Τα νέα ευρήματα κρυο-ΕΜ θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στον σχεδιασμό της ανοσοθεραπείας των Τ κυττάρων

Τα νέα ευρήματα κρυο-ΕΜ θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στον σχεδιασμό της ανοσοθεραπείας των Τ κυττάρων

Μία από τις πιο συναρπαστικές εξελίξεις στη θεραπεία του καρκίνου την τελευταία δεκαετία είναι η ανάπτυξη ανοσοθεραπειών με Τ-κύτταρα, οι οποίες εκπαιδεύουν το ανοσοποιητικό σύστημα του ίδιου του ασθενούς να αναγνωρίζει και να επιτίθεται σε επικίνδυνα κύτταρα. Αλλά οι ερευνητές δεν έχουν καταφέρει μέχρι στιγμής να αποκτήσουν μια ολοκληρωμένη κατανόηση του πώς λειτουργούν πραγματικά. Αυτό παρουσίασε έναν σημαντικό περιορισμό, διότι ενώ οι ανοσοθεραπείες με Τ-κύτταρα είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικές σε ορισμένους καρκίνους, είναι αναποτελεσματικές στους περισσότερους από αυτούς – και οι λόγοι για αυτό είναι ασαφείς. ΚαταλαβαίνειςΔιαδικασίαθα μπορούσε να ωφελήσει μια πολύ μεγαλύτερη ομάδα ασθενών με καρκίνο.

Τώρα οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Ροκφέλερ αποκάλυψαν βασικές λεπτομέρειες σχετικά με τον υποδοχέα των Τ-κυττάρων (TCR), ο οποίος είναι ενσωματωμένος στην κυτταρική μεμβράνη και είναι απαραίτητος για τις θεραπείες των Τ-κυττάρων. Χρησιμοποιώντας το cryo-EM για την απεικόνιση της πρωτεΐνης σε ένα βιοχημικό περιβάλλον που αναπαράγει το φυσικό της περιβάλλον, ερευνητές στο Laboratory of Molecular Electron Microscopy ανακάλυψαν ότι ο υποδοχέας είναι ένα είδος σάκου αρπαγής που ανοίγει όταν παρουσιάζεται με αντιγόνο ή παρόμοια ύποπτα σωματίδια. Αυτή η ανακάλυψη έρχεται σε αντίθεση με όλες τις προηγούμενες μελέτες κρυο-EM του συμπλέγματος.

Το μυθιστόρημα εύρημα, που δημοσιεύτηκε στοΕπικοινωνία με τη φύσηέχει τη δυνατότητα να βελτιώσει και να επεκτείνει τις θεραπείες των Τ κυττάρων.

«Αυτή η νέα, θεμελιώδης κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του συστήματος σηματοδότησης μπορεί να βοηθήσει στον επανασχεδιασμό της επόμενης γενιάς θεραπειών», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Ryan Notti, κλινικός εκπαιδευτής στο εργαστήριο Walz και ειδικός αναπληρωτής καθηγητής στο τμήμα ιατρικής στο Memorial Sloan Kettering Cancer Center, όπου θεραπεύει ασθενείς με σαρκώματα ή καρκίνους που εμφανίζονται στους μαλακούς ιστούς ή στα οστά.

"Ο υποδοχέας των Τ-κυττάρων είναι στην πραγματικότητα η βάση σχεδόν όλων των ογκολογικών ανοσοθεραπειών, επομένως είναι αξιοσημείωτο το ότι χρησιμοποιούμε το σύστημα αλλά δεν έχουμε ιδέα πώς λειτουργεί στην πραγματικότητα - και εκεί έρχεται η βασική επιστήμη", λέει ο Walz, παγκόσμιος ειδικός στην κρυο-EM απεικόνιση. «Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά έργα που έχουν βγει ποτέ από το εργαστήριό μου».

