CpG олигонуклеотиды с модифицированными фосфатными группами индуцируют созревание миелоидных дендритных клеток человека in vitro

Миелоидные дендритные клетки (ДК) играют важную роль в иммунном ответе, поэтому актуальной задачей является поиск соединений, способных эффективно активировать ДК. Целью настоящей работы было изучение влияния синтетических CpG олигодезоксинуклеотидов (CpG-ODN) на созревание и аллостимуляторную активность миелоидных ДК в сравнении с другими PAMP и DAMP молекулами. Для исследований были синтезированы CpG-ODN класса С (SD-101 и D-SL03), содержащие тиофосфатные межнуклеотидные группы, а также получены их оригинальные фосфат-модифицированные аналоги (SD-101М и D-SL03М) с мезилфосфорамидными межнуклеотидными группами (М = μ-модификация). Эффекты CpG-ODN и других активаторов оценивали в культурах ДК, генерированных из моноцитов крови в присутствии GM-CSF и IFN-α (IFN-ДК) или IL-4 (IL4-ДК). Оценка внутриклеточной экспрессии TLR-9 показала, что оба типа ДК (IFN-ДК и IL4-ДК) содержали в среднем 52 и 80 % TLR-9-позитивных клеток соответственно. Исследуемые CpG-ODN усиливали аллостимуляторную активность IFN-ДК, причем эффект μ-модифицированных CpG-ODN был выше, чем тиофосфатных CpG-ODN. Стимулирующий эффект CpG-ODN в дозе 1.0 мкг/мл был сопоставим (для D-SL03, D-SL03М, SD-101) или превышал (для SD-101М) действие липополисахарида (LPS) в дозе 10 мкг/мл. При этом IFN-ДК характеризовались большей чувствительностью к действию CpG-ODN, чем IL4-ДК. Усиление аллостимуляторной активности ДК в присутствии CpG-ODN было связано с индукцией конечного созревания клеток, что подтверждалось значимым снижением количества СD14+ ДК, увеличением доли зрелых CD83+ ДК и тенденцией к возрастанию CD86+ ДК. Интересно, что характерная для LPS способность усиливать экспрессию костимуляторной молекулы OX40L на ДК была выявлена только для μ-аналога SD-101М. Кроме того, CpG-ODN (SD-101 и SD-101М) оказывали стимулирующий эффект на продукцию IFN-γ, сопоставимый с действием LPS. Полученные в целом данные свидетельствуют о стимулирующем действии CpG-ODN на созревание и аллостимуляторную активность миелоидных ДК человека, которое более выражено для μ-модифицированных аналогов.

1. Alyamkina E.A., Leplina O.Yu., Sakhno L.V., Chernykh E.R., Ostanin A.A., Efremov Ya.R., Shilov A.G., Orishchenko K.E., Likhacheva A.S., Dolgova E.V., Nikolin V.P., Popova N.A., Zagrebelniy S.N., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Effect of double-stranded DNA on maturation of dendritic cells in vitro. Cell. Immunol. 2010;266(1): 46-51. DOI 10.1016/j.cellimm.2010.08.011.

2. Banchereau J., Briere F., Caux C., Davoust J., Lebecque S., Liu Y.J., Palendran B., Palucka K. Immunobiology of dendritic cells. Annu. Rev. Immunol. 2000;18:767-811. DOI 10.1146/annurev.immunol.18.1.767.

3. Bauer S., Kirschning C.J., Hacker H., Redecke V., Hausmann S., Akira S., Wagner H., Lipfordet G.B. Human TLR9 confers responsiveness to bacterial DNA via species-specific CpG motif recognition. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2001;98(16):9237-9242. DOI 10.1073/pnas.161293498.

4. Behboudi S., Chao D., Klenerman P., Austyn J. The effects of DNA containing CpG motif on dendritic cells. Immunology. 2000;99(3): 361-366. DOI 10.1046/j.1365-2567.2000.00979.x.

