Les Toll Like Récepteurs (TLR) et leurs voies de signalisation

Les Toll Like Récepteurs (TLR) sont impliqués à la fois dans les réponses immunitaires adaptative et innée. Ils sont capables de reconnaitre les PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) à la surface des pathogènes. La famille des gènes des TLR et leurs voies de signalisation sont très conservées chez les invertébrés et les vertébrés.

Dix homologues de TLR ont été identifiés chez l’Homme : TLR 1 à 10. TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 et TLR6 sont localisés à la membrane plasmique des cellules alors que TLR3, TLR7 et TLR9 sont intracellulaires (Takeda et al., 2005). En ce qui concerne les TLR transmembranaires, leur domaine extracellulaire comporte une structure répétitive riche en leucine impliquée dans la reconnaissance du ligand. Leur domaine intracellulaire est en grande partie identique à ceux de la famille du récepteur à l’IL-1, il est alors appelé domaine TIR (Toll/IL-1 Receptor) et il est essentiel pour la transduction du signal.

Les ligands des TLR peuvent être classés en trois catégories qui sont les lipides, les protéines et les acides nucléiques. Ces différents ligands vont activer des voies de signalisation conduisant à la translocation de différents facteurs de transcription et l’activation de gènes cibles (figure 23).

Figure 23 : Voies de signalisation des TLR (d’après Kaisho et al., 2006)

Les TLRs activent les voies de signalisation via les adaptateurs contenants le domaine TIR (en bleu). TLR2 et 4 activent la voie dépendante de MyD88 qui est également dépendante de TIRAP. La voie du TLR9 est dépendante de MyD88. TLR 3 et 4 activent des voies indépendantes de MyD88 et dépendantes de TRIF. Toutes ces voies activent la translocation de différents facteurs de transcription (en vert) et l’activation de différents gènes cibles.

Membrane cellulaire

Greene et al., ont plus spécifiquement étudié la répartition des TLRs au niveau des lignées de cellules épithéliales respiratoires CF et non-CF. Ils ont ainsi démontré la présence des TLR1 à 5 et TLR 9 à la surface des cellules épithéliales CF et non-CF, trachéales et bronchiques. Muir et al., ont rapporté des résultats similaires sur cellules primaires CF isolées de polypes nasaux et sur 16HBE140

(Muir et al., 2004) alors que Guillot et al.,. ont rapporté que TLR4 n’est pas exprimé par les lignées cellulaires BEAS-2B et A549 (Guillot et al., 2005) ce qui suggère une hétérogénéité d’expression entre les différentes lignées de cellules épithéliales respiratoires.

Greene et al., ont observé la présence d’ARNm de TLR6 dans toutes les lignées cellulaires étudiées (CFTE290

-, CFBE410

-, 16HBE140

-) sans pouvoir détecter l’expression de la protéine TLR6 (Greene et al., 2005).

I.1. Les Toll Like Récepteurs impliqués dans la reconnaissance de S. aureus

TLR2 est le récepteur majoritairement impliqué dans la reconnaissance de S. aureus. Cette reconnaissance se fait essentiellement via l’acide lipotéichoïque (Yoshimura et al., 1999).

TLR2 est une protéine transmembranaire de type I possédant un domaine extracellulaire, un domaine transmembranaire et un domaine intracellulaire. Son domaine N terminal localisé dans la partie extracellulaire est composé de motifs riches en leucine (LRR pour Leucin-Rich Repeat). L’intégrité du domaine extracellulaire est nécessaire pour une réponse complète au peptidoglycane de S. aureus. Après stimulation extracellulaire, le domaine intracellulaire (le domaine TIR) s’associe à une protéine adaptatrice qui va activer une succession de protéines signals et cette cascade d’activation va entrainer la transduction du signal.

TLR2 est capable de reconnaitre de nombreux ligands grâce à sa coopération, via la formation d’hétérodimères fonctionnels, avec TLR1 et/ou TLR6. TLR6, associé à TLR2, participe à la reconnaissance de S. aureus (Ozinsky et al., 2000).

I.2. Les voies de signalisation activées par TLR2

Les voies de signalisation activées par TLR2 sont médiées par les adaptateurs MyD88 (protéine de Différentiation du Myéloïde) et TIRAP (Protéine Associée à TIR) qui régulent la voie de signalisation NF-κB. C’est à partir de ces adaptateurs qu’une cascade d’évènements impliquant différents médiateurs tels que IRAK (Kinase Associée à l’IL-1R), TRAF6 (Facteur Associé au Récepteur TNF 6), TAK1 (Kinase Activée par le Transforming growth factor) et IKK (Kinases IκB) va être activée (Wang et al., 2001).

MyD88 possède un domaine TIR à son extrémité C terminale qui va interagir avec le domaine TIR de TLR2. L’activation de TLR2 induit la dimérisation des domaines TIR de TLR2 et MyD88 qui vont se lier. TIRAP possède également un domaine TIR à son extrémité C terminale qui interagit directement avec le domaine TIR de TLR2. Greene et al ., ont montré que ∆MyD88 (∆MyD88 contient un domaine TIR fonctionnel mais ne possède pas le domaine nécessaire à la transduction du signal) inhibe l’expression de gènes contrôlés par NFκB dans les cellules épithéliales respiratoires CF en réponse aux lipopeptides (Greene et al., 2005).

Le CD14 est une protéine ancrée à la membrane qui n’a pas de domaine de signalisation intracellulaire. C’est un co-récepteur de TLR4 dans la reconnaissance du LPS mais également un co-récepteur de TLR2 qui interagit avec le LTA de S. aureus (Dziarski et al., 1998).

Greene et al., ont montré que l’expression de CD14 par les cellules épithéliales respiratoires CF et non-CF est faible mais présente (Greene et al., 2005).

L’interaction du LTA de S. aureus avec TLR2 induit la sécrétion de différentes cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6 et IL-10) par les monocytes et macrophages (Keller et al., 1992). En effet, différentes expériences avec des souris déficientes pour le TLR2 ou l’anticorps monoclonal de TLR2 ont démontré que la production de cytokines telles que IL-6 et TNF-α, en réponse à une stimulation par le LTA, nécessite TLR2 (Michelsen et al., 2001; Esen et al., 2004). Greene et al., ont montré que l’activation des complexes TLR2/6 et TLR2/1 induit une réponse pro-inflammatoire des cellules épithéliales respiratoires CF via l’expression d’IL-8 qui augmente en fonction du temps et de la quantité de lipopeptide utilisée pour la stimulation (Greene et al., 2005).

L’activation de TLR2 par S. aureus induit le recrutement de Rac1 et PI3K au niveau du domaine cytosolique de TLR2. La cascade de signalisation composée de Rac1, PI3K et Akt permet la transactivation de la sous-unité p65 de NFκB indépendamment de la dégradation de I-κBα (Arbibe et al., 2000) (figure 24).

Figure 24 : Voies de signalisation induites par S. aureus via TLR2 (d’après Arbibe et al., 2000) (HKSA : Heat Killed S. aureus)

Les bactéries à Gram-positif activent TLR2 et le recrutement d’un complexe de signalisation qui initient deux voies d’activation de NF-κB. L’activation de RhoGTPase Rac1 induit l’association de Rac1, p85 et le domaine cytosolique de TLR2 et régule l’activation de NF-κB via Akt. La dégradation de IκBα et le relargage de NF-κB sont indépendants de cette voie et implique la voie de signalisation IKK.

L’interaction du peptidoglycane de S. aureus avec TLR2 a été largement étudiée et cette interaction aurait lieu via le domaine extracellulaire de TLR2. Cependant, toutes ces études ont été réalisées grâce à des préparations commerciales de peptidoglycane de S. aureus qui se

sont avérées être contaminées par le LTA. De nouvelles études avec du peptidoglycane hautement purifié ont montré que ce dernier n’est en fait pas reconnu par le TLR2 (Travassos et al., 2004).