Нови открития на крио-ЕМ могат да революционизират дизайна на Т-клетъчната имунотерапия

Нови открития на крио-ЕМ могат да революционизират дизайна на Т-клетъчната имунотерапия

Един от най-вълнуващите постижения в лечението на рака през последното десетилетие е разработването на Т-клетъчни имунотерапии, които обучават собствената имунна система на пациента да разпознава и атакува опасни клетки. Но изследователите досега не са успели да получат цялостно разбиране за това как всъщност работят. Това представлява значително ограничение, тъй като докато Т-клетъчните имунотерапии са много ефективни при определени видове рак, те са неефективни при повечето от тях - и причините за това са неясни. Вие разбиратеПроцедураможе да е от полза за много по-голяма група пациенти с рак.

Сега изследователи от университета Рокфелер разкриха ключови подробности за Т-клетъчния рецептор (TCR), който е вграден в клетъчната мембрана и е от съществено значение за Т-клетъчните терапии. Използвайки cryo-EM за изобразяване на протеина в биохимична среда, която възпроизвежда естествената му среда, изследователи от Лабораторията по молекулярна електронна микроскопия са открили, че рецепторът е нещо като торбичка, която се отваря, когато се представи с антиген или подобна подозрителна частица. Това откритие противоречи на всички предишни крио-ЕМ изследвания на комплекса.

Новата находка, публикувана презОбщуване с природатаима потенциала да усъвършенства и разшири Т клетъчните терапии.

„Това ново, фундаментално разбиране за това как работи сигналната система може да помогне за препроектирането на следващото поколение лечения“, казва водещият автор Райън Ноти, клиничен инструктор в лабораторията на Walz и специален доцент в катедрата по медицина в Memorial Sloan Kettering Cancer Center, където лекува пациенти със саркоми или ракови заболявания, които възникват в меките тъкани или костите.

„Т-клетъчният рецептор всъщност е в основата на почти всички онкологични имунотерапии, така че е забележително, че ние използваме системата, но нямаме представа как всъщност работи – и тук идва основната наука“, казва Уолц, световен експерт по крио-ЕМ изображения. „Това е една от най-важните произведения, които някога са излизали от моята лаборатория.“

Активиране на Т клетки

Лабораторията на Walz е специализирана във визуализацията на макромолекулни комплекси, особено протеини на клетъчната мембрана, които медиират взаимодействията между вътрешната и външната част на клетката. TCR е един такъв комплекс. Тази сложна мултипротеинова структура позволява на Т клетките да разпознават и реагират на антигени, представени от човешки левкоцитен антиген (HLA) комплекси на други клетки. Т-клетъчните терапии са се възползвали от тази реакция, за да включат собствената имунна система на пациента в борбата срещу рака.

Но докато компонентите на TCR са известни от десетилетия, най-ранните стъпки в неговото активиране остават неизвестни. Като лекар и учен, Ноти беше разочарован от тази празнина в знанията: много от неговите пациенти със саркома не се възползваха от предимствата на Т-клетъчните имунотерапии и той искаше да разбере защо.

Определянето на това би ни помогнало да разберем как информацията извън клетката, където тези антигени се представят от HLA, стига до вътрешността на клетката, където сигнализирането включва Т-клетката.

Райън Ноти, Университет Рокфелер

Ноти, който получи докторска степен. Той получава докторска степен по структурна микробиология от Рокфелер, преди да пренасочи фокуса си към онкологията и предлага на Уолц да я изследва.

От персонализирани мембрани до подобрени имунотерапии и ваксини

Групата на Walz е специализирана в разработването на персонализирани мембранни среди, които имат за цел да имитират естествената среда на определени мембранни протеини. „Можем да променим биохимичния състав, дебелината на мембраната, напрежението и извивката, размера – всякакви параметри, за които знаем, че имат влияние върху вградения протеин“, казва Уолц.

За проучването изследователите искаха да създадат естествена среда за TCR и да наблюдават как се държи. За да направят това, те поставят рецептора в нанодиск, малко дискообразно парче мембрана, което се държи в разтвор от протеин на скеле, който се увива около ръба на диска. Това не беше лесна задача; „Беше предизвикателство правилното интегриране на всичките осем от тези протеини в нанодиска“, казва Ноти.

Цялата структурна работа по TCR до момента е извършена с детергент, който има тенденция да отделя мембраната от протеина. Това беше първото проучване за реинкорпориране на комплекса в мембрана, отбелязва Walz.

След това започнаха крио-ЕМ изображения. Тези изображения показват, че Т-клетъчният рецептор има затворена, компактна форма, когато е в покой. Веднъж активиран от антиген-представяща молекула, той се отваря и се разтяга, сякаш разперва широко ръце.

Това беше дълбока изненада. „Наличните данни в началото на това изследване показаха, че този комплекс е бил отворен и разширен в състояние на покой“, обяснява Ноти. „Доколкото някой знае, Т-клетъчният рецептор не е претърпял никакви конформационни промени, когато се е свързал с тези антигени. Но ние открихме, че той се отваря, отваря се като някакъв вид жак в кутията.“

Изследователите подозират, че комбинацията от два ключови метода е позволила тяхната нова перспектива. Първо, те събраха правилния мембранен липиден коктейл, за да възпроизведат TCRin vivoОколна среда. И второ, те върнаха рецептора в тази мембранна среда, използвайки нанодискове преди крио-ЕМ анализ. Те откриха, че непокътнатата мембрана е ключова, защото държи TCR на място, докато се активира. Чрез премахване на мембраната с почистващ препарат предишни проучвания случайно са освободили ключалката на жак-в-кутията, карайки я да се отвори преждевременно.

„Беше важно да използваме липидна смес, която е подобна на тази на нативната Т-клетъчна мембрана“, казва Валц. „Ако бяхме използвали само модел на липиди, нямаше да видим и това затворено състояние на покой.“

Изследователите са развълнувани от потенциала на своите открития за оптимизиране на терапии, базирани на Т-клетъчни рецептори. „Препроектирането на следващото поколение имунотерапии е приоритет по отношение на незадоволените клинични нужди“, казва Ноти. "Например, адаптивните Т клетъчни терапии се използват успешно за лечение на някои много редки саркоми. Така че може да си представим използването на нашите открития за препроектиране на чувствителността на тези рецептори чрез коригиране на техния праг на активиране."

„Тази информация може да се използва и за разработване на ваксина“, добавя Walz. "Хората в тази област вече могат да използват нашите структури, за да видят усъвършенствани подробности за взаимодействията между различни антигени, представени от HLA и Т-клетъчните рецептори. Тези различни начини на взаимодействие могат да имат последици за това как работи рецепторът - и начините за оптимизирането му."

източници: