CpG-олигодезоксинуклеотид

Олигодезоксинуклеотиды CpG (или CpG ODN ) представляют собой короткие одноцепочечные синтетические ДНК молекулы , которые содержат цитозинтрифосфатдезоксинуклеотид ( « C») , за которым следует гуанинтрифосфатдезоксинуклеотид « G» ) ( . Буква «p» относится к фосфодиэфирной связи между последовательными нуклеотидами, хотя некоторые ODN вместо этого имеют модифицированный фосфоротиоатный (PS) остов. Когда эти мотивы CpG неметилированы , они действуют как иммуностимуляторы . ^[1] Мотивы CpG считаются молекулярными паттернами, связанными с патогенами ( PAMP ), из-за их обилия в геномах микробов, но их редкости в геномах позвоночных. ^[2] CpG PAMP распознается рецептором распознавания образов ( PRR ) Toll-Like Receptor 9 ( TLR9 ), который конститутивно экспрессируется только в B-клетках и плазмацитоидных дендритных клетках (pDC) у людей и других высших приматов. ^[3]

История

С 1893 года было признано, что токсин Коли , смесь лизата бактериальных клеток, обладает иммуностимулирующими свойствами, которые могут замедлять прогрессирование некоторых карцином . ^[4] но только в 1983 году Токунага и др. специально идентифицировали бактериальную ДНК как основной компонент лизата, вызывающий ответ. ^[5] Затем, в 1995 г. Криг и др. продемонстрировали, что мотив CpG в бактериальной ДНК отвечает за иммуностимулирующие эффекты, и разработали синтетический CpG-ОДН. ^[6] С тех пор синтетические CpG-ОДН оказались в центре интенсивных исследований из-за вызываемой ими провоспалительной реакции I типа и их успешного использования в качестве адъювантов вакцин . ^{[ нужна ссылка ]}

Конструктивные особенности

Синтетические CpG-ОДН отличаются от микробной ДНК тем, что они имеют частично или полностью фосфортиоатированный (PS) остов вместо типичного фосфодиэфирного остова и полиG-хвост на 3'-конце, 5'-конце или на обоих. Модификация PS защищает ОДН от разрушения нуклеазами, такими как ДНКаза, в организме, а полиG-хвост усиливает клеточное поглощение. ^[7] Хвосты поли G образуют межмолекулярные тетрады, которые приводят к высокомолекулярным агрегатам. Эти агрегаты ответственны за повышенную активность, которую придает последовательность полиG; а не сама последовательность. ^[8] Было показано, что многочисленные последовательности стимулируют TLR9 с вариациями количества и расположения димеров CpG, а также с точными последовательностями оснований, фланкирующими димеры CpG. Это привело к созданию пяти неофициальных классов или категорий CpG ODN на основе их последовательности, вторичных структур и влияния на мононуклеарные клетки периферической крови человека ( PBMC ). Пять классов — это класс A (тип D), класс B (тип K), класс C и класс P. ^[9] Важно отметить, что в процессе открытия «классы» не были определены до тех пор, пока не стало очевидно, что ODN с определенными характеристиками вызывает определенные реакции. По этой причине в большинстве ODN, упоминаемых в литературе, используются номера (т. е. ODN 2006, ODN 2007, ODN 2216, ODN D35, ODN K3 и т. д.). Цифры произвольны и получены в результате тестирования большого количества ODN с небольшими вариациями при попытках найти оптимальную последовательность. Кроме того, в некоторых статьях ранее описанным ODN будут даваться разные имена, что еще больше усложняет соглашение об именах. ^{[ нужна ссылка ]}

Класс А

Один из первых ODN класса А, ODN 2216, был описан в 2001 году Krug et al. ^[10] Этот класс ОДН заметно отличался от ранее описанного ОДН класса B (т.е. ОДН 2006) тем, что он стимулировал выработку большого количества интерферонов типа I , наиболее важным из которых является IFNα, и индуцировал созревание плазмацитоидных дендритных клеток. ОДН класса А также являются сильными активаторами NK-клеток посредством непрямой передачи сигналов цитокинов .

