Oligodesoxinucleótido CpG

Los oligodesoxinucleótidos CpG (o CpG ODN ) son moléculas cortas de ADN sintético monocatenario que contienen un desoxinucleótido de citosina trifosfato ("C") seguido de un desoxinucleótido de guanina trifosfato ("G"). La "p" se refiere al enlace fosfodiéster entre nucleótidos consecutivos, aunque algunos ODN tienen una estructura de fosforotioato (PS) modificada. Cuando estos motivos CpG no están metilados , actúan como inmunoestimulantes . ^{[ 1 ]} Los motivos CpG se consideran patrones moleculares asociados a patógenos ( PAMP ) debido a su abundancia en genomas microbianos, pero su rareza en genomas de vertebrados. ^{[ 2 ]} El PAMP CpG es reconocido por el receptor de reconocimiento de patrones ( PRR ) Receptor tipo Toll 9 ( TLR9 ), que se expresa constitutivamente solo en células B y células dendríticas plasmocitoides (pDC) en humanos y otros primates superiores. ^{[ 3 ]}

Desde 1893, se ha reconocido que la toxina de Coley , una mezcla de lisado de células bacterianas, tiene propiedades inmunoestimuladoras que podrían reducir la progresión de algunos carcinomas , ^{[ 4 ]} pero no fue hasta 1983 que Tokunaga et al. identificaron específicamente el ADN bacteriano como el componente subyacente del lisado que provocó la respuesta. ^{[ 5 ]} Luego, en 1995, Krieg et al. demostraron que el motivo CpG dentro del ADN bacteriano era responsable de los efectos inmunoestimuladores y desarrollaron CpG ODN sintéticos. ^{[ 6 ]} Desde entonces, los CpG ODN sintéticos han sido el foco de una intensa investigación debido a la respuesta proinflamatoria de tipo I que provocan y su uso exitoso como adyuvantes de vacunas .

Synthetic CpG ODN differ from microbial DNA in that they have a partially or completely phosphorothioated (PS) backbone instead of the typical phosphodiester backbone and a poly G tail at the 3' end, 5' end, or both. PS modification protects the ODN from being degraded by nucleases such as DNase in the body and poly G tail enhances cellular uptake.^[7] The poly G tails form intermolecular tetrads that result in high molecular weight aggregates. These aggregates are responsible for the increased activity the poly G sequence impart; not the sequence itself.^[8] Numerous sequences have been shown to stimulate TLR9 with variations in the number and location of CpG dimers, as well as the precise base sequences flanking the CpG dimers. This led to the creation of five unofficial classes or categories of CpG ODN based on their sequence, secondary structures, and effect on human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). The five classes are Class A (Type D), Class B (Type K), Class C, and Class P.^[9] During the discovery process, the "Classes" were not defined until much later when it became evident that ODN with certain characteristics elicited specific responses. Because of this, most ODN referred to in the literature use numbers (i.e., ODN 2006, ODN 2007, ODN 2216, ODN D35, ODN K3, etc.). The numbers are arbitrary and come from testing large numbers of ODN with slight variations in attempts to find the optimal sequence. In addition, some papers will give different names to previously described ODN, complicating the naming convention even more.

One of the first Class A ODN, ODN 2216, was described in 2001 by Krug et al.^[10] This class of ODN was distinctly different from the previously described Class B ODN (i.e., ODN 2006) in that it stimulated the production of large amounts of Type I interferons, the most important one being IFNα, and induced the maturation of plasmacytoid dendritic cells. Class A ODN are also strong activators of NK cells through indirect cytokine signaling.

Structural features defining Class A ODN:

• The presences of a poly G sequence at the 5' end, the 3' end, or both
• An internal palindrome sequence
• GC dinucleotides contained within the internal palindrome
• A partially PS-modified backbone

Los ODN de clase A suelen contener de 7 a 10 bases modificadas con PS en uno o ambos extremos, lo que les confiere resistencia a la degradación por nucleasas y aumenta su longevidad. Las reglas anteriores definen estrictamente la clase, pero es posible que exista variabilidad en la secuencia dentro de estas reglas. Cabe destacar que los cambios en la secuencia afectarán la magnitud de la respuesta. Por ejemplo, la secuencia palíndroma interna puede tener de 4 a 8 pares de bases y variar en el orden de las bases; sin embargo, se ha observado que el patrón 5'- Pu Pu CG Pu Py CG Py Py-3' es el más activo en comparación con otras secuencias. La cola de poli-G presente en ambos extremos de la cadena de ADN puede variar en longitud e incluso en número (los de tipo D solo tienen una secuencia de poli-G en el extremo 3'), pero su presencia es fundamental para la actividad de la molécula.

Krieg et al. fue el primero en describir los ODN de clase B en 1995. ^{[ 6 ]} Los ODN de clase B (es decir, ODN 2007) son potentes estimuladores de la maduración de las células B y los monocitos humanos. También estimulan la maduración de las pDC, pero en menor medida que los ODN de clase A y cantidades muy pequeñas de IFNα.

Características estructurales que definen la clase B ODN:

• Uno o más motivos CpG de 6 nucleótidos 5'-Pu Py CG Py Pu-3'
• Una estructura principal completamente fosforotioada (modificada con PS)
• Generalmente de 18 a 28 nucleótidos de longitud.

Los ODN más fuertes de esta clase tienen tres secuencias de 6 nucleótidos. ^{[ 11 ]} Los ODN B se han estudiado ampliamente como agentes terapéuticos debido a su capacidad para inducir una fuerte respuesta inmune humoral, lo que los hace ideales como adyuvantes de vacunas .