يمكن لنتائج تقنية cryo-EM الجديدة أن تحدث ثورة في تصميم العلاج المناعي للخلايا التائية

يمكن لنتائج تقنية cryo-EM الجديدة أن تحدث ثورة في تصميم العلاج المناعي للخلايا التائية

أحد أكثر التطورات إثارة في علاج السرطان في العقد الماضي هو تطوير العلاجات المناعية للخلايا التائية، والتي تعمل على تدريب جهاز المناعة لدى المريض على التعرف على الخلايا الخطرة ومهاجمتها. لكن الباحثين لم يتمكنوا حتى الآن من الحصول على فهم شامل لكيفية عملهم فعليا. وقد شكل هذا قيدًا كبيرًا لأنه على الرغم من أن العلاجات المناعية بالخلايا التائية فعالة للغاية في بعض أنواع السرطان، إلا أنها غير فعالة في معظمها - وأسباب ذلك غير واضحة. أنت تفهمإجراءيمكن أن يفيد مجموعة أكبر بكثير من مرضى السرطان.

كشف الباحثون في جامعة روكفلر الآن عن تفاصيل أساسية حول مستقبل الخلايا التائية (TCR)، الموجود في غشاء الخلية وهو ضروري لعلاجات الخلايا التائية. وباستخدام تقنية cryo-EM لتصوير البروتين في بيئة كيميائية حيوية تحاكي بيئته الطبيعية، اكتشف الباحثون في مختبر الفحص المجهري الإلكتروني الجزيئي أن المستقبل عبارة عن نوع من حقيبة الإمساك التي تنفتح عندما يتم تقديمها مع مستضد أو جسيم مشبوه مماثل. يتناقض هذا الاكتشاف مع جميع دراسات الـ cryo-EM السابقة للمجمع.

اكتشاف الرواية، نشرت فيالتواصل مع الطبيعةلديه القدرة على تحسين وتوسيع علاجات الخلايا التائية.

"هذا الفهم الأساسي الجديد لكيفية عمل نظام الإشارات يمكن أن يساعد في إعادة تصميم الجيل القادم من العلاجات"، كما يقول المؤلف الرئيسي ريان نوتي، المدرب السريري في مختبر والز وأستاذ مشارك خاص في قسم الطب في مركز ميموريال سلون كيترينج للسرطان، حيث يعالج المرضى الذين يعانون من الأورام اللحمية، أو السرطانات التي تنشأ في الأنسجة الرخوة أو العظام.

"إن مستقبل الخلايا التائية هو في الواقع أساس جميع العلاجات المناعية للأورام تقريبًا، لذلك من اللافت للنظر أننا نستخدم النظام ولكن ليس لدينا أي فكرة عن كيفية عمله فعليًا - وهنا يأتي دور العلوم الأساسية"، كما يقول فالز، الخبير العالمي في التصوير بالتجميد الكهرومغناطيسي. "هذا أحد أهم الأعمال التي خرجت من مختبري على الإطلاق."

تنشيط الخلايا التائية

يتخصص مختبر فالز في تصوير المجمعات الجزيئية الكبيرة، وخاصة بروتينات غشاء الخلية، التي تتوسط التفاعلات بين داخل الخلية وخارجها. TCR هو أحد هذه المجمعات. يسمح هذا الهيكل المعقد متعدد البروتينات للخلايا التائية بالتعرف على المستضدات التي تقدمها مجمعات مستضد الكريات البيض البشرية (HLA) للخلايا الأخرى والاستجابة لها. استفادت علاجات الخلايا التائية من رد الفعل هذا لإشراك الجهاز المناعي للمريض في مكافحة السرطان.

ولكن على الرغم من أن مكونات TCR معروفة منذ عقود، إلا أن الخطوات الأولى لتفعيلها ظلت غير معروفة. كطبيب وعالم، شعر نوتي بالإحباط بسبب هذه الفجوة في المعرفة: فالكثير من مرضى الساركوما لم يجنوا فوائد العلاج المناعي بالخلايا التائية، وأراد أن يفهم السبب.

تحديد هذا من شأنه أن يساعدنا على فهم كيفية وصول المعلومات من خارج الخلية، حيث يتم تقديم هذه المستضدات بواسطة HLAs، إلى داخل الخلية، حيث يتم تشغيل الإشارة على الخلية التائية.

ريان نوتي، جامعة روكفلر

نوتي، الذي حصل على درجة الدكتوراه. حصل على درجة الدكتوراه في علم الأحياء الدقيقة البنيوية من جامعة روكفلر قبل أن يحول تركيزه إلى علم الأورام واقترح أن يقوم فالز بالتحقيق في الأمر.

