Les TLRs sont des glycoprotéines transmembranaires de type I. Chez l’homme, dix TLRs différents (TLRs1-10) ont été identifiés, et 12 chez la souris (TLR1-9, TLR11-13). Avec le récepteur à l’interleukine-1 (IL-1R), ils forment la superfamille des TIR (Toll/Interleukine-1 Receptor) car ils partagent une homologie de séquence au niveau du domaine cytoplasmique C-terminal (O’Neill and Bowie, 2007). La partie N-terminale des TLRs est une succession de motifs LRR (Leucine-rich repeat). Cette extrémité N-terminale est directement impliquée dans la reconnaissance des PAMPs. La disposition des différents motifs LRR confère à chaque TLRs
une spécificité de ligands. Le domaine extracellulaire des TLRs contient un motif CRD (Cystein rich domain) puis 19 à 25 copies en tandem de motifs LRR (Figure 19) (Botos et al., 2011).
Figure 19 - Représentation schématique de la structure des TLRs.
Les TLRs sont des glycoprotéines membranaires intégrales de type 1. Ils sont composés de répétition de régions riches en Leucine (LRR) impliquées dans la reconnaissance des PAMPs et dans la transduction du signal à travers le TLR. Le domaine TIR (Toll / IL-1R cytoplasmique) va permettre le recrutement de protéines adaptatrices nécessaires à la transduction du signal.
Le domaine LRR des TLRs adopte une forme de fer à cheval, dont la partie concave est impliquée dans la reconnaissance des différents pathogènes. La reconnaissance des différents ligands de TLR peut se faire directement au niveau de cette partie concave, ou indirectement par des corécepteurs comme c’est le cas pour le TLR4 (CD14, LBP). Malgré le haut degré de conservation de ces domaines LRR, les TLRs reconnaissent des motifs structurellement différents.
Les TLRs sont exprimés au niveau de la membrane plasmique des cellules (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5 et TLR6) ou au niveau des compartiments cellulaires (TLR3, TLR7, TLR8 et TLR9). La localisation des TLRs est directement dépendante des ligands qu’ils reconnaissent. Les TLRs localisés au niveau de la membrane plasmique reconnaissent les éléments bactériens présents dans le milieu extracellulaire. Il peut s’agir de composants de la paroi des pathogènes (LPS, peptidoglycane), des facteurs de virulence ou de mobilité. Tandis que les TLRs intracellulaires endosomaux sont impliqués dans la reconnaissance d’acides nucléiques bactériens ou viraux (Tableau 2).
TLR Principaux Ligands Références
1/2 Lipoprotéines tri-acylés ; Lipomannane ; Lipoarabinomannane
(Jin et al., 2007; Nigou et al., 2001; Vignal et al., 2003)
2 Peptidoglycane (Dziarski and Gupta, 2005; Müller-
Anstett et al., 2010)
3 ARN viral double brins (Alexopoulou et al., 2001)
4 LPS ; HSP ; MPLA (Cui et al., 2014; Fang et al., 2011;
Romero et al., 2011)
5 Flagelline (Hayashi et al., 2001)
2/6 Lipoprotéines di-acylés (Kang et al., 2009)
7 ARN viral simple brin (Diebold et al., 2004; Larangé et al.,
2009)
8 ARN viral simple brin (Heil et al., 2004; Larangé et al., 2009)
9 ADN bactérie ; ADN viral (Peter et al., 2009)
Tableau 2 - Principaux ligands des TLRs humains
De plus, la localisation des TLRs a un rôle important dans la discrimination du « soi » et du « non-soi ». Dans le cas des acides nucléiques, on peut retrouver de l’ADN double brin et des ARN simple brin chez l’homme et chez les pathogènes. Des études ont montré qu’un TLR9 contenant la partie transmembranaire et cytosolique du TLR4 avait la capacité de migrer à la membrane plasmique. Le TLR9 modifié induit une réponse vis-à-vis d’ADN du « soi » alors que l’ADN viral, ligand du TLR9 endogène, n’induit plus de réponse (Barton et al., 2006; Dowling and Mansell, 2016).
