Toll-like receptor (TLR) family proteins, type I transmembrane proteins, play a central role in human innate immune response by recognizing common structural patterns in diverse molecules from bacteria, viruses and fungi. Recently four structures of the TLR and ligand complexes have been determined by high resolution x-ray crystallographic technique. In this review we summarize reported structures of TLRs and their proposed activation mechanisms. The structures demonstrate that binding of agonistic ligands to the extracellular domains of TLRs induces homo- or heterodimerization of the receptors. Dimerization of the TLR extracellular domains brings their two C-termini into close proximity. This suggests a plausible mechanism of TLR activation: ligand induces dimerization of the extracellular domains, which enforces juxtaposition of intracellular signaling domains for recruitment of intracellular adaptor proteins for signal initiation.
The innate immune response is the first line of defense against microbial infections. Innate immunity is made up of the surface barrier, cellular immunity and humoral immunity. In newborn, immunologic function and demands are different to adults. Neonatal innate immunity specifically suppresses Th1-type immune responses, and not Th2-type immune responses, which are enhanced. And the impaired response of macrophages is associated with the defective innate immunity in newborn period. Toll-like receptors (TLRs) play a key roles in the detection of invading pathogens and in the induction of innate immune responses. In newborn, the expression of TLRs is age dependent, so preterm has low expression of TLRs. Also, there are defects in signaling pathways downstream of TLRs. As a consequence, the defects of TLRs activity cause the susceptibility to infection in the neonatal period.
Toll-like receptors (TLRs) recognize molecular structures derived from microbes including bacteria, viruses, yeast, and fungi. TLRs have emerged as a major signaling component of the mammalian host defense. TLR4 is a member of the Toll family that senses lipopolysaccharide (LPS), a cell wall component of gram negative bacteria. LPS recognition by TLR4 requires an additional accessory molecule, MD-2. LPS induces the activation of NF-${\kappa}B$ and IRF3 through MyD88 or TRIF-dependent pathways. The activation of NF-${\kappa}B$ leads to the induction of inflammatory gene products including cytokines and cyclooxygenase-2 (COX-2). This study was carried out to investigate the anti-inflammatory effects of oak wood vinegar. Oak wood vinegar inhibits the NF-${\kappa}B$ activation and COX-2 expression induced by LPS. These results provide new ideas to understand the mechanism of oak wood vinegar for its anti-bacterial and anti-inflammatory activities.
Park, Se-Jeong;Park, Hye-Jeong;Kim, Soo-Jung;Shin, Hwa-Jeong;Min, In-Soon;Koh, Kwang-Oh;Kim, Dae-Young;Youn, Hyung-Sun
BMB Reports
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v.44
no.7
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pp.468-472
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2011
Toll-like receptors (TLRs) are pattern recognition receptors that recognize molecular structures derived from microbes and initiate innate immunity. TLRs have two downstream signaling pathways, the MyD88- and TRIF-dependent pathways. Dysregulated activation of TLRs is closely linked to increased risk of many chronic diseases. Previously, we synthesized fumaryl pyrrolidinone, (E)-isopropyl 4-oxo-4-(2-oxopyrrolidin-1-yl)-2-butenoate (IPOP), which contains a fumaric acid isopropyl ester and pyrrolidinone, and demonstrated that it inhibits the activation of nuclear factor kappa B by inhibiting the MyD88-dependent pathway of TLRs. However, the effect of IPOP on the TRIF-dependent pathway remains unknown. Here, we report the effect of IPOP on signal transduction via the TRIF-dependent pathway of TLRs. IPOP inhibited lipopolysaccharide- or polyinosinic-polycytidylic acidinduced interferon regulatory factor 3 activation, as well as interferon-inducible genes such as interferon inducible protein-10. These results suggest that IPOP can modulate the TRIF-dependent signaling pathway of TLRs, leading to decreased inflammatory gene expression.
The etiology of periodontal disease is multifactorial. Exogenous stimuli such as bacterial pathogens can interact with toll-like receptors to activate intracellular calcium signaling in gingival epithelium and other tissues. The triggering of calcium signaling induces the secretion of pro-inflammatory cytokines such as interleukin-8 as part of the inflammatory response; however, the exact mechanism of calcium signaling induced by bacterial toxins when gingival epithelial cells are exposed to pathogens is unclear. Here, we investigate calcium signaling induced by bacteria and expression of inflammatory cytokines in human gingival epithelial cells. We found that peptidoglycan, a constituent of grampositive bacteria and an agonist of toll-like receptor 2, increases intracellular calcium in a concentration-dependent manner. Peptidoglycan-induced calcium signaling was abolished by treatment with blockers of phospholipase C (U73122), inositol 1,4,5-trisphosphate receptors, indicating the release of calcium from intracellular calcium stores. Peptidoglycan-mediated interleukin-8 expression was blocked by U73122 and 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid tetrakis (acetoxymethyl ester). Moreover, interleukin-8 expression was induced by thapsigargin, a selective inhibitor of the sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase, when thapsigargin was treated alone or co-treated with peptidoglycan. These results suggest that the gram-positive bacterial toxin peptidoglycan induces calcium signaling via the phospholipase C/inositol 1,4,5-trisphosphate pathway, and that increased interleukin-8 expression is mediated by intracellular calcium levels in human gingival epithelial cells.
Despite considerable efforts, cancer remains an aggressive killer worldwide. Chemotherapeutic drugs that are currently in use lead to destructive side effects and have not succeeded in fulfilling expectations. For centuries, medicinal plants are used for treating various diseases and are also known to have anticancer activity. The main aim of this research was to evaluate antiproliferative activity of saffron, clove, fenugreek, and green tea on Vero and MDA-MB-231 cell lines and to subsequently analyze the effect of these extracts on IRAK-4, TAK1, IKK-alpha, IKK-beta, NF-Kappa B, IRF3, IRF7 genes in Toll Like Receptors (TLRs) pathway. Antiproliferative assay was done by Neutral Red Dye uptake assay. Methanolic extract of green tea was found to be most effective against both cell lines as IC50 was achieved at least concentration of the extract. For molecular studies, MDAMB-231 cells were sensitized with methanolic extract of green tea at same IC50, and RT-PCR was performed to determine the relative expression of genes. Expression of IRAK-4, TAK1, IKK-beta, NF-Kappa B, IRF3 genes was down regulated and IRF7 and IKKalpha was upregulated. Green tea has a potential cytotoxic effect on both cell lines which was demonstrated by its effect on the expression of (TLRs) pathway genes.
Toll-like receptors (TLRs) play an important role in host defense by sensing invading microbial pathogens. The stimulation of TLRs by microbial components triggers the activation of the myeloid differential factor 88 (MyD88)- and toll-interleukin-1 receptor domain-containing adapter inducing interferon-$\beta$ (TRIF)-dependent downstream signaling pathways. TLR/MyD88 signaling pathway induces the activation of nuclear factor-kappa B (NF-${\kappa}B$) and the expression of inflammatory cytokine genes, including tumor necrosis factor-alpha, interleukin (IL)-6, IL-12, and IL-$1{\beta}$. On the other hand, TLR/TRIF signaling pathway induces the delayed-activation of NF-${\kappa}B$ and interferon regulatory factor 3 (IRF3), and the expression of type I interferons (IFNs) and IFN-inducible genes. The divalent heavy metal cadmium (Cd) is clearly toxic to most mammalian organ systems, especially the immune system. Yet, the underlying toxic mechanism(s) remain unclear. Cd inhibits the MyD88-dependent pathway by ceasing the activity of inhibitor-${\kappa}B$ kinase. However, it is not known whether Cd inhibits the TRIF-dependent pathway. Presently, Cd inhibited NF-${\kappa}B$ and IRF3 activation induced by lipopolysaccharide (LPS) and polyinosinic-polycytidylic acid. Cd inhibited LPS-induced IRF3 phosphorylation and IFN-inducible genes such as interferon inducible protein-10 and regulated on activation normal T-cell expressed and secreted (RANTES). These results suggest that Cd can modulate TRIF-dependent signaling pathways of TLRs.
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.
Autophagy is a fundamental cellular process in eukaryotic cells for maintaining homeostasis by degrading cellular proteins and organelles. Recently, the roles of autophagy have been expanded to immune systems, which in turn modulate innate immune responses. More specifically, autophagy acts as a direct effector for protection against pathogens, as well as a modulator of pathogen recognition and downstream signaling in innate immune responses. In addition, autophagy controls autoimmunity and inflammatory disorders by negative regulation of immune signaling. In this review, we focus on recent advances in the role of autophagy in innate immune systems.
Toll-like receptors(TLRs) are pattern recognition receptors(PRRs) that recognize pathogen-associated molecular patterns(PAMPs) and regulate the activation of innate immunity. All TLR signaling pathways culminate in the activation of NF-${\kappa}$B, leading to the induction of inflammatory gene products such as COX-2. Licorice (Glycyrrhiza uralensis) has been used for centuries as an herbal medicine. Isoliquiritigenin(ILG), a simple chalcone-type flavonoid, is an active component present in licorice and has been used to treat many chronic diseases. However, the mechanism as to how ILG mediates health effects is still largely unknown. In the present report, we present biochemical evidence that ILG inhibits the NF-${\kappa}$B activation induced by TLR agonists and the overexpression of downstream signaling components of TLRs, MyD88, IKK${\beta}$, and p65. ILG also inhibits TLR agonists-induced COX-2 expression. These results suggest that anti-inflammatory effects of ILG are caused by modulation of the immune responses regulated by TLR signaling pathways.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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