من الأغشية المصممة خصيصًا إلى العلاجات المناعية واللقاحات المحسنة

تتخصص مجموعة فالز في تطوير بيئات غشائية مخصصة تهدف إلى محاكاة البيئة الطبيعية لبروتينات غشائية معينة. يقول والز: "يمكننا تغيير التركيب الكيميائي الحيوي، وسمك الغشاء، والتوتر والانحناء، والحجم - وجميع أنواع المعلمات التي نعرفها لها تأثير على البروتين المدمج".

بالنسبة للدراسة، أراد الباحثون خلق بيئة أصلية لـ TCR ومراقبة كيفية تصرفه. وللقيام بذلك، قاموا بوضع المستقبل في قرص نانوي، وهو قطعة صغيرة من الغشاء على شكل قرص يتم الاحتفاظ بها في محلول بواسطة بروتين سقالة يلتف حول حافة القرص. لم تكن مهمة سهلة. يقول نوتي: "لقد كان دمج هذه البروتينات الثمانية بشكل صحيح في القرص النانوي تحديًا".

تم تنفيذ جميع الأعمال الهيكلية على TCR حتى الآن باستخدام المنظفات، والتي تميل إلى فصل الغشاء عن البروتين. وكانت هذه أول دراسة تعيد دمج المركب في الغشاء، كما يشير فالز.

ثم بدأوا بعد ذلك التصوير بالتبريد. أظهرت هذه الصور أن مستقبل الخلية التائية كان له شكل مغلق ومضغوط عند الراحة. وبمجرد تنشيطه بواسطة جزيء مقدم للمستضد، ينفتح ويمتد، كما لو كان ينشر ذراعيه على نطاق واسع.

وكانت تلك مفاجأة عميقة. يوضح نوتي: "أظهرت البيانات المتوفرة في بداية هذا البحث أن هذا المجمع كان مفتوحًا ومتوسعًا في حالة الراحة". "على حد علم أي شخص، فإن مستقبل الخلايا التائية لم يخضع لأي تغييرات تكوينية عندما ارتبط بهذه المستضدات. ولكننا وجدنا أنها انفتحت بالفعل، وانفتحت مثل نوع من الخدعة".

ويشك الباحثون في أن الجمع بين طريقتين رئيسيتين مكنهم من تحقيق وجهة نظرهم الجديدة. أولاً، قاموا بتجميع كوكتيل الدهون الغشائي المناسب لإعادة إنتاج TCRsفي الجسم الحيبيئة. وثانيًا، أعادوا المستقبل إلى بيئة الغشاء باستخدام أقراص نانوية قبل تحليل cryo-EM. ووجدوا أن الغشاء السليم هو المفتاح لأنه يحافظ على TCR في مكانه حتى يتم تنشيطه. من خلال إزالة الغشاء باستخدام عامل تنظيف، تسببت الدراسات السابقة في إطلاق مزلاج الرافعة عن طريق الخطأ، مما أدى إلى فتحه قبل الأوان.

يقول فالز: "كان من المهم أن نستخدم خليطًا دهنيًا مشابهًا لذلك الموجود في غشاء الخلية التائية الأصلي". "إذا استخدمنا نموذجًا للدهون فقط، فلن نتمكن من رؤية حالة الراحة المغلقة هذه أيضًا."

الباحثون متحمسون بشأن إمكانات النتائج التي توصلوا إليها لتحسين العلاجات القائمة على مستقبلات الخلايا التائية. يقول نوتي: "إن إعادة تصميم الجيل القادم من العلاجات المناعية يمثل أولوية من حيث الاحتياجات السريرية غير الملباة". "على سبيل المثال، يتم استخدام علاجات الخلايا التائية بالتبني بنجاح لعلاج بعض الأورام اللحمية النادرة جدًا. لذلك يمكن للمرء أن يتخيل استخدام النتائج التي توصلنا إليها لإعادة تصميم حساسية هذه المستقبلات عن طريق ضبط عتبة التنشيط الخاصة بها."

ويضيف والز: "يمكن استخدام هذه المعلومات أيضًا لتطوير اللقاحات". "يمكن للأشخاص في هذا المجال الآن استخدام بنياتنا لرؤية تفاصيل دقيقة حول التفاعلات بين المستضدات المختلفة التي تقدمها مستقبلات HLA والخلايا التائية. يمكن أن يكون لأنماط التفاعل المختلفة هذه آثار على كيفية عمل المستقبل - وطرق تحسينه."

مصادر: