CpG олигодезоксинуклеотиды (или CpG - ODN ) представляют собой короткие одноцепочечные синтетические ДНК - молекулы , которые содержат цитозин трифосфата дезоксинуклеотид ( «C») , за которым следует гуанин трифосфата дезоксинуклеотид ( «G»). «P» относится к фосфодиэфирной связи между последовательными нуклеотидами, хотя некоторые ODN вместо этого имеют модифицированный фосфоротиоатный (PS) каркас. Когда эти CpG мотивы являются неметилированными , они выступают в качестве иммуностимуляторов . [1] CpG-мотивы считаются патоген-ассоциированными молекулярными паттернами ( PAMPs) из-за их обилия в микробных геномах, 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 плазматических дендритных клетках (pDC) у людей и других высших приматов. [3]
История
С 1893 годом, было признано , что токсин Коли , смесь бактериального лизата клеток, обладает иммуностимулирующими свойствами , которые могли бы уменьшить прогрессирование некоторых карцином , [4] , но он не был до 1983 , что Токунаг и др. специально идентифицировали бактериальную ДНК как основной компонент лизата, который вызывал ответ. [5] Затем в 1995 г. Krieg et al. продемонстрировали, что мотив CpG в бактериальной ДНК отвечает за иммуностимулирующие эффекты, и разработали синтетический CpG ODN. [6] С тех пор синтетические CpG ODN были в центре внимания интенсивных исследований из-за вызываемого ими провоспалительного ответа типа I и их успешного использования в качестве адъювантов вакцины .
Конструктивные особенности
Синтетические CpG ODN отличаются от микробной ДНК тем, что они имеют частично или полностью фосфоротиорированный (PS) каркас вместо типичного фосфодиэфирного каркаса и поли G-хвост на 3 'конце, 5' конце или на обоих концах. Модификация PS защищает ODN от разрушения нуклеазами, такими как ДНКаза, в организме, а поли-G-хвост увеличивает клеточное поглощение. [7] Поли-G-хвосты образуют межмолекулярные тетрады, которые приводят к образованию высокомолекулярных агрегатов. Эти агрегаты ответственны за повышенную активность, которую придает последовательность поли G; не сама последовательность. [8] Было показано, что многочисленные последовательности стимулируют TLR9 с вариациями количества и расположения димеров CpG, а также точными последовательностями оснований, фланкирующих димеры CpG. Это привело к созданию пяти неофициальных классов или категорий CpG ODN на основе их последовательности, вторичных структур и воздействия на мононуклеарные клетки периферической крови ( PBMC ). Эти пять классов - это класс A (тип D), класс B (тип K), класс C, класс P и класс S. [9] Важно отметить, что во время процесса обнаружения «классы» не были определены до тех пор, пока намного позже, когда стало очевидно, что ODN с определенными характеристиками вызывают специфические реакции. По этой причине в большинстве ODN, упоминаемых в литературе, используются номера (например, ODN 2006, ODN 2007, ODN 2216, ODN D35, ODN K3 и т. Д.). Числа являются произвольными и получены в результате тестирования большого количества ODN с небольшими вариациями в попытках найти оптимальную последовательность. Кроме того, в некоторых статьях описанным ранее ODN будут даваться разные имена, что еще больше усложняет соглашение об именах.
Класс А
Один из первых ODN класса A, ODN 2216, был описан в 2001 году Krug et al. [10] Этот класс ODN отчетливо отличался от ранее описанного ODN класса B (т.е. ODN 2006) тем, что он стимулировал выработку большого количества интерферонов типа I , наиболее важным из которых является IFNα, и индуцировал созревание плазмацитоидов. дендритные клетки. ODN класса A также являются сильными активаторами NK-клеток посредством непрямой передачи сигналов цитокинов .
Структурные особенности, определяющие ODN класса A:
- Наличие последовательности поли G на 5'-конце, 3'-конце или на обоих концах
- Внутренняя палиндром последовательность
- Динуклеотиды GC, содержащиеся во внутреннем палиндроме
- Частично модифицированная ПС магистраль
ODN класса A обычно содержат от 7 до 10 PS-модифицированных оснований на одном или обоих концах, которые сопротивляются деградации под действием нуклеаз и увеличивают долговечность ODN. Вышеупомянутые правила строго определяют класс, но возможна изменчивость последовательности в рамках этих «правил». Также следует отметить, что изменения в последовательности повлияют на величину отклика. Например, внутренняя последовательность палиндрома может иметь длину от 4 до 8 пар оснований и варьироваться в порядке оснований, однако наиболее активным оказался образец 5'- Pu Pu CG Pu Py CG Py Py-3 '. по сравнению с несколькими другими последовательностями. Поли-G-хвост, обнаруженный на любом конце цепи ДНК, может различаться по длине и четному количеству (тип D имеет поли-G-последовательность только на 3'-конце), но его присутствие имеет решающее значение для активности молекулы.