5. Cehim G., Chies J.A.B. In vitro generation of human monocyte-derived dendritic cells methodological aspects in a comprehensive review. An. Acad. Bras. Ciênc. 2019;91:e20190310. DOI 10.1590/0001-3765201920190310.

6. Chelobanov B.P., Burakova E.A., Prokhorova D.V., Fokina A.A., Stetsenko D.A. New oligodeoxynucleotide derivatives containing N-(methanesulfonyl)-phosphoramidate (mesyl phosphoramidate) internucleotide group. Russ. J. Bioorg. Chem. 2017;43(6):664-668. DOI 10.1134/S1068162017060024.

7. Dyakonova V.A., Dambaeva S.V., Pinegin B.V., Khaitov R.M. Study of interaction between the polyoxidonium immunomodulator and the human immune system cells. Inter. Immunopharm. 2004;4(13): 1615-1623. DOI 10.1016/j.intimp.2004.07.015.

8. Hoene V., Peiser M., Wanner R. Human monocyte-derived dendritic cells express TLR9 and react directly to the CpG-A oligonucleotide D19. J. Leuk. Biol. 2006;80(6):1328-1336. DOI 10.1189/jlb.0106011.

9. Iwasaki A., Medzhitov R. Toll-like receptor control of the adaptive immune responses. Nat. Immunol. 2004;5(10):987-995. DOI 10.1038/ni1112.

10. Jounai N., Kobiyama K., Takeshita F., Ishii K.J. Recognition of damage-associated molecular patterns related to nucleic acids during inflammation and vaccination. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2013; 2:168. DOI 10.3389/fcimb.2012.00168.

11. Kabanov V.A. From synthetic polyelectrolytes to polymer-subunit vaccines. Pure Appl. Chem. 2004;76(9):1659-1677. DOI 10.1351/pac200476091659.

12. Kawasaki T., Kawai T. Toll-like receptor signaling pathways. Front. Immunol. 2014. DOI 10.3389/fimmu.2014.00461.

13. Krug A., Towarowski A., Britsch S., Rothenfusser S., Hornung V., Bals V., Giese T., Engelmann H., Endres S., Krieg A.M., Hartmann G. Toll-like receptor expression reveals CpG DNA as a unique microbial stimulus for plasmacytoid dendritic cells which synergizes with CD40 ligand to induce high amounts of IL-12. Eur. J. Immunol. 2001;31(10):3026-3037. DOI 10.1002/1521-4141(2001010)31:10<3026::aid-immu3026>3.0.co;2-h.

14. Levy R., Reagan P.M., Friedberg J.W., Bartlett N.L., Gordon L.I., Leung A., Peterkin J., Xing B., Coffman R., Janssen R., Candia A., Khodadoust M., Frank M.J., Long S.R., Czerwinski D.K., Chu M. SD-101, a novel class C CpG-oligodeoxynucleotide (ODN) toll-like receptor 9 (TLR9) agonist, given with low dose radiation for untreated low grade B-cell lymphoma: interim results of a phase 1/2 trial. Blood. 2016;128(22):2974. DOI 10.1182/blood.V128.22.2974.2974.

15. Li T., Wu J., Zhu S., Zang G., Li S., Lv X., Yue W., Qiao Y., Cui J., Shao Y., Zhang J., Liu Y.-J., Chen J. A novel C type CpG oligodeoxynucleotide exhibits immunostimulatory activity in vitro and enhances antitumor effect in vivo. Front. Pharmacol. 2020;11:8. DOI 10.3389/fphar.2020.00008.

16. Marshall J.D., Fearon K.L., Higgins D., Hessel E.M., Kanzler H., Abbate C., Yee P., Gregorio J., Cruz T.D., Lizcano J.O., Zolotorev A., McClure H.M., Brasky K.M., Murthy K.K., Coffman R.L., Nest G.V. Superior activity of the type C class of ISS in vitro and in vivo across multiple species. DNA Cell Biol. 2005;24(2):63-72. DOI 10.1089/dna.2005.24.63.

17. Miroshnichenko S.K., Patutina O.A., Burakova E.A., Chelobanov B.P., Fokina A.A., Vlassov V.V., Altman S., Zenkova M.A., Stetsenko D.A. Mesyl phosphoramidate antisense oligonucleotides as an alternative to phosphorothioates with improved biochemical and biological properties. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019;116(4): 1229-1234. DOI 10.1073/pnas.1813376116.

18. Orishchenko K.E., Ryzhikova S.L., Druzhinina Y.G., Ryabicheva T.G., Varaksin N.A., Alyamkina E.A., Dolgova E.V., Rogachev V.A., Proskurina A.S., Nikolin V.P., Popova N.A., Strunov A.A., Kiseleva E.V., Leplina O.Y., Ostanin A.A., Chernykh E.R., Sidorov S.V., Mayorov V.I., Bogachev S.S., Shurdov M.A. Effect of human double-stranded DNA preparation on the production of cytokines by dendritic cells and peripheral blood cells from relatively healthy donors. Cancer Ther. 2013;8:191-205.

19. Polovinkina V.S., Markov E.Yu. Structure and immune adjuvant properties of CpG-DNA. Meditsinskaya Immunologiya = Medical Immunology (Russia). 2010;12(6):469-476. DOI 10.15789/1563-0625-2010-6-469-476. (in Russian)

20. Powell B.S., Andrianov A.K., Fusco P.C. Polyionic vaccine adjuvants: another look at aluminum salts and polyelectrolytes. Clin. Exp. Vaccine Res. 2015;4(1):23-45. DOI 10.7774/cevr.2015.4.1.23. Rothenfusser S., Tuma E., Endres S., Hartmann G. Plasmacytoid dendritic cells: the key to CpG. Hum. Immunol. 2002;63(12):1111-1119. DOI 10.1016/s0198-8859(02)00749-8.

21. Scheiermann J., Klinman D.M. Clinical evaluation of CpG oligonucleotides as adjuvants for vaccines targeting infectious diseases and cancer. Vaccine. 2014;32(48):6377-6389. DOI 10.1016/j.vaccine.2014.06.065.

22. Shirota H., Klinman D.M. Recent progress concerning CpG DNA and its use as a vaccine adjuvant. Expert Rev. Vaccines. 2014;13(2):299- 312. DOI 10.1586/14760584.2014.863715.

23. Shirota H., Tross D., Klinman D.M. CpG oligonucleotides as cancer vaccine adjuvants. Vaccines (Basel). 2015;3(2):390-407. DOI 10.3390/vaccines3020390.

24. Tada H., Aiba S., Shibata K., Ohteki T., Takada H. Synergistic effect of Nod1 and Nod2 agonists with toll-like receptor agonists on human dendritic cells to generate interleukin-12 and T helper type 1 cells. Infect. Immun. 2005;73(12):7967-7976. DOI 10.1128/IAI.73.12.7967-7976.2005.

25. Ukyo N., Hori T., Yanagita S., Ishikawa T., Uchiyama T. Costimulation through OX40 is crucial for induction of an alloreactive human T-cell response. Immunology. 2003;109(2):226-231. DOI 10.1046/j.1365-2567.2003.01648.x.

26. Veglia F., Gabrilovich D.I. Dendritic cells in cancer: the role revisited. Curr. Opin. Immunol. 2017;45:43-51. DOI 10.1016/j.coi.2017.01.002.

27. Yang L., Wu X., Wan M., Yu Y., Yu Y., Wang L. CpG oligodeoxynucleotides with double stem-loops show strong immunostimulatory activity. Int. Immunopharmacol. 2013;15(1):89-96. DOI 10.1016/j.intimp.2012.10.020.