Innate immune system은 잠재적인 병원체를 감지할 수 있는 제한된 수의 Pattern recognition receptor (PRRs)를 보유하고 있습니다. 이러한 PRRs 중에서, 계통 발생학적 및 구조적으로 매우 밀접하게 관련된 두 개의 Toll like receptor (TLR)인 TLR7과 TLR8은 동일한 Ligand인 Single-strand RNA (ssRNA)를 인식합니다. 이 두 receptor가 자극을 받으면 MyD88을 통해 NF-kB와 IRF 신호 경로를 유도하여 여러 면역 세포 (ex. T cells)를 활성화시키며, 이를 통해 Innate immune과 Adaptive immune 간의 다리를 놓습니다. 이러한 관찰을 바탕으로, 두 receptor는 공통적인 기능적 유사성을 공유하기 때문에 중복된 역할을 할 가능성이 있다고 추측할 수 있습니다.
하지만, TLR7과 TLR8은 강한 Selection 아래에서 진화해왔으며, 이는 숙주의 생존에 필수적이고 고유한 기능을 가지고 있음을 나타냅니다. 이 두 receptor는 세포 유형별 발현에서 차이를 보입니다. TLR7은 Plasmacytoid dendritic cells (p)DCs와 B cells에서 발견되고, TLR8은 Myeloid (m)DCs와 Neutrophil에서 발견됩니다. Immune cells 중에서, 오직 Monocytes만이 두 Receptor를 모두 발현합니다.
pDCs는 IRF 활성화에 의해 대량의 IFN-a를 빠르게 분비하는 반면, mDCs는 NF-kB 경로를 통해 IL-12, TNF-a와 같은 pro-inflammatory cytokines을 생성하는데 더 관여합니다. 게다가, 두 receptor는 질병에 서로 다르게 기여합니다. TLR7-deficiency에 대해, 최근 연구에서 SARS-CoV-2 감지 및 Type 1 Interferon (IFN) 생성에 결함을 초래하여 COVID-19 중증 폐렴의 유전적 매개체로 보고되었습니다. TLR8-deficiency와 관련하여, 현재까지 TLR8의 기능 상실이 특정 질병과 관련이 있다는 보고는 없습니다. 이는 TLR8 결핍이 표현형을 유발하지 않거나, 혹은 관련 병원체가 멸종되었거나 아직 진단되지 않았을 가능성을 암시합니다.
Hyperactivation과 관련하여, self-RNA에 의한 부적절한 TLR7 자극은 다유전자성 자가면역 질환인 Systemic lupus erythematosus (SLE)와 연관이 있으며, 이는 self-nucleotide antigen 및 autoantibodies의 존재를 특징으로 합니다. 최근에는 TLR7의 gain-of-function (GOF) 돌연변이에 의해 발생한 최초의 단유전자성 SLE 사례가 보고되었습니다.TLR8에 대해, gain-of-function (GOF) 돌연변이는 선천적 호중구 감소증 및 반복적인 감염과 같은 복잡한 표현형을 유발하지만, 놀랍게도 자가면역 질환과의 연관성은 관찰되지 않았습니다.
InvivoGen은 TLR7/8과 관련된 NF-kB 및 IRF 경로를 동시에 연구할 수 있도록 HEK- 및 THP-1 derived cell lines을 개발했습니다. 그러나 기능적인 TLR7-expressing clone을 생성하는 것은 매우 어려웠습니다. 안정적인 TLR7 발현은 쉽게 달성했지만, 활성화를 유도하는 것은 불가능했습니다. 이는 필수 보조 인자의 부재 또는 TLR7의 기본적인 negative regulation mechanism의 존재를 시사합니다. 흥미롭게도, TLR8 과발현 세포에서는 관찰되지 않았습니다.
점점 더 많은 문헌들이 두 가지 주요 adaptor protein인 UNC93B1과 Syntenin-1이 endosome TLR의 세포 내 위치, 안정성 및 신호 지속 시간을 조절한다는 것을 강조하고 있습니다. 샤페론 단백질인 UNC93B1은 소포체에서 Endosome으로의 TLR 이동을 매개합니다. 특히 다른 Endosomal TLR의 이동을 촉진하여 TLR7의 이동을 제한합니다. 또한 Endosome에서 TLR7과 결합 상태를 유지하여 언정성을 제공하고 Syntenin-1을 모집합니다. Syntenin-1은 TLR7 활성화 시, 신호를 종료시키기 위해 TLR7을 Intraluminal vesicle로 분류하며, 이를 통해 TLR7의 반감기를 급격히 단축시킵니다. UNC93B1의 다양한 돌연변이는 이러한 조절 기능을 제거하고 TLR7의 신호를 완전히 활성화하는 결과를 초래했습니다. 실제로, InvivoGen은 UNC93B1의 돌연변이 버전을 TLR7 overexpression cell line에 도입하여 제한적 메카니즘을 극복하고 안정적인 TLR7 signal을 얻는 데 성공했습니다. 그러나, '왜 TLR7만이 이러한 강력한 UNC93B1-mediated regulation을 필요로 하는가?'라는 질문은 여전히 남아있습니다.
TLR7과 TLR8은 ssRNA에 대한 autoreactivity 가능성을 가지고 있기 때문에, 이들의 감지는 엄격하게 조절되어야 합니다. InvivoGen의 새로운 Cell line은 TLR7 및 TLR8과 관련된 복잡한 기전을 밝히고, 감염성 질환 및 자가면역 질환에 대해 새로운 치료 접근법을 맞춤화하는데 중요한 역할을 할 것입니다.
References :
Lind NA, et al., Nat Rev Immunol. 2022 Apr;22(4):224-235.
Heil F, et al., Science. 2004 Mar 5;303(5663):1526-9.
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Pelka K, et al.,Immunity. 2018 May 15;48(5):911-922.e7.
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Innate immune system은 잠재적인 병원체를 감지할 수 있는 제한된 수의 Pattern recognition receptor (PRRs)를 보유하고 있습니다. 이러한 PRRs 중에서, 계통 발생학적 및 구조적으로 매우 밀접하게 관련된 두 개의 Toll like receptor (TLR)인 TLR7과 TLR8은 동일한 Ligand인 Single-strand RNA (ssRNA)를 인식합니다. 이 두 receptor가 자극을 받으면 MyD88을 통해 NF-kB와 IRF 신호 경로를 유도하여 여러 면역 세포 (ex. T cells)를 활성화시키며, 이를 통해 Innate immune과 Adaptive immune 간의 다리를 놓습니다. 이러한 관찰을 바탕으로, 두 receptor는 공통적인 기능적 유사성을 공유하기 때문에 중복된 역할을 할 가능성이 있다고 추측할 수 있습니다.
하지만, TLR7과 TLR8은 강한 Selection 아래에서 진화해왔으며, 이는 숙주의 생존에 필수적이고 고유한 기능을 가지고 있음을 나타냅니다. 이 두 receptor는 세포 유형별 발현에서 차이를 보입니다. TLR7은 Plasmacytoid dendritic cells (p)DCs와 B cells에서 발견되고, TLR8은 Myeloid (m)DCs와 Neutrophil에서 발견됩니다. Immune cells 중에서, 오직 Monocytes만이 두 Receptor를 모두 발현합니다.
pDCs는 IRF 활성화에 의해 대량의 IFN-a를 빠르게 분비하는 반면, mDCs는 NF-kB 경로를 통해 IL-12, TNF-a와 같은 pro-inflammatory cytokines을 생성하는데 더 관여합니다. 게다가, 두 receptor는 질병에 서로 다르게 기여합니다. TLR7-deficiency에 대해, 최근 연구에서 SARS-CoV-2 감지 및 Type 1 Interferon (IFN) 생성에 결함을 초래하여 COVID-19 중증 폐렴의 유전적 매개체로 보고되었습니다. TLR8-deficiency와 관련하여, 현재까지 TLR8의 기능 상실이 특정 질병과 관련이 있다는 보고는 없습니다. 이는 TLR8 결핍이 표현형을 유발하지 않거나, 혹은 관련 병원체가 멸종되었거나 아직 진단되지 않았을 가능성을 암시합니다.
Hyperactivation과 관련하여, self-RNA에 의한 부적절한 TLR7 자극은 다유전자성 자가면역 질환인 Systemic lupus erythematosus (SLE)와 연관이 있으며, 이는 self-nucleotide antigen 및 autoantibodies의 존재를 특징으로 합니다. 최근에는 TLR7의 gain-of-function (GOF) 돌연변이에 의해 발생한 최초의 단유전자성 SLE 사례가 보고되었습니다.TLR8에 대해, gain-of-function (GOF) 돌연변이는 선천적 호중구 감소증 및 반복적인 감염과 같은 복잡한 표현형을 유발하지만, 놀랍게도 자가면역 질환과의 연관성은 관찰되지 않았습니다.
InvivoGen은 TLR7/8과 관련된 NF-kB 및 IRF 경로를 동시에 연구할 수 있도록 HEK- 및 THP-1 derived cell lines을 개발했습니다. 그러나 기능적인 TLR7-expressing clone을 생성하는 것은 매우 어려웠습니다. 안정적인 TLR7 발현은 쉽게 달성했지만, 활성화를 유도하는 것은 불가능했습니다. 이는 필수 보조 인자의 부재 또는 TLR7의 기본적인 negative regulation mechanism의 존재를 시사합니다. 흥미롭게도, TLR8 과발현 세포에서는 관찰되지 않았습니다.
점점 더 많은 문헌들이 두 가지 주요 adaptor protein인 UNC93B1과 Syntenin-1이 endosome TLR의 세포 내 위치, 안정성 및 신호 지속 시간을 조절한다는 것을 강조하고 있습니다. 샤페론 단백질인 UNC93B1은 소포체에서 Endosome으로의 TLR 이동을 매개합니다. 특히 다른 Endosomal TLR의 이동을 촉진하여 TLR7의 이동을 제한합니다. 또한 Endosome에서 TLR7과 결합 상태를 유지하여 언정성을 제공하고 Syntenin-1을 모집합니다. Syntenin-1은 TLR7 활성화 시, 신호를 종료시키기 위해 TLR7을 Intraluminal vesicle로 분류하며, 이를 통해 TLR7의 반감기를 급격히 단축시킵니다. UNC93B1의 다양한 돌연변이는 이러한 조절 기능을 제거하고 TLR7의 신호를 완전히 활성화하는 결과를 초래했습니다. 실제로, InvivoGen은 UNC93B1의 돌연변이 버전을 TLR7 overexpression cell line에 도입하여 제한적 메카니즘을 극복하고 안정적인 TLR7 signal을 얻는 데 성공했습니다. 그러나, '왜 TLR7만이 이러한 강력한 UNC93B1-mediated regulation을 필요로 하는가?'라는 질문은 여전히 남아있습니다.
TLR7과 TLR8은 ssRNA에 대한 autoreactivity 가능성을 가지고 있기 때문에, 이들의 감지는 엄격하게 조절되어야 합니다. InvivoGen의 새로운 Cell line은 TLR7 및 TLR8과 관련된 복잡한 기전을 밝히고, 감염성 질환 및 자가면역 질환에 대해 새로운 치료 접근법을 맞춤화하는데 중요한 역할을 할 것입니다.
References :
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