Класс B
Krieg et al. был первым, кто описал ODN класса B в 1995 году. [6] ODN класса B (т.е. ODN 2007) являются сильными стимуляторами созревания В-клеток и моноцитов человека. Они также стимулируют созревание pDC, но в меньшей степени, чем ODN класса A и очень небольшие количества IFNα.
Конструктивные особенности, определяющие ODN класса B:
- Один или несколько 6-мерных мотивов CpG 5'-Pu Py CG Py Pu-3 '
- Полностью фосфоротиорированный (модифицированный PS) каркас
- Обычно от 18 до 28 нуклеотидов в длину
Самые сильные ODN в этом классе имеют три 6-членные 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 адъюванта вакцины .
Рекомендации
- ^ Weiner GJ, Ль HM, Wooldridge JE, Даль CE, Krieg AM (сентябрь 1997). «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. DOI : 10.1073 / pnas.94.20.10833 . PMC 23500 . PMID 9380720 .
- ^ Бауэр С, Вагнер Х (2002). Бактериальная CpG-ДНК лицензирует TLR9 . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. 270 . С. 145–54. DOI : 10.1007 / 978-3-642-59430-4_9 . ISBN 978-3-642-63975-3. PMID 12467249 .
- ^ Rothenfusser S, Tuma E, Endres S, Hartmann G (декабрь 2002 г.). «Плазмацитоидные дендритные клетки: ключ к CpG». Иммунология человека . 63 (12): 1111–9. DOI : 10.1016 / S0198-8859 (02) 00749-8 . PMID 12480254 .
- ^ Coley WB (январь 1991 г.). «Лечение злокачественных новообразований путем повторных прививок от рожи. С отчетом о десяти первоначальных случаях. 1893 г.». Клиническая ортопедия и родственные исследования (262): 3–11. DOI : 10.1097 / 00003086-199101000-00002 . PMID 1984929 .
- ^ Токунага Т., Ямамото Х., Шимада С., Абе Х., Фукуда Т., Фудзисава И., Фурутани И., Яно О, Катаока Т., Судо Т. (апрель 1984 г.). «Противоопухолевая активность фракции дезоксирибонуклеиновой кислоты из Mycobacterium bovis BCG. I. Выделение, физико-химическая характеристика и противоопухолевая активность». Журнал Национального института рака . 72 (4): 955–62. DOI : 10.1093 / JNCI / 72.4.955 . PMID 6200641 .
- ^ а б Криг А.М., Йи А.К., Матсон С., Вальдшмидт Т.Дж., Бишоп Г.А., Тисдейл Р., Корецки Г.А., Клинман Д.М. (апрель 1995 г.). «Мотивы CpG в бактериальной ДНК запускают прямую активацию B-клеток». Природа . 374 (6522): 546–9. DOI : 10.1038 / 374546a0 . PMID 7700380 .
- ^ Dalpke AH, Zimmermann S, Albrecht I, Heeg K (май 2002 г.). «Фосфодиэфирные CpG-олигонуклеотиды в качестве адъювантов: полигуанозиновые прогоны усиливают клеточное поглощение и улучшают иммуностимулирующую активность фосфодиэфирных CpG-олигонуклеотидов in vitro и in vivo» . Иммунология . 106 (1): 102–12. DOI : 10.1046 / j.1365-2567.2002.01410.x . PMC 1782689 . PMID 11972638 .
- ^ Wu CC, Lee J, Raz E, Corr M, Carson DA (август 2004 г.). «Необходимость агрегации олигонуклеотидов для активации толл-подобного рецептора 9» . Журнал биологической химии . 279 (32): 33071–8. DOI : 10.1074 / jbc.M311662200 . PMID 15184382 .
- ^ Фоллмер Дж., Криг А.М. (март 2009 г.). «Иммунотерапевтическое применение агонистов CpG олигодезоксинуклеотида TLR9». Расширенные обзоры доставки лекарств . 61 (3): 195–204. DOI : 10.1016 / j.addr.2008.12.008 . PMID 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 плазматических дендритных клетках» . Европейский журнал иммунологии . 31 (7): 2154–63. DOI : 10.1002 / 1521-4141 (200107) 31: 7 <2154 :: АИД-IMMU2154> 3.0.CO; 2-У . PMID 11449369 .
- ^ Hartmann G, Weeratna RD, Ballas ZK, Payette P, Blackwell S, Suparto I, Rasmussen WL, Waldschmidt M, Sajuthi D, Purcell RH, Davis HL, Krieg AM (февраль 2000 г.). «Определение CpG-фосфоротиоатного олигодезоксинуклеотида для активации иммунных ответов приматов in vitro и in vivo» . Журнал иммунологии . 164 (3): 1617–24. DOI : 10.4049 / jimmunol.164.3.1617 . PMID 10640783 .