Bij een microbiële infectie moet het lichaam worden geattendeerd op de aanwezigheid van mogelijke schadelijke ziekteverwekkers. Dit gebeurt via gespecialiseerde receptoren die bekend staan als patroonherkenningsreceptoren (PPR’s), die voornamelijk tot expressie komen op immuuncellen.
Deze receptoren herkennen geconserveerde moleculaire structuren die bekend staan als pathogeen- of schade-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP’s en DAMP’s) die worden aangetroffen in microben zoals bacteriën, virussen, parasieten of schimmels. Deze motieven zijn gewoonlijk specifiek voor het micro-organisme (d.w.z. zij zijn niet aanwezig in de gastheer en worden daarom beschouwd als “niet-zelf”). Zij zijn ook essentieel voor de levensvatbaarheid en dus minder onderhevig aan veranderingen die anders hun herkenning door de gastheer zouden bemoeilijken.
Een van de best gekarakteriseerde PAMP is lipopolysaccharide (LPS), een specifiek bestanddeel van de gram – bacteriën dat wordt herkend door de Toll-like receptor TLR4.
Hieronder volgen enkele voorbeelden van PAMPs (figuur 1):
Glycanen
- Lipoglycanen zoals lipopolysaccharide, een bestanddeel van het buitenmembraan van gram – bacteriën
- Peptidoglycanen zoals bacteriële muramyl dipeptide
- b-1,3-glucanen uit de celwand van diverse schimmelsoorten
Eiwitten
- bacterie flagelline
Nucleïnezuren (RNA of DNA)
Microbiële nucleïnezuren hebben gewoonlijk kenmerken die door de gastheer als niet-zelf worden herkend.
- Locatie: microbiële nucleïnezuren kunnen worden aangetroffen op specifieke locaties zoals endosomen waar de nucleïnezuren van de gastheer normaal gesproken niet aanwezig zijn. TLR7 herkent bijvoorbeeld viraal RNA in de endosomen.
- Eigenschappen: microbiële nucleïnezuren hebben vaak een specifieke structuur, lengte of modificatie, zoals bacterieel DNA dat niet-gemethyleerde herhalingen van dinucleotide CpG bevat of viraal dubbelstrengs (ds) of enkelstrengs (ss) RNA.
Om ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen te kunnen opsporen, is het immuunsysteem uitgerust met receptoren die patroonherkenningsreceptoren (pattern recognition receptors – PRR’s) worden genoemd en die gespecialiseerd zijn in de herkenning ervan. Deze receptoren zijn een sleutelelement van het aangeboren immuunsysteem. Zij worden voornamelijk tot expressie gebracht door antigeen presenterende cellen zoals dendritische cellen en macrofagen, maar zij worden ook aangetroffen in andere immuun- en niet-immuuncellen.
De PRR’s zijn onderverdeeld in vier families:
- Toll-like receptoren (TLR)
- Nucleotide-bindende oligomerisatie-domein-like receptoren (NLR)
- C-type lectine receptoren (CLR)
- RIG-1-like receptoren (RLR)
Deze receptoren zijn strategisch gelokaliseerd in de cel. Zij zijn aanwezig aan het celoppervlak om extracellulaire ziekteverwekkers zoals bacteriën of schimmels te herkennen, in de endosomen waar zij intracellulaire indringers zoals virussen detecteren en tenslotte in het cytoplasma.
Deze receptoren herkennen geconserveerde moleculaire structuren van ziekteverwekkers. Deze motieven, pathogeen- of microbe-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP’s of MAMP’s) genoemd, zijn gewoonlijk specifiek voor het micro-organisme en essentieel voor zijn levensvatbaarheid. De tot dusver geïdentificeerde PAMP’s zijn eiwitten (b.v. bacterieel flagelline), nucleïnezuren (b.v. viraal ssRNA) of glycanen (b.v. bacterieel lipopolysaccharide (LPS)).
De vier PRR-families verschillen gewoonlijk in hun ligandherkenning, signaaltransductie en subcellulaire lokalisatie (figuur). Bij activering induceren zij verschillende cellulaire reacties, waaronder de transcriptie van verschillende genen die uiteindelijk zal resulteren in de eliminatie van de ziekteverwekker. Zij werken ook vaak met elkaar samen om ervoor te zorgen dat de reactie optimaal is. Naast hun rol in de aangeboren immuniteit zijn sommige van deze receptoren (b.v. NLR) ook betrokken bij het detecteren van “gevaar”-signalen die het gevolg zijn van verstoringen van normale cellulaire processen.
