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2024-10-23T20:22:18Z

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Ein '''CpG-Dinukleotid''' ist ein chemischer Zusammenschluss von zwei [[Nukleotid]]en, welche die [[Nukleobasen]] [[Cytosin]] bzw. [[Guanin]] aufweisen. Gelegentlich werden [[Synonym|andere Bezeichnungen]] verwendet, wie ''CG-Stelle'', ''CG-Ort'', ''CpG-[[Sequenzmotiv|Motiv]]'' u. ä. Im Englischen sind ''CpG site'' und ''CpG dinucleotide'' üblich.

Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „CpG-Dinukleotid“ auf eine Stelle innerhalb vom Erbgut ([[DNA]]), der die Anteile [[Desoxycytidin]] – [[Phosphorsäure]] – [[Desoxyguanosin]] (in [[Nukleinsäure-Nomenklatur|5'–3']]-Richtung) enthält. Aufgrund der komplementären Basenpaarung an einer solchen Stelle, die auch '''CpG-Stelle''' genannt wird, kommen im DNA-Doppelstrang an jeder Stelle zwei Dinukleotide vor.

Die CpG-Stellen spielen in den Genomen mancher Lebewesen (z. B. bei Säugetieren) eine besondere Rolle, weil sie dort Gegenstand der [[DNA-Methylierung]] sind und eine spezielle Häufigkeit und Verteilung aufweisen. Die CpG-Stellen bzw. -Dinukleotide sollten nicht mit den '''[[CpG-Insel]]n''' verwechselt werden. CpG-Inseln sind definierte Bereiche, in denen CpG-Stellen häufiger sind als in anderen Abschnitten des zugrunde liegenden [[Genom]]s.<ref name="Gardiner-Garden_Frommer_1987_PMID3656447">M. Gardiner-Garden, M. Frommer: ''CpG islands in vertebrate genomes.'' In: ''Journal of molecular biology.'' Band 196, Nummer 2, Juli 1987, S. 261–282, PMID 3656447.</ref>

== Zusammensetzung ==
[[Datei:DNA-internal-CpG-dinucleotide.png|400px|mini|Schematische Darstellung eines CpG-Dinukleotids als Abschnitt eines doppelsträngigen DNA-Moleküls (dsDNA). Das eigentliche CpG-Dinukleotid (5'-Desoxycytidin-Phosphorsäure-Desoxyguanosin-3') auf dem angegebenen Strang („Watson“) ist schwarz dargestellt. Die Basenpaarung zum komplementären Strang („Crick“) ist grau dargestellt. Die Ausrichtung (5'-3'), Nummerierungen und Übergänge zu nicht dargestellten Teilen (Wellenlinien) des dsDNA-Moleküls sind ebenfalls grau dargestellt. Die blaue Markierung von namengebendenTeilen (Cytosin-Phosphat-Guanin) ergibt den Schriftzug „CpG“.]]

CpG ist innerhalb doppelsträngiger DNA eine Sequenz, die auf dem komplementären Strang in 5' – 3'-Richtung genauso lautet:

5' ... pNpNpNp'''CpG'''pNpNpN ... 3'
| | | | | | | |
3' ... NpNpNpGpCpNpNpNp ... 5'

(N: beliebige Nukleinbase)

Die chemische Zusammensetzung eines DNA-internen CpG-Motivs ist nebenstehend schematisch dargestellt.

