Неизвестно, находятся ли Toll-подобные рецепторы в гомо — или гетеродимерном состоянии изначально, или же димеризация индуцируется взаимодействием с лигандом.
Но считается, что «сигналят» именно димерные Toll-подобные рецепторы. После связывания лиганда и/или димеризации рецептора происходит конформационное изменение, приводящее к его активации. Главную роль в передаче внутриклеточного сигнала играет домен, гомологичный домену Toll и рецептора интерлейкина 1, который получил название TIR-домена (от Toll/ILl — Receptor) (рис. 2). Этот домен содержит белковый модуль, позволяющий пристыковаться к нему специальным адаптерным молекулам, которые специфичны именно для этого класса рецепторов. Главный адаптер, который участвует в передаче сигнала TLR, называется MyD88 (дополнительным адаптером для некоторых рецепторов служит белок TIRAP/MAL). Этот белок молекулярной массой 33 кД и кодирующим его ген охарактеризованы давно, задолго до того, как были открыты рецепторы TLR или ИЛ-1, как один из генов, которые индуцируются в процессе миелоидной дифференцировки. Адаптер MyD88 имеет TIR-домен (который и позволяет ему пристыковаться к TIR-домену рецептора за счет гомотипической агрегации) и death — домен («домен смерти»), получивший такое название потому, что он был первоначально найден в некоторых белках, контролирующих апоптоз, например в рецепторе FAS (CD95) или рецепторе ФИО. Этот «домен смерти» по тому же принципу гомотипической агрегации (которая объясняется определенной пространственной структурой данного белкового модуля) взаимодействует с аналогичным доменом протеинкиназы IRAK (interleukin receptor associated kinase, киназа, ассоциированная с интерлейкиновым рецептором). Таких киназ четыре, IRAKIS, причем они участвуют не только в сигналлинге через интерлейкиновый рецептор, но и в TLR-сигналлингс. Когда IRAK активируется, она фосфорилирует и активирует следующий компонент в цепочке передачи сигнала. Этот компонент называется TRAF6 (от TNF receptor associated factors), один из семи членов семейства, к которому принадлежат и белки, ассоциированные с рецептором ФИО. Хотя TRAF6 им гомологичен, но сам он с ФИО рецептором не ассоциирован, и его главная функция — в присоединении полипептида-убиквитина к избранным белкам-мишеням. Известно, что обычно убиквитин является одним из «поцелуев смерти» и за убиквитинированием белков с олигомеризацией убиквитина через лизин-48 следует их деградация. Однако в случае TRAF6 полиубиквитинирование происходит через лизин-63, и при такой модификации белка происходит не деградация, а постсинтетическое изменение, создающее новую молекулярную поверхность и способность рекрутировать новые белки-партнеры. Следствием регуляторной модификации является активация нескольких киназ, которые относятся к семейству самых «ранних» компонентов системы MAP-киназного каскада — МАРЗК. В конце каскада находится активация транскрипционных факторов семейства NFkB и АР-1. Для этого через TRAF6 и активацию ТАК-1 (одна из МАРЗК киназ) активируется IKK-киназа (в действительности, комплекс, состоящий из 2 киназ и дополнительной регуляторной субъединицы), которая и фосфорилирует 1кВ, белок-ингибитор для NFkB. После фосфорилирования 1кВ убиквитинирустся через лизин-48, что приводит к его деградации. Это позволяет транскрипционному фактору NFkB (обычно находящемуся в гомо — или гетеродимерной форме) транслоцироваться в ядро и, связавшись со специальными участками в промоторах или энхансерах некоторых генов, активировать их транскрипцию. Транслокация происходит «автоматически», за счет присутствия в NFkB специальной сигнальной аминокислотной последовательности, которую до своей деградации и закрывал ингибитор.
Разобранный выше канонический сигнальный путь активируется всеми TLR, за исключением TLR3. В главе про цитокины будет сказано, что тот же каскад запускают рецепторы двух провоспалительных цитокинов — ИЛ-1 и ИЛ-18. Кроме этого канонического пути есть еще несколько сигнальных каскадов, которые используются только некоторыми TLR. Так, наиболее сложный в смысле и структуры, и передачи сигнала, рецепторный комплекс TLR4 помимо Му088-зависимого пути индуцирует и другой каскад, активирующий экспрессию Р-интерферона, а p-интерферон контролирует экспрессию генов а-интерферонов.
Известно, что для активации гена Р-интерферона необходима активация нескольких транскрипционных факторов, один из которых — IRF-3. Этот фактор активируется особым киназным каскадом, причем в этом случае непосредственно с рецептором «работают» адаптеры TRIF и TRAM (а не MyD88 и TIRAP), у которых также есть TIR — домен для пристыковки к рецепторному комплексу. После активации гена интерферона р соответствующий цитокин синтезируется и се — крстирустся клеткой, а затем паракринно или аутокринно связывается с рецептором интерферонов 1 типа, который способен активировать JAK-STAT каскад внутриклеточного сигнала (подробнее о механизмах этого сигнального пути будет рассказано в главке про цитокины). Активированные траскрипционные факторы STAT1 и STAT2 индуцируют экспрессию некоторых из многочисленных генов интерферона а, продукты которых очень важны для иммунного ответа. Повторим, что ветвь сигнального каскада с участием TRAM уникальна для TLR4.
TLR3 тоже индуцирует интерфероновый путь, но использует не TRAM, а только TRIF. Этот рецептор является исключением из общего правила, так как вообще не использует Му088-зависимый каскад. Сигнальный каскад от TRIF также активирует NFkB, но делает это через другие медиаторы (вовлеченные в сигнализации цитокинов), таких как RIP 1.
TLR2, который не активирует интерфероновый путь, использует адаптер TIRAP/MAL (его использует и TLR4) наряду с MyD88- зависимой сигнализацией. Кроме этих двух рецепторов, никакие другие TLR адаптер TIRAP не используют.
TLR7,8,9 отличаются от других рецепторов семейства тем, что экспрессируются в специализированных плазмацитоидных дендритных клетках, которые участвуют в продукции интерферонов 1 типа. Интересно, что хотя эти TLR и используют Му088-зависимый сигнальный путь, высокие уровни продукции интерферона специализированными клетками связаны с тем, что указанные рецепторы еще и напрямую индуцируют транскрипционный фактор IRJF-7, чего не делают другие рецепторы. Кооперация IRF-7 с NFkB, который индуцируется «обычным» Му088-зависимым путем, приводит к индукции высоких уровней интерферона а, что очень важно для эффективного антивирусного ответа как в ответ на одноцепочечную РНК РНК-содсржащих вирусов, так и в ответ на ДНК ДНК-содержащих вирусов.