Bei einer mikrobiellen Infektion muss der Körper auf das Vorhandensein potenziell schädlicher Krankheitserreger aufmerksam gemacht werden. Dies geschieht durch spezialisierte Rezeptoren, die als Mustererkennungsrezeptoren (PPR) bekannt sind und vorwiegend auf Immunzellen exprimiert werden.
Diese Rezeptoren erkennen konservierte molekulare Strukturen, die als pathogen- oder schadensassoziierte molekulare Muster (PAMPs und DAMPs) bekannt sind und in Mikroben wie Bakterien, Viren, Parasiten oder Pilzen vorkommen. Diese Motive sind in der Regel spezifisch für den Mikroorganismus (d. h. sie sind im Wirt nicht vorhanden und werden daher als „nicht selbst“ betrachtet). Sie sind auch für die Lebensfähigkeit des Mikroorganismus unerlässlich und daher weniger Veränderungen unterworfen, die andernfalls ihre Erkennung durch den Wirt erschweren würden.
Eines der am besten charakterisierten PAMP ist Lipopolysaccharid (LPS), ein spezifischer Bestandteil der Gram-Bakterien, der vom Toll-like-Rezeptor TLR4 erkannt wird.
Nachfolgend sind einige Beispiele für PAMPs aufgeführt (Abbildung 1):
Glykane
- Lipoglykane wie Lipopolysaccharid, ein Bestandteil der äußeren Membran von Gram-Bakterien
- Peptidoglykane wie bakterielles Muramyl-Dipeptid
- b-1,3-Glucane aus der Zellwand verschiedener Pilzarten
Proteine
- Bakterienflagellin
Nukleinsäuren (RNA oder DNA)
Mikrobielle Nukleinsäuren weisen in der Regel Merkmale auf, die vom Wirt als fremd erkannt werden.
- Ort: Mikrobielle Nukleinsäuren können an bestimmten Orten wie Endosomen gefunden werden, an denen normalerweise die Nukleinsäuren des Wirts nicht vorhanden sind. TLR7 erkennt zum Beispiel virale RNA in den Endosomen.
- Eigenschaften: Mikrobielle Nukleinsäuren haben oft eine spezifische Struktur, Länge oder Modifikation wie bakterielle DNA, die unmethylierte Wiederholungen von Dinukleotid-CpG enthält, oder virale doppelsträngige (ds) oder einzelsträngige (ss) RNA.
Um Krankheitserreger wie Bakterien und Viren zu erkennen, ist das Immunsystem mit Rezeptoren ausgestattet, die als Mustererkennungsrezeptoren (PRRs) bezeichnet werden und auf deren Erkennung spezialisiert sind. Diese Rezeptoren sind ein Schlüsselelement des angeborenen Immunsystems. Sie werden hauptsächlich von antigenpräsentierenden Zellen wie dendritischen Zellen und Makrophagen exprimiert, sind aber auch in anderen Immun- und Nicht-Immunzellen zu finden.
Die PRRs werden in vier Familien unterteilt:
- Toll-ähnliche Rezeptoren (TLR)
- Nukleotid-bindende Oligomerisierungsdomänen-ähnliche Rezeptoren (NLR)
- C-Typ-Lektin-Rezeptoren (CLR)
- RIG-1-ähnliche Rezeptoren (RLR)
Diese Rezeptoren sind strategisch in der Zelle lokalisiert. Sie befinden sich an der Zelloberfläche, um extrazelluläre Pathogene wie Bakterien oder Pilze zu erkennen, in den Endosomen, wo sie intrazelluläre Eindringlinge wie Viren wahrnehmen, und schließlich im Zytoplasma.
Diese Rezeptoren erkennen konservierte Molekularstrukturen von Pathogenen. Diese Motive, die als pathogen- oder mikrobenassoziierte molekulare Muster (PAMPs oder MAMPs) bezeichnet werden, sind in der Regel spezifisch für den Mikroorganismus und essentiell für seine Lebensfähigkeit. Bei den bisher identifizierten PAMPs handelt es sich um Proteine (z.B. bakterielles Flagellin), Nukleinsäuren (z.B. virale ssRNA) oder Glykane (z.B. bakterielles Lipopolysaccharid (LPS)).
Die vier PRR-Familien unterscheiden sich in der Regel in ihrer Ligandenerkennung, Signaltransduktion und subzellulären Lokalisierung (Abbildung). Nach ihrer Aktivierung lösen sie verschiedene zelluläre Reaktionen aus, darunter die Transkription mehrerer Gene, die letztlich zur Eliminierung des Pathogens führen. Häufig arbeiten sie auch miteinander zusammen, um eine optimale Reaktion zu gewährleisten. Neben ihrer Rolle in der angeborenen Immunität sind einige dieser Rezeptoren (z. B. NLR) auch an der Wahrnehmung von „Gefahrensignalen“ beteiligt, die aus Störungen normaler zellulärer Prozesse resultieren.