== Verteilung des CpG-Motivs ==
{{Hauptartikel|CpG-Insel}}
Da vier [[Nukleobasen]] ([[Adenin|A]], [[Cytosin|C]], [[Guanin|G]] und [[Thymin|T]]) in der DNA vertreten sind, ergeben sich 4 * 4 = 16 verschiedene Zwei-Basen-Sequenzmotive (ApA, ApC, ...,CpG, ..., GpC, ..., TpG, TpT). Das CpG-Motiv unterscheidet sich von den anderen 15 Zwei-[[Nukleinbase|Basen]]-Motiven dadurch, dass es in der doppelsträngigen DNA verschiedener Lebewesen, darunter des Menschen, eine andere Verteilung und biologische Funktion besitzt als die sonstigen Zwei-Basen-Motive. Das CpG-Motiv kommt dort in [[CpG-Insel]]n statistisch gehäuft vor und kann unterschiedlich methyliert sein.<ref name="Gardiner-Garden_Frommer_1987_PMID3656447"/><ref name="Chatterjee_Vinson_2012">R. Chatterjee, C. Vinson: ''CpG methylation recruits sequence specific transcription factors essential for tissue specific gene expression.'' In: ''[[Biochimica et Biophysica Acta]].'' Band 1819, Nummer 7, Juli 2012, S. 763–770, {{DOI|10.1016/j.bbagrm.2012.02.014}}, PMID 22387149, {{PMC|3371161}}.</ref><ref name="Scarano_etal1967">E. Scarano, M. Iaccarino, P. Grippo, E. Parisi: ''The heterogeneity of thymine methyl group origin in DNA pyrimidine isostichs of developing sea urchin embryos.'' In: ''[[Proceedings of the National Academy of Sciences]].'' Band 57, Nummer 5, Mai 1967, S. 1394–1400, PMID 5231746, {{PMC|224485}}.</ref><ref name="Jabbari_Bernardi_2004">K. Jabbari, G. Bernardi: ''Cytosine methylation and CpG, TpG (CpA) and TpA frequencies.'' In: ''Gene.'' Band 333, Mai 2004, S. 143–149, {{DOI|10.1016/j.gene.2004.02.043}}, PMID 15177689.</ref><ref name="Zhao_Han_2009">Z. Zhao, L. Han: ''CpG islands: algorithms and applications in methylation studies.'' In: ''Biochemical and biophysical research communications.'' Band 382, Nummer 4, Mai 2009, S. 643–645, {{DOI|10.1016/j.bbrc.2009.03.076}}, PMID 19302978, {{PMC|2679166}}.</ref>
Die [[DNA-Methylierung]] führt vom Cytosin zum [[5-Methylcytosin]] (Guanosin wird nicht methyliert). Der Methylierungsgrad von CpG-Stellen, insbesondere in den CpG-Inseln, beeinflusst die [[Genregulation]] und andere [[Epigenetik|epigenetische]] Eigenschaften.<ref Name="Deaton_Bird_2011">A. M. Deaton, A. Bird: ''CpG islands and the regulation of transcription.'' In: ''Genes & development.'' Band 25, Nummer 10, Mai 2011, S. 1010–1022, {{DOI|10.1101/gad.2037511}}, PMID 21576262, {{PMC|3093116}}.</ref><ref name="Law_Jacobsen_2010">J. A. Law, S. E. Jacobsen: ''Establishing, maintaining and modifying DNA methylation patterns in plants and animals.'' In: ''[[Nature Reviews Genetics]].'' Band 11, Nummer 3, März 2010, S. 204–220, {{DOI|10.1038/nrg2719}}, PMID 20142834, {{PMC|3034103}}.</ref>
Die Methylierung von CpG-Stellen spielt für die Krebsforschung bzw. -behandlung eine entscheidende Rolle, da sie in Tumoren häufig gestört ist.<ref name="Sproul_Meehan_2013">D. Sproul, R. R. Meehan: ''Genomic insights into cancer-associated aberrant CpG island hypermethylation.'' In: ''Briefings in functional genomics.'' Band 12, Nummer 3, Mai 2013, S. 174–190, {{DOI|10.1093/bfgp/els063}}, PMID 23341493, {{PMC|3662888}}.</ref>

Die niedrige statistische Häufigkeit von CG-Sequenzen liegt an der [[CG-Suppression]].

== Methyl-CpG-bindende Proteine ==
''Methyl-CpG-binding domain protein 1'' (''Mbd1'') bindet an methylierte CpG-Dinukleotide,<ref>L. Li, B. F. Chen, W. Y. Chan: ''An epigenetic regulator: methyl-CpG-binding domain protein 1 (MBD1).'' In: ''International journal of molecular sciences.'' Band 16, Nummer 3, 2015, S. 5125–5140, {{DOI|10.3390/ijms16035125}}, PMID 25751725, {{PMC|4394467}}.</ref> ebenso ''Kaiso'', die ''Kaiso-like proteins'' und ''SRA domain proteins''.<ref>P. A. Defossez, I. Stancheva: ''Biological functions of methyl-CpG-binding proteins.'' In: ''Progress in molecular biology and translational science.'' Band 101, 2011, S. 377–398, {{DOI|10.1016/B978-0-12-387685-0.00012-3}}, PMID 21507359.</ref>

== Therapeutische Anwendungen ==
=== Adjuvante Wirkung bei Impfstoffen ===
Bei [[Bakterien]] haben CpG-Stellen häufig nicht die gleiche Verteilung, Methylierung und Bedeutung wie beim [[Mensch]]en. Diese Unterschiede fremder DNA werden von der [[angeborene Immunabwehr|angeborenen Immunabwehr]] des Menschen (und der anderer [[Wirbeltier]]e) erkannt und manche Immunzellen werden aktiviert. Die entscheidende Rolle hierbei spielt der intrazelluläre [[Pattern-Recognition Receptor]] [[Toll-like Receptor|TLR-9]].<ref>Z. G. Ramirez-Ortiz, C. A. Specht, J. P. Wang, C. K. Lee, D. C. Bartholomeu, R. T. Gazzinelli, S. M. Levitz: ''Toll-like receptor 9-dependent immune activation by unmethylated CpG motifs in Aspergillus fumigatus DNA.'' In: ''Infection and immunity.'' Band 76, Nummer 5, Mai 2008, S. 2123–2129, {{DOI|10.1128/IAI.00047-08}}, PMID 18332208, {{PMC|2346696}}.</ref>
Diese Eigenschaft der unmethylierten CpG-Motive lässt sich ausnutzen, um eine [[Adjuvans|adjuvante]] Wirkung im Organismus zu erzielen. Es werden synthetisch hergestellte, [[nuklease]]stabile [[CpG-Oligonukleotid]]e als Hilfsstoff ([[Adjuvans]]) in klinischen Studien bei der [[Therapie]] von [[Krebs (Medizin)|Tumorerkrankungen]] (darunter [[Krebsimpfstoff]]e),<ref>H. Shirota, D. Tross, D. M. Klinman: ''CpG Oligonucleotides as Cancer Vaccine Adjuvants.'' In: ''Vaccines.'' Band 3, Nummer 2, 2015, S. 390–407, {{DOI|10.3390/vaccines3020390}}, PMID 26343193, {{PMC|4494345}}.</ref> [[Infektion]]serkrankungen und Allergien getestet. Die Stabilität gegen Nukleasen wird durch eine [[Thiophosphorsäure|Phosphorothioat-Modifikation]] erreicht, bei der ein Sauerstoffatom des Phosphatrestes durch ein Schwefelatom ersetzt wird.<ref>S. Rotenfußer u. a.: [https://www.aerzteblatt.de/pdf/98/15/a981.pdf ''CpG-Oligonukleotide: Immuntherapie nach dem Muster bakterieller DNA.''] In: ''Deutsches Ärzteblatt'' 98, 2001, S. A981-A985.</ref>

=== Gentherapie ===
Bei bakteriellen [[Plasmid]]en zur [[Gentherapie]] werden teilweise die CpG-Dinukleotide entfernt, um einen vorzeitigen Abbau des Plasmids zu vermeiden.<ref>Y. Takahashi, M. Nishikawa, Y. Takakura: ''Development of safe and effective nonviral gene therapy by eliminating CpG motifs from plasmid DNA vector.'' In: ''Frontiers in bioscience (Scholar edition).'' Band 4, 2012, S. 133–141, PMID 22202048.</ref>

== Einzelnachweise ==
<references/>

{{SORTIERUNG:Cpgdinukleotid}}
[[Kategorie:Genetik]]
[[Kategorie:Nukleinsäure]]
[[Kategorie:Immunologie]]

CpG-Dinukleotid - Versionsgeschichte

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