Los nuevos hallazgos de crio-EM podrían revolucionar el diseño de la inmunoterapia con células T

Los nuevos hallazgos de crio-EM podrían revolucionar el diseño de la inmunoterapia con células T

Uno de los avances más interesantes en el tratamiento del cáncer en la última década es el desarrollo de inmunoterapias con células T, que entrenan al propio sistema inmunológico del paciente para reconocer y atacar células peligrosas. Pero hasta ahora los investigadores no han podido lograr una comprensión completa de cómo funcionan realmente. Esto presentó una limitación significativa porque, si bien las inmunoterapias con células T son muy efectivas en ciertos cánceres, son ineficaces en la mayoría de ellos, y las razones de esto no están claras. Tú entiendesProcedimientopodría beneficiar a un grupo mucho más grande de pacientes con cáncer.

Ahora, investigadores de la Universidad Rockefeller han revelado detalles clave sobre el receptor de células T (TCR), que está incrustado en la membrana celular y es esencial para las terapias con células T. Utilizando crio-EM para obtener imágenes de la proteína en un entorno bioquímico que replica su entorno natural, los investigadores del Laboratorio de Microscopía Electrónica Molecular han descubierto que el receptor es una especie de bolsa de sorpresas que se abre cuando se le presenta un antígeno o una partícula similarmente sospechosa. Este descubrimiento contradice todos los estudios crio-EM previos del complejo.

El nuevo hallazgo, publicado encomunicación de la naturalezatiene el potencial de perfeccionar y ampliar las terapias con células T.

"Esta comprensión nueva y fundamental de cómo funciona el sistema de señalización puede ayudar a rediseñar la próxima generación de tratamientos", dice el autor principal Ryan Notti, instructor clínico en el laboratorio de Walz y profesor asociado especial en el departamento de medicina del Memorial Sloan Kettering Cancer Center, donde trata a pacientes con sarcomas o cánceres que surgen en tejidos blandos o huesos.

"El receptor de células T es en realidad la base de prácticamente todas las inmunoterapias oncológicas, por lo que es sorprendente que utilicemos el sistema pero no tengamos idea de cómo funciona realmente, y ahí es donde entra la ciencia básica", dice Walz, un experto mundial en imágenes crio-EM. "Este es uno de los trabajos más importantes que jamás haya salido de mi laboratorio".

Activación de células T.

El laboratorio de Walz se especializa en la visualización de complejos macromoleculares, en particular proteínas de la membrana celular, que median las interacciones entre el interior y el exterior de la célula. El TCR es uno de esos complejos. Esta complicada estructura multiproteica permite a las células T reconocer y responder a los antígenos presentados por complejos de antígeno leucocitario humano (HLA) de otras células. Las terapias con células T han aprovechado esta reacción para involucrar al propio sistema inmunológico del paciente en la lucha contra el cáncer.

Pero si bien los componentes del TCR se conocen desde hace décadas, los primeros pasos en su activación siguen siendo desconocidos. Como médico y científico, Notti se sentía frustrado por esta laguna de conocimiento: muchos de sus pacientes con sarcoma no estaban aprovechando los beneficios de las inmunoterapias con células T y quería entender por qué.

Determinar esto nos ayudaría a comprender cómo la información del exterior de la célula, donde los HLA presentan estos antígenos, llega al interior de la célula, donde la señalización activa las células T”.

Ryan Notti, Universidad Rockefeller

Notti, quien recibió su Ph.D. Obtuvo su doctorado en microbiología estructural de Rockefeller antes de centrarse en la oncología y sugirió que Walz la investigara.

Desde membranas personalizadas hasta inmunoterapias y vacunas mejoradas

El grupo de Walz se especializa en el desarrollo de entornos de membrana personalizados que tienen como objetivo imitar el entorno natural de ciertas proteínas de membrana. "Podemos cambiar la composición bioquímica, el grosor de la membrana, la tensión y la curvatura, el tamaño, todo tipo de parámetros que sabemos que influyen en la proteína incrustada", dice Walz.

Para el estudio, los investigadores querían crear un entorno nativo para el TCR y observar cómo se comporta. Para hacer esto, colocan el receptor en un nanodisco, un pequeño trozo de membrana en forma de disco que se mantiene en solución mediante una proteína de andamio que envuelve el borde del disco. No fue una tarea fácil; "Fue un desafío integrar adecuadamente estas ocho proteínas en el nanodisco", dice Notti.

Todo el trabajo estructural del TCR hasta la fecha se ha realizado con detergente, que tiende a separar la membrana de la proteína. Éste fue el primer estudio que reincorporó el complejo a una membrana, señala Walz.

Luego comenzaron a obtener imágenes crio-EM. Estas imágenes mostraron que el receptor de células T tenía una forma cerrada y compacta en reposo. Una vez activado por una molécula presentadora de antígeno, se abrió y se estiró, como si extendiera los brazos.

Esa fue una profunda sorpresa. "Los datos disponibles al inicio de esta investigación mostraban que este complejo estaba abierto y expandido en su estado de reposo", explica Notti. "Hasta donde todos sabían, el receptor de células T no sufrió ningún cambio conformacional cuando se unió a estos antígenos. Pero descubrimos que se abrió, se abrió como una especie de caja sorpresa".

Los investigadores sospechan que la combinación de dos métodos clave permitió obtener una nueva perspectiva. Primero, reunieron el cóctel de lípidos de membrana adecuado para reproducir los TCR.en vivoAmbiente. Y en segundo lugar, devolvieron el receptor a este entorno de membrana utilizando nanodiscos antes del análisis crio-EM. Descubrieron que una membrana intacta es clave porque mantiene el TCR en su lugar hasta que se activa. Al quitar la membrana con un agente de limpieza, estudios anteriores habían liberado accidentalmente el pestillo de la caja sorpresa, provocando que se abriera prematuramente.

"Era importante que usáramos una mezcla de lípidos similar a la de la membrana de las células T nativas", dice Walz. "Si sólo hubiéramos utilizado un lípido modelo, tampoco habríamos visto este estado de reposo cerrado".

Los investigadores están entusiasmados con el potencial de sus hallazgos para optimizar terapias basadas en receptores de células T. "Rediseñar la próxima generación de inmunoterapias es una prioridad en términos de necesidades clínicas no cubiertas", afirma Notti. "Por ejemplo, las terapias adoptivas con células T se utilizan con éxito para tratar ciertos sarcomas muy raros. Así que uno podría imaginarse utilizando nuestros hallazgos para rediseñar la sensibilidad de estos receptores ajustando su umbral de activación".

"Esta información también puede utilizarse para el desarrollo de vacunas", añade Walz. "Las personas en este campo ahora pueden usar nuestras estructuras para ver detalles refinados sobre las interacciones entre diferentes antígenos presentados por los receptores HLA y de células T. Estos diferentes modos de interacción podrían tener implicaciones sobre cómo funciona el receptor y formas de optimizarlo".

Fuentes: