Uued krüo-EM-leiud võivad T-rakulise immunoteraapia ülesehitust muuta

Uued krüo-EM-leiud võivad T-rakulise immunoteraapia ülesehitust muuta

Viimase kümnendi üks põnevamaid edusamme vähiravis on T-rakuliste immunoteraapiate väljatöötamine, mis treenivad patsiendi enda immuunsüsteemi ohtlikke rakke ära tundma ja ründama. Kuid teadlased ei ole siiani suutnud saada terviklikku arusaama nende tegelikust toimimisest. See kujutas endast olulist piirangut, sest kuigi T-rakulised immunoteraapiad on teatud vähivormide puhul väga tõhusad, on need enamiku vähivormide puhul ebaefektiivsed – ja selle põhjused on ebaselged. Saate aruMenetlusvõib olla kasulik palju suuremale vähihaigete rühmale.

Nüüd on Rockefelleri ülikooli teadlased paljastanud peamised üksikasjad T-raku retseptori (TCR) kohta, mis on sisestatud rakumembraani ja on T-raku ravi jaoks hädavajalik. Kasutades krüo-EM-i valgu pildistamiseks biokeemilises keskkonnas, mis kordab selle loomulikku keskkonda, on Molekulaarse elektronmikroskoopia laboratooriumi teadlased avastanud, et retseptor on omamoodi haarats, mis avaneb antigeeni või sarnase kahtlase osakese esitamisel. See avastus on vastuolus kõigi eelnevate kompleksi krüo-EM-uuringutega.

aastal avaldatud uudne leidLoodussuhtluson potentsiaali täiustada ja laiendada T-rakuteraapiaid.

"See uus fundamentaalne arusaam signaalisüsteemi toimimisest võib aidata ümber kujundada järgmise põlvkonna ravimeetodeid," ütleb juhtivautor Ryan Notti, Walzi labori kliiniline juhendaja ja Memorial Sloan Ketteringi vähikeskuse meditsiiniosakonna eridotsent, kus ta ravib sarkoomide või pehmete kudede või luude vähiga patsiente.

"T-raku retseptor on tegelikult peaaegu kõigi onkoloogiliste immunoteraapiate aluseks, seega on tähelepanuväärne, et me kasutame süsteemi, kuid meil pole aimugi, kuidas see tegelikult töötab – ja siin tulevadki alusteadused," ütleb Walz, krüo-EM-pildistamise ülemaailmne ekspert. "See on üks tähtsamaid töid, mis minu laborist kunagi tehtud on."

T-rakkude aktiveerimine

Walzi labor on spetsialiseerunud makromolekulaarsete komplekside, eriti rakumembraani valkude visualiseerimisele, mis vahendavad interaktsioone raku sisemuse ja välise vahel. TCR on üks selline kompleks. See keeruline multivalguline struktuur võimaldab T-rakkudel ära tunda ja reageerida antigeene, mida esitavad teiste rakkude inimese leukotsüütide antigeeni (HLA) kompleksid. T-rakuteraapiad on seda reaktsiooni ära kasutanud, et kaasata vähivastasesse võitlusse patsiendi enda immuunsüsteem.

Kuid kuigi TCR-i komponendid on tuntud juba aastakümneid, on selle aktiveerimise varasemad sammud jäänud teadmata. Arsti ja teadlasena valmistas Nottile meelehärmi see teadmiste lünk: paljud tema sarkoomipatsiendid ei saanud T-rakulistest immuunteraapiatest kasu ja ta tahtis aru saada, miks.

Selle kindlaksmääramine aitaks meil mõista, kuidas väljastpoolt rakku pärit teave, kus HLA-d neid antigeene esitavad, jõuab raku sisemusse, kus signaalimine lülitab sisse T-raku.

Ryan Notti, Rockefelleri ülikool

Notti, kes sai doktorikraadi. Ta omandas Rockefelleri doktorikraadi struktuurimikrobioloogias, enne kui ta keskendus onkoloogiale, ja soovitas Walzil seda uurida.

