TLR-ligand复合物结构显示,TLR1-TLR2-lipoprotein, TLR4-MD-2-Eritoran, TLR3 dsRNA [53- - - - - -55]。发现ectodomains形成二聚体,在形状上惊人地相似。晶体结构的出版之前,Gayand Gangloff [56)提出了一个可能的激活模式,配体诱导二聚作用。这些观察表明,假设二聚ectodomains部队二聚的胞内行动领域,这启动信号通过招募胞内适配器分子,如MyD88 MAL TRIF,有轨电车,为了启动信号。行动的结构域TLR1、TLR2和TLR10显示(57]。有趣的是,TIR TLR10领域参与homodimeric交互。然而,现在还不确定是否在晶体结构对应于一个生理有关二聚体TLR10行动领域,因为他们被发现存在单体的解决方案。有趣的是它最近建议58]MyD88与IRAK4在8:在溶液中4比,这表明也许有更高的低聚物的形成。
为了更高的寡聚物形成和为了有这样精心组织的积累膜受体和信号机械分区的形成似乎是至关重要的这些“TLR多元传感器设备”。
2.4。TLR4招聘在配体膜Microdomains订婚
TLR4是第一个被证明是招募脂质筏根据细菌刺激有限合伙人(7]。在这些膜microdomains这是表明TLR4形成集群non-TLR分子剪裁对特定病原体的免疫反应(43,59- - - - - -62年]。
后来证明,这种积累在脂质筏也影响其内化和定位。发现TLR4积聚在脂质筏、内化lipid-raft-dependent的方式和目标到高尔基体(63年]。这种细胞内定位被证明是独立的信号,因此建议积累在脂质筏只促进配体识别和信号在细胞表面,而不是在细胞内发起的隔间,TLR4是针对63年]。
最近被提出的分子信号机制通常必须包括一系列的蛋白质构象变化由二聚作用的细胞外域(64年]。建议这receptor-receptor协会细胞外域迫使协会的胞质域。Motshwene et al。58最近证明了这个实验,证明人类MyD88死域,所有使用的适配器蛋白质之一,但tlr之一,和IRAK4组装成关闭复合物的化学计量学7:4和8:4,称为Myddosome。形式的能力7:4或8:4化学计量表明集群机制激活受体集中在脂质筏及其胞内机械集群,形成一个信号对TLR激活平台,似乎是至关重要的。
2.5。做膜分区中发挥重要作用的蛋白质吸收和细胞内的路由?
细胞膜显示一个巨大的复杂的脂质和蛋白质执行细胞功能要求设计的。协调这些函数,膜能够横向隔离其成分。脂质筏最初提出作为一个非随机的解释膜结构和它们的功能最初被认为是与膜贩运。然而,木筏被证明是能够影响组织的膜受体和生物活性以及膜贩运。
现在新兴这个膜分区可能发挥重要作用的蛋白质吸收和细胞内的路由。越来越明显的是,这个微分排序在细胞表面可能预处理细胞内特定分子的命运。自从发现clathrin-coated坑罗斯和波特在1964年65年),作为选择性专业化网站招聘专业内化到真核细胞的分子,clathrin-independent内吞作用的通路已经出现了。内吞作用的途径不依赖网格蛋白涂层坑的形成包括最早确定通路如吞噬,macropinosis,小窝。脂质筏可能参与这些途径。尤其是吞噬作用,表明脂质筏吞噬吸收中起关键作用的乳胶微球(66年),这表明这些专业microdomains质膜内吞作用和吞噬作用是必要的。
此外,定义为小小窝,裸在包含血浆蛋白的质膜内陷1窖蛋白已被证明能够结合胆固醇和抗洗涤剂萃取(67年),这导致了小窝的建议可能会构成一种脂质筏(68年]。脂质筏正日益成为与clathrin-independent内吞作用,因为几乎所有的分子都是已知性独立定义的网格蛋白在生化筏(69年]。有人建议,筏组件可能被clathrin-independent占据优先内吞作用。可能存在几种类型的clathrin-independent内吞作用。这些不同的路径需要的程度脂质筏操作或者是选择性脂质筏目前正在深入调查的目标。最近,尼克尔斯等人所描述的快速lipid-raft-dependent目标从细胞表面到高尔基体(70年]。此外,一个新的clathrin-independent机制被描述,从而交付质膜的受体分子caveolin-1-containing核内体,称为“caveosomes”[71年]。随着这些新clathrin-independent吸收机制的出现,不同类型的内吞作用有明显不同的功能开始变得明显。最终我们必须推测,排序在质膜可能会使细胞内分子可能采取的路线。如果是这样的话,那么在哪里raft-associated分子,如TLR4、目标?最重要的是为什么?
这种细胞内目标似乎是独立的信号。TLR2也被发现存在于脂筏在革兰氏阳性细菌刺激后产品和类似的目标到高尔基体(72年)(图1)。剩下的问题是脂质筏协会共同所有通常在细胞表面表达吗?如果是这种情况,他们都遵循相同的细胞内的路线吗?做不同的信号级联需要微分目标通常及其配体?
在ER-resident通常非常小贩卖在刺激存在的证据。到目前为止只有TLR9识别被发现可能促使ER的溶酶体,以应对其配体,CpG DNA (73年]。基于TLR9识别的结果,提出了一个假设,ER-resident通常可能成为访问endosomal和溶酶体后车厢ER保险丝微生物进入网站。如果是这样的话,那么现在看来,ER膜融合可能被ER-resident关键微生物识别通常。
2.6。脂质筏Endosomal先天免疫动力学控制吗?
的规定内体动力学基本细胞功能是至关重要的,如营养摄入、消化、膜受体回收/退化,抗原表达,细胞迁移,细胞内信号74年- - - - - -76年]。该系统也利用各种病原体芽,从细胞(77年]。
除了函数作为一个配送中心,它提出了核内体系统作为细胞内信号站(78年]。在先天免疫的情况下肯定是这样,自从TLR3 TLR7 TLR8, TLR9识别所有驻留在核内体等待捕获传入pamp和触发信号。核内体是pleiomorphic细胞器组成的管状元素以及水泡的地区多泡的外表特征。剩下的问题是:除了这些形态区分区域,endosomal膜进一步subcompartmentalized成膜脂质筏或microdomains。
脂质筏大多研究等离子体膜,主要是由于显微镜和生物物理方法的可访问性(79年]。脂质筏的描述也被广泛基于他们的耐洗涤剂溶液化,尽管这有固有的局限性(80年),以及荧光显微镜(79年]。尽管大多数研究都集中在脂筏在等离子体膜的存在,许多胞内细胞器似乎包含raft-like域(81年- - - - - -84年]。由于其低胆固醇含量,内质网最初认为不包含cholesterol-dependent microdomains。然而,最近几项研究已经报道他们的存在85年,86年]。Raft-like领域被描述在高尔基体和trans-Golgi网络(87年,88年),沿内吞作用的途径(84年)以及在核内体(89年- - - - - -91年]。尽管潜在的角色外膜的脂质筏已经证明,包括内吞作用、胞外分泌,囊泡的形成,和信号,脂筏的功能膜动力学目前未知的过程。我们只能推测,它们导致了类似的功能。有人建议,蛋白质和脂质排序的核内体可能由膜控制分区(89年),但这些microdomains是否控制信号,特别是TLR信号没有被调查。因为大多数细胞外通常被证明是招募了脂筏在配体激活,它是安全的假设endosomal通常以类似的方式,特别是存在cholesterol-dependent microdomains endosomal膜已经证明(图2)。因此它是安全的假设膜分区控制细胞外和细胞内TLR-dependent信号。我们所建议的模型endosomal TLR激活,结扎的endosomal通常由各自的配体可能导致集群内的膜脂质筏,激活细胞内的信号级联,通过NF -κB生产和分泌的促炎细胞因子(图2(b))。
2.7。其他脂质筏ppr的存在
c型凝集素受体(clr),如Dectin 1,是一个家庭的模式识别受体结合β葡聚糖的细胞壁中找到致病真菌等白色念珠菌。特别是Dectin 1已被证明调解酵母和yeast-derived颗粒的吞噬作用,如酵母聚糖、激活炎性细胞因子的生产(92年- - - - - -94年]。有趣的是,Dectin-1具有immunotyrosine-activated主题(ITAM)在其胞质尾,这表明它有能力调解信号类似于BCR和识别。因为BCR和TCR被发现存在于脂质筏建议Dectin-1可能也被激活。最近的一项研究显示,Dectin-1甚至其他clr招募脂筏在激活和筏是重要的信号完整性95年]。因此建议招聘脂质筏是一种常见的功能对于大多数PRRs,包括通常和clr。
2.8。结束语
细胞膜中复杂成分但精确的目的:选择性地划分其选民为了协调细胞功能。通过这种方式,膜能够划分,隔离受体及其信号机械和创建低聚物的信号平台为了转导信号。一旦所需的功能减弱,这些隔离岛参与内化和膜贩运,从而为整个函数。先天性和获得性免疫系统似乎利用这个膜的功能分区。在这篇文章中,我们已经广泛的使用这个膜由先天免疫系统分区,tlr最特别的。LPS识别所涉及的分子机制和TLR信号,利用一系列的蛋白脂质和蛋白质的相互作用。等离子体膜似乎异构和合并更稳定membrane-ordered组件根据配体激活。这个分区的膜和更稳定的木筏平台的组装必须由raft-resident蛋白质功能化状态,形成protein-lipid以及蛋白质-蛋白质之间的关系。通常与其他PRRs的raft-resident蛋白质和被雇来这些“漂浮岛”形成更高的寡聚物,细胞外和细胞内,集中信号机械最终导致功能,专注,和协调的激活先天免疫系统。
这些领域的生命周期和响应的长度将取决于它们的大小和可能稳定或破坏的因素。这些因素不仅包括lipid-lipid, lipid-protein和蛋白质相互作用在平面上的膜细胞骨架的元素,pericellular矩阵相邻细胞膜跨膜和胞质域相关的受体。在通常的情况下,协会的行动领域细胞会稳定ectodomains细胞提供分子脚手架招聘适配器的分子信号。未来面临的挑战将是想象这些大型的装配和化学计量学和瞬态低聚物的复合物在活的有机体内。因此精炼现有生物物理方法,如单粒子跟踪(SPT),荧光相关光谱(FCS)和荧光共振能量转移(FRET)将帮助我们揭示这些动态nanoassemblies甾醇,鞘脂类,蛋白质在活细胞和为我们提供第一个先天免疫反应的动态画面。