Phosphate-modif ied CpG oligonucleotides induce in vitro maturation of human myeloid dendritic cells

Vavilovskii Zhurnal Genet Selektsii. 2020 Oct;24(6):653-660. doi: 10.18699/VJ20.659.

Abstract

Myeloid dendritic cells (DCs) play an important role in the immune response; therefore, the search for compounds that can effectively activate DCs is a needful goal. This study was aimed to investigate the effect of synthetic CpG oligodeoxynucleotides (CpG-ODN) on the maturation and allostimulatory activity of myeloid DCs in comparison with other PAMP and DAMP molecules. For the research, we synthesized known CpG-ODN class C (SD-101 and D-SL03) containing thiophosphate internucleotide groups, and their original phosphate-modified analogues (SD-101M and D- SL03M) with mesylphosphoramide internucleotide groups (M = μ-modification). The effects of CpG-ODN and other activators were evaluated on DCs generated from blood monocytes in the presence of GM-CSF and IFN-α (IFN-DC) or IL-4 (IL4-DC). Evaluation of the intracellular TLR-9 expression showed that both types of DCs (IFN-DC and IL4-DC) contained on average 52 and 80 % of TLR-9-positive cells, respectively. The CpG-ODNs studied enhanced the allostimulatory activity of IFN-DCs, and the effect of μ-modified CpG-ODNs was higher than that of CpG-ODNs with thiophosphate groups. The stimulating effect of CpG-ODN at a dose of 1.0 μg/ml was comparable (for D-SL03, D-SL03M, SD-101) with or exceeded (for SD-101M) the effect of LPS at a dose of 10 μg/ml. At the same time, IFN-DCs were characterized by greater sensitivity to the action of CpG-ODNs than IL4-DCs. The enhancement of DC allostimulatory activity in the presence of CpG-ODNs was associated with the induction of final DC maturation, which was confirmed by a significant decrease in the number of CD14+DC, an increase in mature CD83+DC and a trend towards an increase in CD86+DC. Interestingly, the characteristic ability of LPS to enhance the expression of the co-stimulatory molecule OX40L on DCs was revealed only for the μ-analogue SD-101M. In addition, CpG-ODNs (SD-101 and SD-101M) had a stimulatory effect on IFN-γ production comparable to the action of LPS. The data obtained indicate a stimulating effect of CpG-ODN on the maturation and allostimulatory activity of human myeloid DCs, which is more pronounced for μ-modified analogs.

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 аллостимулятор- ную активность миелоидных ДК в сравнении с другими PAMP и DAMP молекулами. Для исследований были син- тезированы 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 мезилфосфорамидны- ми 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 пре- вышал (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 стиму- лирующий эффект на продукцию IFN-γ, сопоставимый с действием LPS. Полученные в целом данные свидетель- ствуют о стимулирующем действии CpG-ODN на созревание и аллостимуляторную активность миелоидных ДК человека, которое более выражено для μ-модифицированных аналогов.

Keywords: CpG-oligonucleotide; PAMP- and DAMP-activators; allo-MLR; dendritic cells; differentiation; maturation; monocytes.