Уже упоминавшиеся Toll-рецепторы были открыты в совершенно ином, не иммунологическом контексте, в конце 1980-х годов.
Первый белок этого семейства был охарактеризован в лаборатории К. Нюсляйн-Фольхард (С. Ntisslcin-Volhard) в ходе скрининга мутаций в генах, участвующих в регуляции дорзовентрального компонента эмбриогенеза (10). Было обнаружено несколько генов, продукты которых принадлежали к одному и тому же сигнальному пути, причем одна из мутаций приводила к тому, что у личинок дрозофилы не было выраженной брюшной или задней стороны, весь эмбрион состоял как бы только из спины. Этот мутант и получил название “Toll”, что по-немецки означает «удивительно, необыкновенно», — именно из-за необычности фенотипа. По традиции генетиков, такое же название получил и ген. Интересно, что за комплекс работ, открывших большинство генетических путей, участвующих в раннем эмбриональном развитии дрозофилы (в том числе и за Toll), была присуждена Нобелевская премия 1995 г. — буквально накануне открытия роли этого гена во врожденном иммунитете. Возможно, Toll — самый «нобелевский» ген в истории науки.
Итак, ген Toll кодирует белок, состоящий из трех доменов, один из которых является трансмембранным. Внеклеточный домен содержит около 30 повторов с фиксированным расстоянием между консервативными лейцинами, их называют лейцин-богатыми участками или повторами (leucine-rich regions, LRR), и они встречаются во многих белках, связанных с иммунным ответом у разных организмов. Функция внутриклеточного домена первоначально была непонятна, но постепенно выяснилось, что она передаст сигнал на активацию транскрипционных факторов, которые являются мушиными родственниками NFkB. И у человека, и у мыши NFkB — это семейство чрезвычайно важных транскрипционных факторов, которые участвуют в индукции многих генов, вовлеченных в воспалительный и иммунный ответ. Как уже упоминалось, основным компонентом защитного ответа у мух является индукция антимикробных пептидов, которые, связываясь с клеточными стенками бактерий или грибков, убивают их. Когда в начале 1990-х годов были клонированы гены, кодирующие эти антимикробные пептиды, то выяснилось, что в их промоторах есть ДНК-последовательности, соответствующие NFKB-связывающим участкам. Это указывало на то, что гены, которые индуцируются в ходе защитного иммунного ответа по Toll-сигнальному пути, транскрипционно регулируются NFkB. Оставалось проверить, будут ли производиться эти защитные пептиды у мух, мутантных по Toll (исходная Toll-мутация не подходила, так как была летальной!), и что будет, если их инфицировать бактериями или грибками. Как отмечалось во введении, именно этот «нобелевский» эксперимент и был поставлен в лаборатории Ж. Хоффмана в Страсбурге Б. Лёметром. Оказалось, что мутантные мухи быстро умирали в ответ на грибковые инфекции именно из-за того, что антигрибковые пептиды, которые в норме быстро индуцируются в ответ на инфекцию, у них не синтезировались. Интересно, что ответ на некоторые бактериальные патогены у таких мух был совершенно нормальным, что свидетельствовало в пользу того, что мутация нарушила только одну из ветвей врожденного иммунного ответа.
Как уже отмечалось, спустя короткое время рецепторы, похожие на Toll, были проклонированы и у млекопитающих — у человека и мыши. Они получили название TLR — Toll-like receptors (или Toll — подобные рецепторы). Позднее выяснилось, что таких рецепторов у млекопитающих 10-12, причем количество функциональных рецепторов различается у разных видов, что указывает на недавние эволюционные изменения.
TLR мыши и человека также индуцируют сигнальный путь, приводящий к активации NFkB, что запускает экспрессию всевозможных эффекторных генов, включая гены воспалительных цитокинов и так называемых ко-стимуляторных молекул.