Ενεργοποίηση Τ κυττάρων

Το εργαστήριο του Walz ειδικεύεται στην απεικόνιση μακρομοριακών συμπλεγμάτων, ιδιαίτερα πρωτεϊνών κυτταρικής μεμβράνης, που μεσολαβούν στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Το TCR είναι ένα τέτοιο σύμπλεγμα. Αυτή η πολύπλοκη πολυπρωτεϊνική δομή επιτρέπει στα Τ κύτταρα να αναγνωρίζουν και να ανταποκρίνονται σε αντιγόνα που παρουσιάζονται από σύμπλοκα ανθρώπινων λευκοκυττάρων αντιγόνων (HLA) άλλων κυττάρων. Οι θεραπείες με κύτταρα Τ έχουν εκμεταλλευτεί αυτή την αντίδραση για να εμπλέξουν το ανοσοποιητικό σύστημα του ίδιου του ασθενούς στη μάχη κατά του καρκίνου.

Όμως, ενώ τα συστατικά του TCR είναι γνωστά εδώ και δεκαετίες, τα πρώτα βήματα στην ενεργοποίησή του έχουν παραμείνει άγνωστα. Ως γιατρός και επιστήμονας, ο Notti ήταν απογοητευμένος από αυτό το κενό στη γνώση: Πολλοί από τους ασθενείς του με σάρκωμα δεν καρπώθηκαν τα οφέλη των ανοσοθεραπειών με Τ-κύτταρα και ήθελε να καταλάβει γιατί.

Ο προσδιορισμός αυτού θα μας βοηθούσε να κατανοήσουμε πώς οι πληροφορίες από το εξωτερικό του κυττάρου, όπου αυτά τα αντιγόνα παρουσιάζονται από τα HLA, φτάνουν στο εσωτερικό του κυττάρου, όπου η σηματοδότηση ενεργοποιεί το Τ κύτταρο».

Ryan Notti, Πανεπιστήμιο Rockefeller

Notti, ο οποίος έλαβε το διδακτορικό του. Κέρδισε το διδακτορικό του στη δομική μικροβιολογία από τον Ροκφέλερ πριν μετατοπίσει την εστίασή του στην ογκολογία και πρότεινε στον Walz να το ερευνήσει.

Από προσαρμοσμένες μεμβράνες έως βελτιωμένες ανοσοθεραπείες και εμβόλια

Η ομάδα Walz ειδικεύεται στην ανάπτυξη προσαρμοσμένων περιβαλλόντων μεμβράνης που στοχεύουν στη μίμηση του φυσικού περιβάλλοντος ορισμένων μεμβρανικών πρωτεϊνών. «Μπορούμε να αλλάξουμε τη βιοχημική σύνθεση, το πάχος της μεμβράνης, την τάση και την καμπυλότητα, το μέγεθος – όλα τα είδη των παραμέτρων που γνωρίζουμε ότι επηρεάζουν την ενσωματωμένη πρωτεΐνη», λέει ο Walz.

Για τη μελέτη, οι ερευνητές ήθελαν να δημιουργήσουν ένα φυσικό περιβάλλον για το TCR και να παρατηρήσουν πώς συμπεριφέρεται. Για να γίνει αυτό, τοποθετούν τον υποδοχέα σε έναν νανοδίσκο, ένα μικρό κομμάτι μεμβράνης σε σχήμα δίσκου που συγκρατείται σε διάλυμα από μια πρωτεΐνη σκαλωσιάς που τυλίγεται γύρω από την άκρη του δίσκου. Δεν ήταν εύκολο έργο. «Ήταν μια πρόκληση να ενσωματωθούν σωστά και οι οκτώ από αυτές τις πρωτεΐνες στον νανοδίσκο», λέει ο Notti.

Όλες οι δομικές εργασίες στο TCR μέχρι σήμερα έχουν γίνει σε απορρυπαντικό, το οποίο τείνει να αποσπάσει τη μεμβράνη από την πρωτεΐνη. Αυτή ήταν η πρώτη μελέτη που επανενσωμάτωσε το σύμπλεγμα σε μια μεμβράνη, σημειώνει ο Walz.

Στη συνέχεια ξεκίνησαν την κρυο-EM απεικόνιση. Αυτές οι εικόνες έδειξαν ότι ο υποδοχέας των Τ κυττάρων είχε ένα κλειστό, συμπαγές σχήμα όταν ηρεμούσε. Μόλις ενεργοποιηθεί από ένα αντιγονοπαρουσιαστικό μόριο, άνοιξε και τεντώθηκε, σαν να άπλωνε διάπλατα τα χέρια του.

Ήταν μια βαθιά έκπληξη. «Τα διαθέσιμα δεδομένα στην αρχή αυτής της έρευνας έδειξαν ότι αυτό το συγκρότημα ήταν ανοιχτό και επεκτάθηκε σε κατάσταση ηρεμίας», εξηγεί ο Notti. "Από όσο κάποιος γνώριζε, ο υποδοχέας των Τ-κυττάρων δεν υπέστη καμία διαμορφωτική αλλαγή όταν δεσμεύτηκε με αυτά τα αντιγόνα. Αλλά διαπιστώσαμε ότι άνοιξε, ανοίγοντας σαν κάποιου είδους jack-in-the-box."

Οι ερευνητές υποψιάζονται ότι ο συνδυασμός δύο βασικών μεθόδων επέτρεψε τη νέα τους προοπτική. Πρώτον, συναρμολόγησαν το σωστό κοκτέιλ λιπιδίων μεμβράνης για να αναπαράγουν τα TCRin vivoΠεριβάλλο. Και δεύτερον, επέστρεψαν τον υποδοχέα σε αυτό το περιβάλλον μεμβράνης χρησιμοποιώντας νανοδίσκους πριν από την ανάλυση κρυο-ΕΜ. Βρήκαν ότι μια άθικτη μεμβράνη είναι το κλειδί επειδή κρατά το TCR στη θέση του μέχρι να ενεργοποιηθεί. Αφαιρώντας τη μεμβράνη με ένα καθαριστικό, προηγούμενες μελέτες είχαν απελευθερώσει κατά λάθος το μάνδαλο του jack-in-the-box, με αποτέλεσμα να ανοίξει πρόωρα.

«Ήταν σημαντικό ότι χρησιμοποιήσαμε ένα μείγμα λιπιδίων που ήταν παρόμοιο με αυτό της φυσικής μεμβράνης των κυττάρων Τ», λέει ο Walz. «Αν είχαμε χρησιμοποιήσει μόνο ένα μοντέλο λιπιδίου, δεν θα είχαμε δει ούτε αυτή την κλειστή κατάσταση ηρεμίας».

Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι με τις δυνατότητες των ευρημάτων τους για βελτιστοποίηση θεραπειών που βασίζονται σε υποδοχείς Τ κυττάρων. «Ο επανασχεδιασμός της επόμενης γενιάς ανοσοθεραπειών αποτελεί προτεραιότητα όσον αφορά τις ανεκπλήρωτες κλινικές ανάγκες», λέει ο Notti. "Για παράδειγμα, οι θετικές θεραπείες Τ-λεμφοκυττάρων χρησιμοποιούνται με επιτυχία για τη θεραπεία ορισμένων πολύ σπάνιων σαρκωμάτων. Έτσι θα μπορούσε κανείς να φανταστεί τη χρήση των ευρημάτων μας για να επανασχεδιάσει την ευαισθησία αυτών των υποδοχέων προσαρμόζοντας το κατώφλι ενεργοποίησής τους."

«Αυτές οι πληροφορίες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη εμβολίων», προσθέτει ο Walz. "Οι άνθρωποι σε αυτό το πεδίο μπορούν τώρα να χρησιμοποιήσουν τις δομές μας για να δουν εκλεπτυσμένες λεπτομέρειες σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών αντιγόνων που παρουσιάζονται από υποδοχείς HLA και Τ κυττάρων. Αυτοί οι διαφορετικοί τρόποι αλληλεπίδρασης θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στον τρόπο λειτουργίας του υποδοχέα - και τρόπους βελτιστοποίησής του."

Πηγές: