Le, Oanh Thi Tu;Nguyen, Tu Thi Ngoc;Lee, Sang Yoon
BMB Reports
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v.47
no.7
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pp.361-368
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2014
Lipid components in biological membranes are essential for maintaining cellular function. Phosphoinositides, the phosphorylated derivatives of phosphatidylinositol (PI), regulate many critical cell processes involving membrane signaling, trafficking, and reorganization. Multiple metabolic pathways including phosphoinositide kinases and phosphatases and phospholipases tightly control spatio-temporal concentration of membrane phosphoinositides. Metabolizing enzymes responsible for PI 4,5-bisphosphate (PI(4,5)P2) production or degradation play a regulatory role in Toll-like receptor (TLR) signaling and trafficking. These enzymes include PI 4-phosphate 5-kinase, phosphatase and tensin homolog, PI 3-kinase, and phospholipase C. PI(4,5)P2 mediates the interaction with target cytosolic proteins to induce their membrane translocation, regulate vesicular trafficking, and serve as a precursor for other signaling lipids. TLR activation is important for the innate immune response and is implicated in diverse pathophysiological disorders. TLR signaling is controlled by specific interactions with distinct signaling and sorting adaptors. Importantly, TLR signaling machinery is differentially formed depending on a specific membrane compartment during signaling cascades. Although detailed mechanisms remain to be fully clarified, phosphoinositide metabolism is promising for a better understanding of such spatio-temporal regulation of TLR signaling and trafficking.
Background: Toll-like receptors (TLRs) are well-known pattern recognition receptors. Among the 13 TLRs, TLR2 is the most known receptor for immune response. It activates mitogen-activated protein kinases (MAPKs), which are counterbalanced by MAPK phosphatases [MKPs or dual-specificity phosphatases (DUSPs)]. However, the regulatory mechanism of DUSPs is still unclear. In this study, the effect of a TLR2 ligand (TLR2L, Pam3CSK4) on DUSP4 expression in Raw264.7 cells was demonstrated. Methods: A Raw264.7 mouse macrophage cell line was cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum and 1% antibiotics (100 U/mL penicillin and 100 g/mL streptomycin) at $37^{\circ}C$ in 5% $CO_2$. TLR2L (Pam3CSK4)-mediated DUSP4 expressions were confirmed with RT-PCR and western blot analysis. In addition, the detection of reactive oxygen species (ROS) was measured with lucigenin assay. Results: Pam3CSK4 induced the expression of DUSP1, 2, 4, 5 and 16. The DUSP4 expression was also increased by TLR4 and 9 agonists (lipopolysaccharide and CpG ODN, respectively). Pam3CSK4 also induced ERK1/2 phosphorylation and ROS production, and the Pam3CSK4-induced DUSP4 expression was decreased by ERK1/2 (U0126) and ROS (DPI) inhibitors. U0126 suppressed the ROS production by Pam3CSK4. Conclusion: Pam3CSK4-mediated DUSP4 expression is regulated by ERK1/2 and ROS. This finding suggests the physiological importance of DUSP4 in TLR2-mediated immune response.
Invading pathogens are recognized by diverse germline-encoded pattern-recognition receptors (PRRs) which are distributed in three different cellular compartments: extracellular, membrane, and cytoplasmic. In mammals, the major extracellular PRRs such as complements may first encounter the invading pathogens and opsonize them for clearance by phagocytosis which is mediated by membrane-associated phagocytic receptors including complement receptors. The major membrane-associated PRRs, Toll-like receptors, recognize diverse pathogens and generate inflammatory signals to coordinate innate immune responses and shape adaptive immune responses. Furthemore, certain membrane-associated PRRs such as Dectin-1 can mediate phagocytosis and also induce inflammatory response. When these more forefront detection systems are avoided by the pathogens, cytoplasmic PRRs may play major roles. Cytoplasmic caspase-recruiting domain (CARD) helicases such as retinoic acid-inducible protein I (RIG-I)/melanoma differentiation-associated gene 5 (MDA5), mediate antiviral immunity by inducing the production of type I interferons. Certain members of nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors such as NALP3 present in the cytosol form inflammasomes to induce inflammatory responses upon ligand recognition. Thus, diverse families of PRRs coordinately mediate immune responses against diverse types of pathogens.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.36
no.6
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pp.481-489
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2010
Introduction: TLR-5, a member of the toll-like receptor (TLR) family, is a element of the type I transmembrane receptors, which are characterized by an intracellular signaling domain homolog to the interleukin-1 receptor. These receptors recognize microbial components, particularly bacterial flagellin. All-trans retinoic acid (atRA, tretinoin), a natural metabolite of vitamin A, acts as a growth and differentiation factor in many tissues, and is also needed for immune functions. In this study, THP-1 human macrophage-monocytes were used to examine the mechanisms by which atRA regulated the expression of TLR-5. Because the molecular mechanism underlying this regulation at the transcriptional level is also unclear, this study examined which putative transcription factors are responsible for TLR-5 expression by atRA in immune cells. Materials and Methods: This study examined whether atRA induces the expression of TLR-5 in THP-1 cells using reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), and which transcription factors are involved in regulating the TLR-5 promoter in RAW264.7 cells using a reporter assay system. Western blot analysis was used to determine which signal pathway is involved in the expression of TLR-5 in atRA-treated THP-1 cells. Results: atRA at a concentration of 10 nM greatly induced the expression of TLR-5 in THP-1 cells. Human TLR-5 promoter contains three Sp-1/GC binding sites around -50 bp and two NF-kB binding sites at -380 bp and -160 bp from the transcriptional start site of the TLR-5 gene. Sp-1/GC is primarily responsible for the constitutive TLR-5 expression, and may also contribute to NF-kB at -160 bp to induce TLR-5 after atRA stimulation in THP-1 cells. The role of NF-kB in TLR-5 expression was further confirmed by inhibitor pyrrolidine dithiocarbamate (PDTC) experiments, which greatly reduced the TLR-5 transcription by 70-80%. Conclusion: atRA induces the expression of the human TLR-5 gene and NF-kB is a critical transcription factor for the atRA-induced expression of TLR-5. Accordingly, it is conceivable that retinoids are required for adequate innate and adaptive immune responses to agents of infectious diseases. atRA and various synthetic retinoids have been used therapeutically in human diseases, such as leukemia and other cancers due to the antiproliferative and apoptosis inducing effects of retinoids. Therefore, understanding the molecular regulatory mechanism of TLR-5 may assist in the design of alternative strategies for the treatment of infectious diseases, leukemia and cancers.
Clonorchiasis, caused by direct contact with Clonorchis sinensis worms and their excretory-secretory products (ESPs), is associated with chronic inflammation, malignant changes in bile ducts, and even cholangiocarcinogenesis. Our previous report revealed that intracellular free radicals enzymatically generated by C. sinensis ESPs cause NF-${\kappa}B$-mediated inflammation in human cholangiocarcinoma cells (HuCCT1). Therefore, the present study was conducted to examine the role of upstream Toll-like receptors (TLRs) on the initial host innate immune responses to infection. We found that treatment of HuCCT1 cells with native ESPs induced changes in TLR mRNA levels in a time-dependent manner, concomitant with the generation of free radicals. ESP-mediated free radical generation was markedly attenuated by preincubation of the cells with TLR1-4-neutralizing antibodies, indicating that at least TLR1 through 4 participate in stimulation of the host innate immune responses. These findings indicate that free radicals triggered by ESPs are critically involved in TLR signal transduction. Continuous signaling by this pathway may function in initiating C. sinensis infection-associated inflammation cascades, a detrimental event leading to progression to more severe hepatobiliary diseases.
Objective: Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) has a strong genetic component. Specific gene polymorphisms may be associated with OPLL in several genes which regulate calcification in chondrocytes, change of extracellular collagen matrix and secretions of many growth factors and cytokines controlling bone morphogenesis. Toll-like receptor 5 (TLR5) may playa role in the pathogenesis of OPLL by intermediate nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$). The current study focused on coding single nucleotide polymorphisms (SNPs) of TLR5 for a case-control study investigating the relationship between TLR5 and OPLL in a Korean population. Methods: A total of 166 patients with OPLL and 231 controls were recruited for a case-control association study investigating the relationship between SNPs of TLR5 gene and OPLL. Four SNPs were genotyped by direct sequencing (rs5744168, rs5744169, rs2072493, and rs5744174). SNP data were analyzed using the SNPStats, SNPAnalyzer, Haploview, and Helixtree programs. Multiple logistic regression analysis with adjustment for age and gender was performed to calculate an odds ratio (OR). Results: None of SNPs were associated with OPLL in three alternative models (codominant, dominant, and recessive models; p> 0.05). A strong linkage disequilibrium block, including all 4 SNPs, was constructed using the Gabriel method. No haplotype was significantly associated with OPLL in three alternative models. Conclusion: These results suggest that Toll-like receptor 5 gene may not be associated with ossification of the posterior longitudinal ligament risk in Korean population.
Yoon, Heera;Jang, Yong Ho;Kim, Sang Jeong;Lee, Sung Joong;Kim, Sun Kwang
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.19
no.5
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pp.461-465
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2015
Microglia, the resident macrophages in the central nervous system, can rapidly respond to pathological insults. Toll-like receptor 2 (TLR2) is a pattern recognition receptor that plays a fundamental role in pathogen recognition and activation of innate immunity. Although many previous studies have suggested that TLR2 contributes to microglial activation and subsequent pathogenesis following brain tissue injury, it is still unclear whether TLR2 has a role in microglia dynamics in the resting state or in immediate-early reaction to the injury in vivo. By using in vivo two-photon microscopy imaging and $Cx3cr1^{GFP/+}$ mouse line, we first monitored the motility of microglial processes (i.e. the rate of extension and retraction) in the somatosensory cortex of living TLR2-KO and WT mice; Microglial processes in TLR2-KO mice show the similar motility to that of WT mice. We further found that microglia rapidly extend their processes to the site of local tissue injury induced by a two-photon laser ablation and that such microglial response to the brain injury was similar between WT and TLR2-KO mice. These results indicate that there are no differences in the behavior of microglial processes between TLR2-KO mice and WT mice when microglia is in the resting state or encounters local injury. Thus, TLR2 might not be essential for immediate-early microglial response to brain tissue injury in vivo.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Carnosic acid (CA), found in rosemary (Rosemarinus officinalis) leaves, is known to exhibit anti-obesity and anti-inflammatory activities. However, whether its anti-inflammatory potency can contribute to the amelioration of obesity has not been elucidated. The aim of the current study was to investigate the effect of CA on Toll-like receptor 4 (TLR4) pathways in the presence of lipopolysaccharide (LPS) in 3T3-L1 adipocytes. MATERIALS/METHODS: 3T3-L1 adipocytes were treated with CA ($0-20{\mu}M$) for 1 h, followed by treatment with LPS for 30 min; mRNA expression of adipokines and protein expression of TLR4-related molecules were then measured. RESULTS: LPS-stimulated 3T3-L1 adipocytes showed elevated mRNA expression of tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$, interleukin-6, and monocyte chemoattractant protein-1, and CA significantly inhibited the expression of these adipokine genes. LPS-induced up regulation of TLR4, myeloid differentiation factor 88, TNF receptor-associated factor 6, and nuclear factor-${\kappa}B$, as well as phosphorylated extracellular receptor-activated kinase were also suppressed by pre-treatment of 3T3-L1 adipocytes with CA. CONCLUSIONS: Results of this study suggest that CA directly inhibits TLR4-MyD88-dependent signaling pathways and decreases the inflammatory response in adipocytes.
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.
In Trichinella spiralis infection, type 2 helper T (Th2) cell-related and regulatory T ($T_{reg}$) cell-related immune responses are the most important immune events. In order to clarify which Toll-like receptors (TLRs) are closely associated with these responses, we analyzed the expression of mouse TLR genes in the small intestine and muscle tissue during T. spiralis infection. In addition, the expression of several chemokine- and cytokine-encoding genes, which are related to Th2 and $T_{reg}$ cell mediated immune responses, were analyzed in mouse embryonic fibroblasts (MEFs) isolated from myeloid differentiation factor 88 (MyD88)/TIR-associated proteins (TIRAP) and Toll receptor-associated activator of interferons (TRIF) adapter protein deficient and wild type (WT) mice. The results showed significantly increased TLR4 and TLR9 gene expression in the small intestine after 2 weeks of T. spiralis infection. In the muscle, TLR1, TLR2, TLR5, and TLR9 gene expression significantly increased after 4 weeks of infection. Only the expression of the TLR4 and TLR9 genes was significantly elevated in WT MEF cells after treatment with excretory-secretory (ES) proteins. Gene expression for Th2 chemokine genes were highly enhanced by ES proteins in WT MEF cells, while this elevation was slightly reduced in MyD88/$TIRAP^{-/-}$ MEF cells, and quite substantially decreased in $TRIF^{-/-}$ MEF cells. In contrast, IL-10 and $TGF-{\beta}$ expression levels were not elevated in MyD88/$TIRAP^{-/-}$ MEF cells. In conclusion, we suggest that TLR4 and TLR9 might be closely linked to Th2 cell and $T_{reg}$ cell mediated immune responses, although additional data are needed to convincingly prove this observation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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