Структурные особенности, определяющие ODN класса А:

Наличие последовательности полиG на 5'-конце, 3'-конце или на обоих концах.
Внутренняя палиндромов последовательность
Динуклеотиды GC, содержащиеся во внутреннем палиндроме
Частично PS-модифицированная магистраль

ОДН класса А обычно содержат от 7 до 10 PS-модифицированных оснований на одном или обоих концах, которые противостоят деградации нуклеазами и увеличивают долговечность ОДН. Вышеуказанные правила строго определяют класс, но возможна вариативность последовательности внутри этих «правил». Следует также отметить, что изменения в последовательности повлияют на величину ответа. паттерн 5'- Pu Pu CG Pu Py Например, внутренняя палиндромная последовательность может иметь длину от 4 до 8 пар оснований и различаться в порядке расположения оснований, однако было обнаружено, что наиболее активным является CG Py Py-3'. по сравнению с несколькими другими последовательностями. Хвост поли G, обнаруженный на любом конце цепи ДНК, может различаться по длине и даже количеству (тип D имеет последовательность поли G только на 3'-конце), но его присутствие имеет решающее значение для активности молекулы. ^{[ нужна ссылка ]}

Класс Б

Криг и др. был первым, кто описал ODN класса B в 1995 году. ^[6] ОДН класса B (т.е. ОДН 2007) являются сильными стимуляторами созревания В-клеток и моноцитов человека. Они также стимулируют созревание pDC, но в меньшей степени, чем ОДН класса А, и в очень небольших количествах IFNα. ^{[ нужна ссылка ]}

Структурные особенности, определяющие ODN класса B:

Один или несколько 6-мерных мотивов CpG 5'-Pu Py CG Py Pu-3'
Полностью фосфоротиоатированный (PS-модифицированный) остов.
Обычно от 18 до 28 нуклеотидов в длину.

Самые сильные ОДН этого класса содержат три 6-мерные последовательности. ^[11] B ODN широко изучались в качестве терапевтических агентов из-за их способности вызывать сильный гуморальный иммунный ответ, что делает их идеальными в качестве к вакцинам адъюванта .