La reconnaissance de PAMPs ou de DAMPs par le TLR conduit à l’activation de voies de signalisation qui induisent la synthèse de cytokines, chimiokines et de molécules co- stimulatrices. L’interaction ligand/TLR débute par la dimérisation entre deux chaînes TLR, ce qui provoque un changement conformationnel du récepteur. Le TLR4, pour être fonctionnel, forme un homodimère tandis que le TLR2 forme un hétérodimère avec TLR1 ou TLR6 (Bovijn
et al., 2012; Farhat et al., 2008; Jin et al., 2007). Ce changement de conformation induit un
recrutement cytosolique de protéines adaptatrices possédant également un domaine TIR, à savoir TIRAP (TIR domain containing adaptator protein), TRIF (TIR-domain containing adaptor- inducing interferon-β) ou encore TRAM (TIR-domain containing adaptator molecules). En fonction des TLRs, la fixation de ligands et le recrutement des protéines adaptatrices conduisent à l’activation de deux cascades de signalisation telles que la voie MyD88 (Myeloid differentiation primary response gene 88) dépendante ou voie MyD88 indépendante (Wang
et al., 2014) (Figure 20).
Dans la voie MyD88 dépendante, la fixation du ligand au niveau du TLR permet le recrutement au niveau du domaine cytoplasmique de la protéine adaptatrice TIRAP grâce à l’interaction de leurs domaines TIR (Figure 20). Une fois TIRAP recrutée, la protéine MyD88 va venir se greffer au complexe. Myd88 interagit ensuite avec la kinase IRAK4 (IL1R Associated Kinase 4), qui phosphoryle IRAK1 et IRAK2. Ces trois protéines se dissocient ensuite de MyD88 pour former le complexe IRAK, qui va ensuite interagir avec une autre protéine, l’ubiquitine ligase TRAF6 (Tumor Necrosis Factor Receptor Associated Factor 6). TRAF6 activée, elle synthétise une chaîne d’ubiquitines libre qui active le complexe composé des protéines TAK1 (TGF-β- activated kinase), TAB1 (TAK1-binding protein), TAB2 et TAB3. Le complexe activé permet la phosphorylation de IKKβ (IκB Kinase) et de MAPKK6 (MAPK kinase 6).
Figure 20 - Activation des voies Myd88 dépendante et indépendante par différents TLRs.
L'activation des TLRs par fixation de leurs différents ligands conduit à la dimérisation des récepteurs et au recrutement des différentes protéines adaptatrices telles que MyD88, TIRAP, TRIF et TRAM. Le recrutement de ces protéines permet l’activation des complexes IRAK et IKK Ces complexes activent des facteurs de transcription tels que les facteurs NFκB, CREB, AP1 et IRF3. Ces facteurs vont réguler la production de cytokines pro-inflammatoires et d'interféron de type 1 (IFN-I) (Wang et al., 2014).
D’un côté, IKKβ, sous unité du complexe IKK composé d’IKKα, IKKβ et NEMO (NF-κB essential modulator), phosphoryle la protéine IκBα, inhibiteur du facteur de transcription NF-κB. La phosphorylation de IκBα induit sa dégradation, et permet la translocation du facteur de transcription NF-κB vers le noyau et induit l’expression de cytokines pro-inflammatoires comme le TNF-α ou l’IL-6.
De l’autre côté, la phosphorylation de MAPKK6 active la voie des MAPKs (Mitogen-Activated Protein Kinase), qui est composée de trois sous-familles, les JNKs (c-Jun-N-terminal Kinase), les ERKs (Extracellular-Regulated Kinase) et les p38. Cette activation est responsable de l’engagement d’un autre facteur de transcription, AP1 (Activator protein 1) qui cible des gènes codants des cytokines inflammatoires. Tous les TLRs à l’exception de TLR3 sont connus pour recruter MyD88 et ainsi déclencher la voie MyD88 dépendante.
La voie MyD88 indépendante conduit à l’activation du facteur de transcription IRF-3 et à la production d’INF-β. Suite à la fixation de ligand, la protéine adaptatrice TRIF se lie à la partie cytoplasmique du TLR-3 et permet le recrutement de TRAF3 et de TRAF6. TRAF6 permet l’activation de la voie NF-κB et TRAF3 active TBK1 (TANK (TRAF family member-Associated NF- KappaB activator)-Binging Kinase)/IKK-i (Figure 20). Ce complexe TBK1/IKK-i permet la phosphorylation de IRF-3, et donc sa translocation vers le noyau. L’activation de la voie Myd88 indépendante est également possible via le TLR4 avec le recrutement des protéines adaptatrices TRAM et TRIF. Une fois TRIF recrutée, cela active TRAF3 et le complexe TBK1/IKK- i.