Toll-like receptors (TLRs) play a critical role in the induction of innate immune responses that are essential for host defense against invading microbial pathogens. In general, TLRs have two major downstream signaling pathways, namely MyD88- and TRIF-dependent pathways, leading to the activation of nuclear factor-${\kappa}B$ (NF-${\kappa}B$) and interferon regulatory factor 3 (IRF3) and the expression of inflammatory mediators. TLR4 dimerization is required for the activation of downstream signaling pathways and may be one of the first lines of regulation in activating TLR-mediated signaling pathways. In this paper, the molecular targets of curcumin, 6-shogaol, and cinnamaldehyde in TLR signaling pathways will be discussed. Curcumin, 6-shogaol, and cinnamaldehyde with ${\alpha},{\beta}$-unsaturated carbonyl groups inhibit the dimerization of TLR4 induced by lipopolysaccharide, resulting in the downregulation of NF-${\kappa}B$ and IRF3. These results suggest that phytochemicals with the structural motif conferring Michael addition inhibit TLR4 dimerization, suggesting a novel mechanism for the anti-inflammatory activity of phytochemicals.
In this study we aim to extensively investigate the anti-influenza virus immune responses in human pharyngeal epithelial cell line (Hep-2) and evaluate the protective role of Toll-like receptor (TLR) ligands in seasonal influenza A H1N1 (sH1N1) infections in vitro. We first investigated the expression of the TLRs and cytokines genes in resting and sH1N1 infected Hep-2 cells. Clear expressions of TLR3, TLR9, interleukin (IL)-6, tumour necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ and interferon (IFN)-${\beta}$ were detected in resting Hep-2 cells. After sH1N1 infection, a ten-fold of TLR3 and TLR9 were elicited. Concomitant with the TLRs activation, transcriptional expression of IL-6, TNF-${\alpha}$ and IFN-${\beta}$ were significantly induced in sH1N1-infected cells. Pre-treatment of cells with poly I:C (an analog of viral double-stranded RNA) and CpG-ODN (a CpG-motif containing oligodeoxydinucleotide) resulted in a strong reduction of viral and cytokines mRNA expression. The results presented indicated the innate immune response activation in Hep-2 cells and affirm the antiviral role of Poly I:C and CpG-ODN in the protection against seasonal influenza A viruses.
Lee, Jeon-Soo;Lee, Joo Young;Lee, Mi Young;Hwang, Daniel H.;Youn, Hyung Sun
Molecules and Cells
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v.25
no.2
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pp.253-257
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2008
Acrolein is a highly electrophilic ${\alpha},{\beta}$-unsaturated aldehyde present in a number of environmental sources, especially cigarette smoke. It reacts strongly with the thiol groups of cysteine residues by Michael addition and has been reported to inhibit nuclear $factor-{\kappa}B$ ($NF-{\kappa}B$) activation by lipopolysaccharide (LPS). The mechanism by which it inhibits $NF-{\kappa}B$ is not clear. Toll-like receptors (TLRs) play a key role in sensing microbial components and inducing innate immune responses, and LPS-induced dimerization of TLR4 is required for activation of downstream signaling pathways. Thus, dimerization of TLR4 may be one of the first events involved in activating TLR4-mediated signaling pathways. Stimulation of TLR4 by LPS activates both myeloid differential factor 88 (MyD88)- and TIR domain-containing adapter inducing $IFN{\beta}$ (TRIF)-dependent signaling pathways leading to activation of $NF-{\kappa}B$ and IFN-regulatory factor 3 (IRF3). Acrolein inhibited $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation by LPS, but it did not inhibit $NF-{\kappa}B$ or IRF3 activation by MyD88, inhibitor ${\kappa}B$ kinase $(IKK){\beta}$, TRIF, or TNF-receptor-associated factor family member-associated $NF-{\kappa}B$ activator (TANK)-binding kinase 1 (TBK1). Acrolein inhibited LPS-induced dimerization of TLR4, which resulted in the down-regulation of $NF-{\kappa}B$ and IRF3 activation. These results suggest that activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by endogenous molecules or chronic infection can be modulated by certain chemicals with a structural motif that enables Michael addition.
Background: Toll-like receptors (TLRs) are well-known pattern recognition receptors. Among the 13 TLRs, TLR2 is the most known receptor for immune response. It activates mitogen-activated protein kinases (MAPKs), which are counterbalanced by MAPK phosphatases [MKPs or dual-specificity phosphatases (DUSPs)]. However, the regulatory mechanism of DUSPs is still unclear. In this study, the effect of a TLR2 ligand (TLR2L, Pam3CSK4) on DUSP4 expression in Raw264.7 cells was demonstrated. Methods: A Raw264.7 mouse macrophage cell line was cultured in Dulbecco's modified Eagle's medium supplemented with 10% fetal bovine serum and 1% antibiotics (100 U/mL penicillin and 100 g/mL streptomycin) at $37^{\circ}C$ in 5% $CO_2$. TLR2L (Pam3CSK4)-mediated DUSP4 expressions were confirmed with RT-PCR and western blot analysis. In addition, the detection of reactive oxygen species (ROS) was measured with lucigenin assay. Results: Pam3CSK4 induced the expression of DUSP1, 2, 4, 5 and 16. The DUSP4 expression was also increased by TLR4 and 9 agonists (lipopolysaccharide and CpG ODN, respectively). Pam3CSK4 also induced ERK1/2 phosphorylation and ROS production, and the Pam3CSK4-induced DUSP4 expression was decreased by ERK1/2 (U0126) and ROS (DPI) inhibitors. U0126 suppressed the ROS production by Pam3CSK4. Conclusion: Pam3CSK4-mediated DUSP4 expression is regulated by ERK1/2 and ROS. This finding suggests the physiological importance of DUSP4 in TLR2-mediated immune response.
Background: Toll-like receptors (TLRs) detect microbial infection and can directly induce innate host defense responses, which are thought to play critical roles in protecting the tubotympanum from infection. However, little is known about the relationship between TLRs, which are related to innate immunity, and immunoglobulins, which are related to adaptive immunity, in recurrent otitis media with effusion (OME). We therefore investigated the expression of TLR2 and TLR4 and immunoglobulin in children with OME. Methods: The study population consisted of 72 children with OME, 31 with more than 4 episodes in 12 months or more than 3 episodes in 6 months (otitis-prone group), and 41 with fewer than 3 episodes in 12 months (non-otitis prone group). The expression in middle ear effusion of TLR2 and TLR4 mRNA, as determined by Real time- -polymerase chain reaction (RT-PCR), and the concentrations of IgG, IgA, and IgM, as determined by Enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA), were compared between the two groups. Results: Expression of TLR2 and TLR4 mRNA was lower in the otitis prone than in the non-otitis prone group, but the difference was not statistically significant (p>0.05). Between group differences in the concentrations of IgG, IgA and IgM in effusion fluid were not significant (p>0.05), and there were no correlations between immunoglobulin concentration and the expression of TLR2 and TLR4. Conclusion: Although there was a trend toward lower expression of TLR2 and TLR4 in the otitis-prone group, the differences, and those in immunoglobulin concentration, did not differ significantly between the otitis-prone and non-prone groups.
The periodontal diseases are infections caused by bacteria in oral biofilm, a gelatinous mat commonly called dental plaque, which is a complex microbial community that forms and adhere to tooth surfaces. Host immune-pathogen interaction in periodontal disease appears to be a complex process, which is regulated not only by the acquired immunity to deal with ever-growing and -invading microorganisms in periodontal pockets, but also by genetic and/or environmental factors. However, our understanding of the pathogenesis in human periodontal diseases is limited by the lack of specific and sensitive tools or models to study the complex microbial challenges and their interactions with the host's immune system. Recent advances in cellular and molecular biology research have demonstrated the importance of the acquired immune system in fighting the virulent periodontal pathogens and in protecting the host from developing further devastating conditions in periodontal infections. The use of genetic knockout and immunodeficient mouse strains has shown that the acquired immune response, in particular, $CD4^+$ T-cells plays a pivotal role in controlling the ongoing infection, the immune/inflammatory responses, and the subsequent host's tissue destruction.
LRR family proteins play important roles in a variety of physiological processes. To facilitate their production and crystallization, we have invented a novel method termed "Hybrid LRR Technique". Using this technique, the first crystal structures of three TLR family proteins could be determined. In this review, design principles and application of the technique to protein crystallization will be summarized. For crystallization of TLRs, hagfish VLR receptors were chosen as the fusion partners and the TLR and the VLR fragments were fused at the conserved LxxLxLxxN motif to minimize local structural incompatibility. TLR-VLR hybridization did not disturb structures and functions of the target TLR proteins. The Hybrid LRR Technique is a general technique that can be applied to structural studies of other LRR proteins. It may also have broader application in biochemical and medical application of LRR proteins by modifying them without compromising their structural integrity.
Toll-like receptors (TLRs) play a critical role in sensing microbial components and inducing innate immune and inflammatory responses by recognizing invading microbial pathogens. Lipopolysaccharide-induced dimerization of TLR4 is required for the activation of downstream signaling pathways including nuclear factor-kappa B ($NF-{\kappa}B$). Therefore, TLR4 dimerization may be an early regulatory event in activating ligand-induced signaling pathways and induction of subsequent immune responses. Here, we report biochemical evidence that 6-shogaol, the most bioactive component of ginger, inhibits lipopolysaccharide-induced dimerization of TLR4 resulting in the inhibition of $NF-{\kappa}B$ activation and the expression of cyclooxygenase-2. Furthermore, we demonstrate that 6-shogaol can directly inhibit TLR-mediated signaling pathways at the receptor level. These results suggest that 6-shogaol can modulate TLR-mediated inflammatory responses, which may influence the risk of chronic inflammatory diseases.
Toll-like receptors induce innate immune responses recognizing conserved microbial structural molecules that are known as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs). Ligand-induced homotypic oligomerization was found to proceed in LPS-induced activation of TLR4 signaling pathways. TLR2 is known to heterodimerize with TLR1 or TLR6 and recognize diacyl- or triacyl-lipopeptide, respectively. These results suggest that ligand-induced receptor dimerization of TLR4 and TLR2 is required for the activation of downstream signaling pathways. Therefore, receptor dimerization may be one of the first lines of regulation in the activation of TLR-mediated signaling pathways and induction of subsequent innate and adaptive immune responses. Here, we report biochemical evidence that curcumin from the plant Curcuma longa inhibits activation of $NF-{\kappa}B$, expression of COX-2, and dimerization of TLRs induced by TLR2, TLR3 and TLR4 agonists. These results imply that curcumin can modulate the activation of TLRs and subsequent immune/inflammatory responses induced by microbial pathogens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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