Ссылки

^ Вайнер Г.Дж., Лю Х.М., Вулдридж Дж.Е., Дале К.Э., Криг А.М. (сентябрь 1997 г.). «Иммуностимулирующие олигодезоксинуклеотиды, содержащие мотив CpG, эффективны в качестве иммунных адъювантов при иммунизации опухолевым антигеном» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (20): 10833–7. Бибкод : 1997PNAS...9410833W . дои : 10.1073/pnas.94.20.10833 . ПМК 23500 . ПМИД 9380720 .
^ Бауэр С., Вагнер Х (2002). «Бактериальная CpG-ДНК лицензирует TLR9». Члены семейства Toll-подобных рецепторов и их лиганды . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 270. стр. 145–54. дои : 10.1007/978-3-642-59430-4_9 . ISBN 978-3-642-63975-3 . ПМИД 12467249 .
^ Ротенфуссер С., Тума Э., Эндрес С., Хартманн Г. (декабрь 2002 г.). «Плазмоцитоидные дендритные клетки: ключ к CpG». Иммунология человека . 63 (12): 1111–9. дои : 10.1016/S0198-8859(02)00749-8 . ПМИД 12480254 .
^ Коли В.Б. (январь 1991 г.). «Лечение злокачественных опухолей повторными прививками рожи. С сообщением о десяти оригинальных случаях. 1893 г.». Клиническая ортопедия и сопутствующие исследования (262): 3–11. дои : 10.1097/00003086-199101000-00002 . ПМИД 1984929 .
^ Токунага Т., Ямамото Х., Шимада С., Абэ Х., Фукуда Т., Фудзисава Ю., Фурутани Ю., Яно О., Катаока Т., Судо Т. (апрель 1984 г.). «Противоопухолевая активность фракции дезоксирибонуклеиновой кислоты Mycobacterium bovis BCG. I. Выделение, физико-химическая характеристика и противоопухолевая активность». Журнал Национального института рака . 72 (4): 955–62. дои : 10.1093/jnci/72.4.955 . ПМИД 6200641 .
^ Jump up to: ^а ^б Криг А.М., Йи А.К., Мэтсон С., Вальдшмидт Т.Дж., Бишоп Г.А., Тисдейл Р., Корецкий Г.А., Клинман Д.М. (апрель 1995 г.). «Мотивы CpG в бактериальной ДНК вызывают прямую активацию B-клеток». Природа . 374 (6522): 546–9. Бибкод : 1995Natur.374..546K . дои : 10.1038/374546a0 . ПМИД 7700380 . S2CID 4261304 .
^ Далпке А.Х., Циммерманн С., Альбрехт И., Хег К. (май 2002 г.). «Фосфодиэфирные олигонуклеотиды CpG в качестве адъювантов: полигуанозин усиливает клеточное поглощение и улучшает иммуностимулирующую активность фосфодиэфирных олигонуклеотидов CpG in vitro и in vivo» . Иммунология . 106 (1): 102–12. дои : 10.1046/j.1365-2567.2002.01410.x . ПМЦ 1782689 . ПМИД 11972638 .
^ Ву CC, Ли Дж., Раз Э., Корр М., Карсон Д.А. (август 2004 г.). «Необходимость агрегации олигонуклеотидов для активации толл-подобного рецептора 9» . Журнал биологической химии . 279 (32): 33071–8. дои : 10.1074/jbc.M311662200 . ПМИД 15184382 .
^ Фоллмер Дж., Криг AM (март 2009 г.). «Иммунотерапевтическое применение CpG-олигодезоксинуклеотидных агонистов TLR9». Обзоры расширенной доставки лекарств . 61 (3): 195–204. дои : 10.1016/j.addr.2008.12.008 . ПМИД 19211030 .
^ Круг А., Ротенфуссер С., Хорнунг В., Ярсдёрфер Б., Блэквелл С., Баллас З.К., Эндрес С., Криг А.М., Хартманн Г. (июль 2001 г.). «Идентификация олигонуклеотидных последовательностей CpG с высокой индукцией IFN-альфа/бета в плазмацитоидных дендритных клетках» . Европейский журнал иммунологии . 31 (7): 2154–63. doi : 10.1002/1521-4141(200107)31:7<2154::AID-IMMU2154>3.0.CO;2-U . ПМИД 11449369 .
^ Хартманн Г., Виратна Р.Д., Баллас З.К., Пайетт П., Блэквелл С., Супарто И., Расмуссен В.Л., Вальдшмидт М., Саджути Д., Перселл Р.Х., Дэвис Х.Л., Криг А.М. (февраль 2000 г.). «Определение фосфоротиоат-олигодезоксинуклеотида CpG для активации иммунных ответов приматов in vitro и in vivo» . Журнал иммунологии . 164 (3): 1617–24. дои : 10.4049/jimmunol.164.3.1617 . ПМИД 10640783 .

[pmid9380720-1] Вайнер Г.Дж., Лю Х.М., Вулдридж Дж.Е., Дале К.Э., Криг А.М. (сентябрь 1997 г.). «Иммуностимулирующие олигодезоксинуклеотиды, содержащие мотив CpG, эффективны в качестве иммунных адъювантов при иммунизации опухолевым антигеном» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (20): 10833–7. Бибкод : 1997PNAS...9410833W . дои : 10.1073/pnas.94.20.10833 . ПМК 23500 . ПМИД 9380720 .

[Bacterial_CpG-DNA_licenses_TLR9-2] Бауэр С., Вагнер Х (2002). «Бактериальная CpG-ДНК лицензирует TLR9». Члены семейства Toll-подобных рецепторов и их лиганды . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 270. стр. 145–54. дои : 10.1007/978-3-642-59430-4_9 . ISBN 978-3-642-63975-3 . ПМИД 12467249 .