Kohandatud membraanidest täiustatud immuunteraapiate ja vaktsiinideni

Walzi rühm on spetsialiseerunud kohandatud membraanikeskkondade väljatöötamisele, mille eesmärk on jäljendada teatud membraanivalkude looduslikku keskkonda. "Me saame muuta biokeemilist koostist, membraani paksust, pinget ja kumerust, suurust – kõikvõimalikud parameetrid, mis teadaolevalt mõjutavad manustatud valku," ütleb Walz.

Uuringu jaoks soovisid teadlased luua TCR-i jaoks loomuliku keskkonna ja jälgida, kuidas see käitub. Selleks asetavad nad retseptori nanokettale, väikesele kettakujulisele membraanitükile, mida hoiab lahuses ketta serva ümber keerduv karkassvalk. See ei olnud kerge ülesanne; "See oli väljakutse integreerida kõik need kaheksa valku nanodiskile, " ütleb Notti.

Kõik senised TCR-i ehitustööd on tehtud pesuvahendis, mis kipub membraani valgu küljest lahti võtma. Walz märgib, et see oli esimene uuring kompleksi taasühendamiseks membraaniks.

Seejärel alustasid nad krüo-EM-kuvamist. Need pildid näitasid, et T-raku retseptoril oli puhkeolekus suletud ja kompaktne kuju. Kui antigeeni esitlev molekul oli aktiveerinud, avanes see ja venis välja, justkui sirutas käsi laiali.

See oli sügav üllatus. "Uuringu alguses kättesaadavad andmed näitasid, et see kompleks oli puhkeolekus avatud ja laienenud," selgitab Notti. "Nii palju kui keegi teadis, ei toimunud T-raku retseptoris nende antigeenidega seondumisel mingeid konformatsioonilisi muutusi. Kuid me avastasime, et see avanes, hüppab lahti nagu mingi jack-in-the-box."

Teadlased kahtlustavad, et kahe võtmemeetodi kombinatsioon võimaldas nende uue vaatenurga. Esiteks koostasid nad TCR-ide reprodutseerimiseks õige membraani lipiidide kokteiliin vivoKeskkond. Ja teiseks, nad tagastasid retseptori sellesse membraanikeskkonda, kasutades nanodiske enne krüo-EM analüüsi. Nad leidsid, et puutumatu membraan on võtmetähtsusega, kuna see hoiab TCR-i paigal kuni aktiveerimiseni. Membraani eemaldamisel puhastusvahendiga olid varasemad uuringud kogemata vabastanud karbis oleva tungraua riivi, põhjustades selle enneaegse avanemise.

"Oli oluline, et kasutaksime lipiidide segu, mis sarnanes natiivse T-rakumembraaniga, " ütleb Walz. "Kui oleksime kasutanud ainult mudellipiidi, poleks me ka seda suletud puhkeolekut näinud."

Teadlased on põnevil nende leidude potentsiaalist T-raku retseptoritel põhinevate ravimeetodite optimeerimisel. "Järgmise põlvkonna immunoteraapiate ümberkujundamine on rahuldamata kliiniliste vajaduste seisukohalt prioriteetne," ütleb Notti. "Näiteks kasutatakse adoptiivseid T-rakuteraapiaid edukalt teatud väga haruldaste sarkoomide raviks. Seega võiks ette kujutada, et kasutaksime meie leide nende retseptorite tundlikkuse ümberkujundamiseks, kohandades nende aktiveerimisläve."

"Seda teavet saab kasutada ka vaktsiinide väljatöötamiseks, " lisab Walz. "Selle valdkonna inimesed saavad nüüd kasutada meie struktuure, et näha täpsemaid üksikasju HLA ja T-raku retseptorite poolt esitatud erinevate antigeenide interaktsioonide kohta. Need erinevad interaktsiooniviisid võivad mõjutada retseptori toimimist ja selle optimeerimise viise."

Allikad: