Toll-like receptors induce innate immune responses recognizing conserved microbial structural molecules that are known as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Ligand-induced homotypic oligomerization was found to proceed in LPS-induced activation of TLR4 signaling pathways. TLR2 is known to heterodimerize with TLR1 or TLR6 and recognize diacyl- or triacyl-lipopeptide, respectively. These results suggest that ligand-induced receptor dimerization of TLR4 and TLR2 is required for the activation of downstream signaling pathways. Therefore, receptor dimerization may be one of the first lines of regulation in the activation of TLR-mediated signaling pathways and induction of subsequent innate and adaptive immune responses. Here, we report biochemical evidence that curcumin from the plant Curcuma longa inhibits activation of $NF-{\kappa}B$, expression of COX-2, and dimerization of TLRs induced by TLR2, TLR3 and TLR4 agonists. These results imply that curcumin can modulate the activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by microbial pathogens.
Toll-like receptors (TLRs) induce innate immune responses by recognizing conserved microbial structural molecules. All TLR signaling pathways culminate in the activation of nuclear factor kappa-B (NF-$\kappa$B) leading to the induction of inflammatory gene products such as cyclooxygenase-2 (COX-2). Deregulated activation of TLRs can lead to the development of severe systemic inflammation. Divalent heavy metals, cadmium and mercury, have been used for thousands of years. While cadmium and mercury are clearly toxic to most mammalian organ systems, especially the immune system, their underlying toxic mechanism(s) remain unclear. Here, we report biochemical evidence that cadmium, but not mercury, inhibits NF-$\kappa$B activation and COX-2 expression induced by TLR2 or TLR4 agonists, while cadmium does not inhibit NF-$\kappa$B activation induced by the downstream signaling component of TLRs, MyD88. Thus, the target of cadmium to inhibit NF-$\kappa$B activation may be upstream of MyD88 including TLRs themselves, or events leading to TLR activation by agonists.
Hwang, Eunmi;Kim, Hyungkuen;Truong, Anh Duc;Kim, Sung-Jo;Song, Ki-Duk
Journal of Animal Science and Technology
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v.64
no.1
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pp.123-134
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2022
Toll-like receptors (TLRs), as a part of innate immunity, plays an important role in detecting pathogenic molecular patterns (PAMPs) which are structural components or product of pathogens and initiate host defense systems or innate immunity. Precise negative feedback regulations of TLR signaling are important in maintaining homeostasis to prevent tissue damage by uncontrolled inflammation during innate immune responses. In this study, we identified and characterized the function of the pancreatic progenitor cell differentiation and proliferation factor (PPDPF) as a negative regulator for TLR signal-mediated inflammation in chicken. Bioinformatics analysis showed that the structure of chicken PPDPF evolutionarily conserved amino acid sequences with domains, i.e., SH3 binding sites and CDC-like kinase 2 (CLK2) binding sites, suggesting that relevant signaling pathways might contribute to suppression of inflammation. Our results showed that stimulation with polyinosinic:polycytidylic acids (Poly [I:C]), a synthetic agonist for TLR3 signaling, increased the mRNA expression of PPDPF in chicken fibroblasts DF-1 but not in chicken macrophage-like cells HD11. In addition, the expression of pro-inflammatory genes stimulated by Poly(I:C) were reduced in DF-1 cells which overexpress PPDPF. Future studies warrant to reveal the molecular mechanisms responsible for the anti-inflammatory capacity of PPDPF in chicken as well as a potential target for controlling viral resistance.
Background: As Actinobacillus pleuropneumonniae (APP) infection causes considerable losses in the pig industry, there is a growing need to develop effective therapeutic interventions that leverage host immune defense mechanisms to combat these pathogens. Objectives: To demonstrate the role of microRNA (miR)-127 in controlling bacterial infection against APP. Moreover, to investigate a signaling pathway in macrophages that controls the production of anti-microbial peptides. Methods: Firstly, we evaluated the effect of miR-127 on APP-infected pigs by cell count/enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Then the impact of miR-127 on immune cells was detected. The cytokines tumor necrosis factor (TNF)-α and interleukin (IL)-6 were evaluated by ELISA. The expression of cytokines (anti-microbial peptides [AMPs]) was assessed using quantitative polymerase chain reaction. The expression level of IL-6, TNF-α and p-P65 were analyzed by western blot. The expression of p65 in the immune cells was investigated by immunofluorescence. Results: miR-127 showed a protective effect on APP-infected macrophage. Moreover, the protective effect might depend on its regulation of macrophage bactericidal activity and the generation of IL-22, IL-17 and AMPs by targeting sphingosine-1-phosphate receptor3 (SIPR3), the element involved in the Toll-like receptor (TLR) cascades. Conclusions: Together, we identify that miR-127 is a regulator of S1PR3 and then regulates TLR/nuclear factor-κB signaling in macrophages with anti-bacterial acticity, and it might be a potential target for treating inflammatory diseases caused by APP.
Lee, Jeon-Soo;Lee, Joo Young;Lee, Mi Young;Hwang, Daniel H.;Youn, Hyung Sun
Molecules and Cells
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v.25
no.2
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pp.253-257
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2008
Acrolein is a highly electrophilic ${\alpha},{\beta}$-unsaturated aldehyde present in a number of environmental sources, especially cigarette smoke. It reacts strongly with the thiol groups of cysteine residues by Michael addition and has been reported to inhibit nuclear $factor-{\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) activation by lipopolysaccharide (LPS). The mechanism by which it inhibits $NF-{\kappa}B$ is not clear. Toll-like receptors (TLRs) play a key role in sensing microbial components and inducing innate immune responses, and LPS-induced dimerization of TLR4 is required for activation of downstream signaling pathways. Thus, dimerization of TLR4 may be one of the first events involved in activating TLR4-mediated signaling pathways. Stimulation of TLR4 by LPS activates both myeloid differential factor 88 (MyD88)- and TIR domain-containing adapter inducing $IFN{\beta}$ (TRIF)-dependent signaling pathways leading to activation of $NF-{\kappa}B$ and IFN-regulatory factor 3 (IRF3). Acrolein inhibited $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation by LPS, but it did not inhibit $NF-{\kappa}B$ or IRF3 activation by MyD88, inhibitor ${\kappa}B$ kinase $(IKK){\beta}$, TRIF, or TNF-receptor-associated factor family member-associated $NF-{\kappa}B$ activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1). Acrolein inhibited LPS-induced dimerization of TLR4, which resulted in the down-regulation of $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation. These results suggest that activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by endogenous molecules or chronic infection can be modulated by certain chemicals with a structural motif that enables Michael addition.
Truong, Anh Duc;Hong, Yeojin;Lee, Janggeun;Lee, Kyungbaek;Tran, Ha Thi Thanh;Dang, Hoang Vu;Nguyen, Viet Khong;Lillehoj, Hyun S.;Hong, Yeong Ho
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.32
no.5
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pp.614-628
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2019
Objective: The inhibitory leukocyte immunoglobulin-like receptors (LILRBs) play an important role in innate immunity. The present study represents the first description of the cloning and structural and functional analysis of LILRB1 and LILRB3 isolated from two genetically disparate chicken lines. Methods: Chicken LILRB1-3 genes were identified by bioinformatics approach. Expression studies were performed by transfection, quantitative polymerase chain reaction. Signal transduction was analyzed by western blots, immunoprecipitation and flow cytometric. Cytokine levels were determined by enzyme-linked immunosorbent assay. Results: Amino acid homology and phylogenetic analyses showed that the homologies of LILRB1 and LILRB3 in the chicken line 6.3 to those proteins in the chicken line 7.2 ranged between 97%-99%, while homologies between chicken and mammal proteins ranged between 13%-19%, and 13%-69%, respectively. Our findings indicate that LILRB1 and LILRB3 subdivided into two groups based on the immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motifs (ITIM) present in the transmembrane domain. Chicken line 6.3 has two ITIM motifs of the sequence LxYxxL and SxYxxV while line 7.2 has two ITIM motifs of the sequences LxYxxL and LxYxxV. These motifs bind to SHP-2 (protein tyrosine phosphatase, non-receptor type 11) that plays a regulatory role in immune functions. Moreover, our data indicate that LILRB1 and LILRB3 associated with and activated major histocompatibility complex (MHC) class I and ${\beta}2-microglobulin$ and induced the expression of transporters associated with antigen processing, which are essential for MHC class I antigen presentation. This suggests that LILRB1 and LILRB3 are transcriptional regulators, modulating the expression of components in the MHC class I pathway and thereby regulating immune responses. Furthermore, LILRB1 and LILRB3 activated Janus kinase2/tyrosine kinase 2 (JAK2/TYK2); signal transducer and activator of transcription1/3 (STAT1/3), and suppressor of cytokine signaling 1 genes expressed in Macrophage (HD11) cells, which induced Th1, Th2, and Th17 cytokines. Conclusion: These data indicate that LILRB1 and LILRB3 are innate immune receptors associated with SHP-2, MHC class I, ${\beta}2-microglobulin$, and they activate the Janus kinase/signal transducer and activator of transcription signaling pathway. Thus, our study provides novel insights into the regulation of immunity and immunopathology.
Flagellin, a major structural protein of the flagellum found in all motile bacteria, activates the TLR5- or NLRC4 inflammasome-dependent signaling pathway to induce innate immune responses. Flagellin can also serve as a specific antigen for the adaptive immune system and stimulate anti-flagellin antibody responses. Failure to recognize commensal-derived flagellin in TLR5-deficient mice leads to the reduction in anti-flagellin IgA antibodies at steady state and causes microbial dysbiosis and mucosal barrier breach by flagellated bacteria to promote chronic intestinal inflammation. Despite the important role of anti-flagellin antibodies in maintaining the intestinal homeostasis, regulatory mechanisms underlying the flagellin-specific antibody responses are not well understood. In this study, we show that flagellin induces interferon-β (IFN-β) production and subsequently activates type I IFN receptor signaling in a TLR5- and MyD88-dependent manner in vitro and in vivo. Internalization of TLR5 from the plasma membrane to the acidic environment of endolysosomes was required for the production of IFN-β, but not for other pro-inflammatory cytokines. In addition, we found that anti-flagellin IgG2c and IgA responses were severely impaired in interferon-alpha receptor 1 (IFNAR1)-deficient mice, suggesting that IFN-β produced by the flagellin stimulation regulates anti-flagellin antibody class switching. Our findings shed a new light on the regulation of flagellin-mediated immune activation and may help find new strategies to promote the intestinal health and develop mucosal vaccines.
Microglia are the primary resident immune cells of the central nervous system (CNS). They are the first line of defense of the brain's innate immune response against infection, injury, and diseases. Microglia respond to extracellular signals and engulf unwanted neuronal debris by phagocytosis, thereby maintaining normal cellular homeostasis in the CNS. Pathological stimuli such as neuronal injury induce transformation and activation of resting microglia with ramified morphology into a motile amoeboid form and activated microglia chemotax toward lesion site. This review outlines the current research on microglial activation and chemotaxis.
Toll-like receptors (TLRs) play an important role in the recognition of invading pathogens and the modulation of innate immune responses in mammals. The TLR4 and TLR7 are well known to recognize the bacterial lipopolysaccharide (LPS) and single stranded (ssRNA) ligands, respectively and play important role in host defense against Gram-negative bacteria and ssRNA viruses. In the present study, coding exon fragments of these two TLRs were identified, cloned, sequenced and analyzed in terms of insertion-deletion polymorphism, within bovine TLRs 4 and 7, thereby facilitating future TLR signaling and association studies relevant to bovine innate immunity. Comparative sequence analysis of TLR 4 exons revealed that this gene is more variable, particularly the coding frame (E3P1), while other parts showed percent identity of 95.7% to 100% at nucleotide and amino acid level, respectivley with other Bos indicus and Bos taurus breeds from different parts of the world. In comparison to TLR4, sequence analysis of TLR7 showed more conservation among different B. indicus and B. taurus breeds, except single point mutation at 324 nucleotide position (AAA to AAM) altering a single amino acid at 108 position (K to X). Percent identity of TLR7 sequences (all 3 exons) was between 99.2% to 100% at nucleotide and amino acid level, when compared with available sequence database of B. indicus and B. taurus. Simple Modular Architecture Research Tool (SMART) analysis showed variations in the exon fragments located in the Leucine Rich Repeat (LRR) region, which is responsible for binding with the microbial associated molecular patterns and further, downstream signaling to initiate anti-microbial response. Considering importance of TLR polymorphism in terms of innate immunity, further research is warranted.
Lee, Ra Ham;Lee, Seokhyun;Kim, Yu Ra;Kim, Sung-Jo;Lee, Hak-Kyo;Song, Ki-Duk
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.31
no.8
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pp.1366-1372
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2018
Objective: A disintegrin and metallopeptidase with thrombospondin motifs type 8 (ADAMTS8) is crucial for diverse physiological processes, such as inflammation, tissue morphogenesis, and tumorigenesis. The chicken ADAMTS8 (chADAMTS8) gene was differentially expressed in the kidney following exposure to different calcium concentrations, suggesting a pathological role of this protein in metabolic diseases. We aimed to examine the molecular characteristics of chADAMTS8 and analyze the gene-expression differences in response to toll-like receptor 3 (TLR3) stimulation. Methods: The ADAMTS8 mRNA and amino acid sequences of various species (chicken, duck, cow, mouse, rat, human, chimpanzee, pig, and horse) were retrieved from the Ensembl database and subjected to bioinformatics analyses. Reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and quantitative PCR (qPCR) experiments were performed with various chicken tissues and the chicken fibroblast DF-1 cell line, which was stimulated with polyinosinic-polycytidylic acid (poly[I:C]; a TLR3 ligand). Results: The chADAMTS8 gene was predicted to contain three thrombospondin type 1 (TSP1) domains, whose amino acid sequences shared homology among the different species, whereas sequences outside the TSP1 domains (especially the amino-terminal region) were very different. Phylogenetic analysis revealed that chADAMTS8 is evolutionarily clustered in the same clade with that of the duck. chADAMTS8 mRNA was broadly expressed in chicken tissues, and the expression was significantly up-regulated in the DF-1 cells in response to poly(I:C) stimulation (p<0.05). These results showed that chADAMTS8 may be a target gene for TLR3 signaling. Conclusion: In this report, the genetic information of chADAMTS8 gene, its expression in chicken tissues, and chicken DF-1 cells under the stimulation of TLR3 were shown. The result suggests that chADAMTS8 expression may be induced by viral infection and correlated with TLR3-mediated signaling pathway. Further study of the function of chADAMTS8 during TLR3-dependent inflammation (which represents RNA viral infection) is needed and it will also be important to examine the molecular mechanisms during different regulation, depending on innate immune receptor activation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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