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CpGオリゴデオキシヌクレオチド（またはCpG ODN）は、シトシン三リン酸デオキシヌクレオチド（「C」）とそれに続くグアニン三リン酸デオキシヌクレオチド（「G」）を含む短い一本鎖合成DNA分子である。「p」は連続するヌクレオチド間のホスホジエステル結合を指すが、一部のODNは代わりに改変されたホスホロチオエート（PS）骨格を有する。これらのCpGモチーフがメチル化されていない場合、それらは免疫刺激剤として作用する。[1] CpGモチーフは、微生物ゲノムに豊富に存在するが脊椎動物ゲノムには稀であることから、病原体関連分子パターン（PAMP ）と考えられている。 [2] CpG PAMPは、パターン認識受容体（PRR）Toll様受容体9（TLR9 ）によって認識され、ヒトおよび他の高等霊長類のB細胞および形質細胞様樹状細胞（pDC）でのみ構成的に発現している。[3]
歴史
1893 年以来、細菌細胞溶解物の混合物であるコリー毒素には、一部の癌の進行を抑える免疫刺激特性があることが認識されていましたが[4]、1983 年になって初めて、徳永らは、反応を誘発する溶解物の基本成分として細菌 DNA を特定しました[5] 。その後、1995 年に Krieg らは、細菌 DNA 内の CpG モチーフが免疫刺激効果の原因であることを実証し、合成 CpG ODN を開発しました[6] 。それ以来、合成 CpG ODN は、誘発する I 型炎症誘発反応とワクチンアジュバントとしての有効性により、熱心な研究の焦点となっています。[要出典]
構造上の特徴
合成 CpG ODN は、一般的なホスホジエステル骨格の代わりに部分的または完全にホスホロチオエート化された(PS) 骨格を持ち、3' 末端、5' 末端、またはその両方にポリ G テールを持つという点で、微生物 DNA とは異なります。PS 修飾は、体内のDNaseなどのヌクレアーゼによる ODN の分解を防ぎ、ポリ G テールは細胞への取り込みを促進します。 [7]ポリ G テールは分子間四分子を形成し、高分子量凝集体を形成します。これらの凝集体が、ポリ G 配列が付与する活性の増加の原因であり、配列そのものではありません。[8] CpG 二量体の数と位置、および CpG 二量体を挟む正確な塩基配列のバリエーションを持つ多数の配列が、TLR9 を刺激することが示されている。これにより、配列、二次構造、およびヒト末梢血単核細胞 ( PBMC )への影響に基づいて、CpG ODN の 5 つの非公式なクラスまたはカテゴリが作成されました。 5 つのクラスは、クラス A (タイプ D)、クラス B (タイプ K)、クラス C、クラス P です。[9]発見プロセス中、「クラス」は、特定の特性を持つ ODN が特定の反応を引き起こすことが明らかになったずっと後になって初めて定義されました。このため、文献で言及されているほとんどの ODN には番号が付けられています (つまり、ODN 2006、ODN 2007、ODN 2216、ODN D35、ODN K3 など)。番号は任意であり、最適なシーケンスを見つけるためにわずかなバリエーションで多数の ODN をテストした結果です。さらに、一部の論文では、以前に説明された ODN に異なる名前が付けられ、命名規則がさらに複雑になっています。[要出典]
クラスA
最初のクラスA ODNの1つであるODN 2216は、2001年にKrugらによって説明されました。[10]このクラスのODNは、大量のI型インターフェロン（最も重要なのはIFNα）の産生を刺激し、形質細胞様樹状細胞の成熟を誘導するという点で、以前説明されたクラスB ODN（すなわち、ODN 2006）とは明確に異なっていました。クラスA ODNは、間接的なサイトカインシグナル伝達を介してNK細胞を強力に活性化します。
クラス A ODN を定義する構造的特徴:
- 5'末端、3'末端、またはその両方にポリG配列が存在する
- 内部回文シーケンス
- 内部回文に含まれるGCジヌクレオチド
- 部分的にPS修正されたバックボーン
クラス A ODN には通常、片側または両側に 7 ～ 10 個の PS 修飾塩基が含まれており、ヌクレアーゼによる分解に抵抗し、ODN の寿命を延ばします。上記のルールはクラスを厳密に定義しますが、これらの「ルール」内で配列が変化する可能性があります。また、配列の変更によって応答の程度が変わることにも注意してください。たとえば、内部の回文配列は 4 ～ 8 塩基対の長さで、塩基の順序が異なりますが、5'- Pu Pu CG Pu Py CG Py Py-3' というパターンは、他のいくつかの配列と比較して最もアクティブであることがわかりました。DNA 鎖の両端にあるポリ G テールは、長さや数が異なる場合があります (タイプ D は 3' 端にのみポリ G 配列があります) が、その存在は分子の活性にとって重要です。[引用が必要]
クラスB
1995年にKriegらが初めてクラスB ODNについて報告した。[6]クラスB ODN（ODN 2007）は、ヒトB細胞および単球の成熟を強力に刺激する。また、pDCの成熟も刺激するが、その刺激はクラスA ODNやIFNαのごく少量よりも弱い。[引用が必要]
クラス B ODN を定義する構造的特徴:
- 1つ以上の6mer CpGモチーフ5'-Pu Py CG Py Pu-3'
- 完全にホスホロチオエート化された（PS修飾された）骨格
- 一般的に18～28ヌクレオチド長
このクラスで最も強力なODNは3つの6mer配列を持っています。[11] B ODNは強力な体液性免疫反応を誘導する能力があり、ワクチンの アジュバントとして理想的であるため、治療薬として広く研究されてきました。
参考文献
- ^ Weiner GJ、Liu HM、Wooldridge JE、Dahle CE、Krieg AM (1997 年 9 月)。「CpG モチーフを含む免疫刺激オリゴデオキシヌクレオチドは、腫瘍抗原免疫における免疫アジュバントとして有効である」。米国科学アカデミー紀要。94 ( 20 ) : 10833–7。Bibcode : 1997PNAS ... 9410833W。doi : 10.1073/ pnas.94.20.10833。PMC 23500。PMID 9380720。
- ^ Bauer S、Wagner H (2002)。「細菌の CpG-DNA が TLR9 をライセンス」。Toll様受容体ファミリーのメンバーとそのリガンド。微生物学と免疫学の最新トピック。第 270 巻。pp. 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 (2002年12月). 「形質細胞様樹状細胞：CpGの鍵」.ヒト免疫学. 63 (12): 1111–9. doi :10.1016/S0198-8859(02)00749-8. PMID 12480254.
- ^ Coley WB (1991 年 1 月)。「丹毒の反復接種による悪性腫瘍の治療。10 のオリジナル症例の報告付き。1893 年」。臨床整形外科および関連研究(262): 3–11。doi : 10.1097 /00003086-199101000-00002。PMID 1984929 。
- ^ 徳永 孝、山本 秀、島田 聡、阿部 秀、福田 孝、藤沢 裕、古谷 勇、矢野 修、片岡 孝、須藤 孝 (1984 年 4 月)。「Mycobacterium bovis BCG 由来のデオキシリボ核酸分画の抗腫瘍活性。I. 分離、物理化学的特性、および抗腫瘍活性」。国立がん研究所ジャーナル。72 (4): 955–62。doi :10.1093/ jnci /72.4.955。PMID 6200641 。
- ^ ab Krieg AM、Yi AK、Matson S、Waldschmidt TJ、Bishop GA、Teasdale R、Koretzky GA、Klinman DM (1995 年 4 月)。「細菌 DNA の CpG モチーフが直接 B 細胞活性化を引き起こす」。Nature。374 ( 6522 ) : 546–9。Bibcode : 1995Natur.374..546K。doi : 10.1038 /374546a0。PMID 7700380。S2CID 4261304。
- ^ Dalpke AH、Zimmermann S、Albrecht I、Heeg K (2002 年 5 月)。「アジュバントとしてのホスホジエステル CpG オリゴヌクレオチド: ポリグアノシンランは細胞への取り込みを促進し、in vitro および in vivo でのホスホジエステル CpG オリゴヌクレオチドの免疫刺激活性を向上させる」。免疫学 。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 (2004 年 8 月)。「Toll 様受容体 9 の活性化にはオリゴヌクレオチドの凝集が必要である」。The Journal of Biological Chemistry。279 ( 32): 33071–8。doi : 10.1074/ jbc.M311662200。PMID 15184382。
- ^ Vollmer J、Krieg AM (2009 年3 月)。「CpG オリゴデオキシヌクレオチド TLR9 アゴニストの免疫療法への応用」。Advanced Drug Delivery Reviews。61 (3): 195–204。doi : 10.1016 /j.addr.2008.12.008。PMID 19211030 。
- ^ Krug A, Rothenfusser S, Hornung V, Jahrsdörfer B, Blackwell S, Ballas ZK, Endres S, Krieg AM, Hartmann G (2001 年 7 月). 「形質細胞様樹状細胞における IFN-α/β の高誘導性を示す CpG オリゴヌクレオチド配列の同定」. European Journal of Immunology . 31 (7): 2154–63. doi : 10.1002/1521-4141(200107)31:7<2154::AID-IMMU2154>3.0.CO;2-U . 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 (2000 年 2 月)。「in vitro および in vivo で霊長類の免疫応答を活性化するための CpG ホスホロチオエートオリゴデオキシヌクレオチドの描写」。Journal of Immunology。164 ( 3 ): 1617–24。doi : 10.4049 /jimmunol.164.3.1617。PMID 10640783。