[pmid12480254-3] Ротенфуссер С., Тума Э., Эндрес С., Хартманн Г. (декабрь 2002 г.). «Плазмоцитоидные дендритные клетки: ключ к CpG». Иммунология человека . 63 (12): 1111–9. дои : 10.1016/S0198-8859(02)00749-8 . ПМИД 12480254 .

[pmid1984929-4] Коли В.Б. (январь 1991 г.). «Лечение злокачественных опухолей повторными прививками рожи. С сообщением о десяти оригинальных случаях. 1893 г.». Клиническая ортопедия и сопутствующие исследования (262): 3–11. дои : 10.1097/00003086-199101000-00002 . ПМИД 1984929 .

[pmid6200641-5] Токунага Т., Ямамото Х., Шимада С., Абэ Х., Фукуда Т., Фудзисава Ю., Фурутани Ю., Яно О., Катаока Т., Судо Т. (апрель 1984 г.). «Противоопухолевая активность фракции дезоксирибонуклеиновой кислоты Mycobacterium bovis BCG. I. Выделение, физико-химическая характеристика и противоопухолевая активность». Журнал Национального института рака . 72 (4): 955–62. дои : 10.1093/jnci/72.4.955 . ПМИД 6200641 .

[pmid7700380-6] Jump up to: ^а ^б Криг А.М., Йи А.К., Мэтсон С., Вальдшмидт Т.Дж., Бишоп Г.А., Тисдейл Р., Корецкий Г.А., Клинман Д.М. (апрель 1995 г.). «Мотивы CpG в бактериальной ДНК вызывают прямую активацию B-клеток». Природа . 374 (6522): 546–9. Бибкод : 1995Natur.374..546K . дои : 10.1038/374546a0 . ПМИД 7700380 . S2CID 4261304 .

[pmid11972638-7] Далпке А.Х., Циммерманн С., Альбрехт И., Хег К. (май 2002 г.). «Фосфодиэфирные олигонуклеотиды CpG в качестве адъювантов: полигуанозин усиливает клеточное поглощение и улучшает иммуностимулирующую активность фосфодиэфирных олигонуклеотидов CpG in vitro и in vivo» . Иммунология . 106 (1): 102–12. дои : 10.1046/j.1365-2567.2002.01410.x . ПМЦ 1782689 . ПМИД 11972638 .

[pmid15184382-8] Ву CC, Ли Дж., Раз Э., Корр М., Карсон Д.А. (август 2004 г.). «Необходимость агрегации олигонуклеотидов для активации толл-подобного рецептора 9» . Журнал биологической химии . 279 (32): 33071–8. дои : 10.1074/jbc.M311662200 . ПМИД 15184382 .

[pmid19211030-9] Фоллмер Дж., Криг AM (март 2009 г.). «Иммунотерапевтическое применение CpG-олигодезоксинуклеотидных агонистов TLR9». Обзоры расширенной доставки лекарств . 61 (3): 195–204. дои : 10.1016/j.addr.2008.12.008 . ПМИД 19211030 .

[pmid11449369-10] Круг А., Ротенфуссер С., Хорнунг В., Ярсдёрфер Б., Блэквелл С., Баллас З.К., Эндрес С., Криг А.М., Хартманн Г. (июль 2001 г.). «Идентификация олигонуклеотидных последовательностей CpG с высокой индукцией IFN-альфа/бета в плазмацитоидных дендритных клетках» . Европейский журнал иммунологии . 31 (7): 2154–63. doi : 10.1002/1521-4141(200107)31:7<2154::AID-IMMU2154>3.0.CO;2-U . ПМИД 11449369 .

[pmid10640783-11] Хартманн Г., Виратна Р.Д., Баллас З.К., Пайетт П., Блэквелл С., Супарто И., Расмуссен В.Л., Вальдшмидт М., Саджути Д., Перселл Р.Х., Дэвис Х.Л., Криг А.М. (февраль 2000 г.). «Определение фосфоротиоат-олигодезоксинуклеотида CpG для активации иммунных ответов приматов in vitro и in vivo» . Журнал иммунологии . 164 (3): 1617–24. дои : 10.4049/jimmunol.164.3.1617 . ПМИД 10640783 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]