Uudet kryo-EM-löydöt voivat mullistaa T-soluimmunoterapian suunnittelun

Uudet kryo-EM-löydöt voivat mullistaa T-soluimmunoterapian suunnittelun

Yksi jännittävimmistä edistysaskeleista syövän hoidossa viimeisen vuosikymmenen aikana on T-soluimmunoterapioiden kehittäminen, jotka kouluttavat potilaan omaa immuunijärjestelmää tunnistamaan vaarallisia soluja ja hyökkäämään niitä vastaan. Mutta tutkijat eivät ole toistaiseksi kyenneet saamaan kattavaa ymmärrystä siitä, kuinka he todella toimivat. Tämä oli merkittävä rajoitus, koska vaikka T-soluimmunoterapiat ovat erittäin tehokkaita tietyissä syöpissä, ne ovat tehottomia useimmissa niistä – ja syyt tähän ovat epäselviä. YmmärrätMenettelyvoisi hyödyttää paljon laajempaa syöpäpotilaiden ryhmää.

Nyt Rockefeller-yliopiston tutkijat ovat paljastaneet tärkeitä yksityiskohtia T-solureseptorista (TCR), joka on upotettu solukalvoon ja joka on välttämätön T-soluhoitoille. Molecular Electron Microscopyn laboratorion tutkijat ovat havainneet, että reseptori on eräänlainen tartuntapussi, joka ponnahtaa auki, kun se sisältää antigeenin tai vastaavan epäilyttävän hiukkasen. Tämä löytö on ristiriidassa kaikkien aiempien kompleksin kryo-EM-tutkimusten kanssa.

Uusi löytö, julkaistu vLuontoviestintäsillä on potentiaalia jalostaa ja laajentaa T-soluhoitoja.

"Tämä uusi, perustavanlaatuinen ymmärrys siitä, miten signalointijärjestelmä toimii, voi auttaa suunnittelemaan uudelleen seuraavan sukupolven hoitoja", sanoo johtava kirjailija Ryan Notti, kliininen ohjaaja Walzin laboratoriossa ja erikoisapulaisprofessori Memorial Sloan Kettering Cancer Centerin lääketieteen laitoksella, jossa hän hoitaa potilaita, joilla on sarkoomia tai pehmytkudoksessa tai luussa esiintyviä syöpiä.

"T-solureseptori on itse asiassa käytännöllisesti katsoen kaikkien onkologisten immuunihoitojen perusta, joten on huomionarvoista, että käytämme järjestelmää, mutta meillä ei ole aavistustakaan, kuinka se todella toimii - ja siinä perustieteet tulevat esiin", sanoo Walz, maailmanlaajuinen kryo-EM-kuvauksen asiantuntija. "Tämä on yksi tärkeimmistä töistä, joita laboratoriostani on koskaan tullut."

T-solujen aktivointi

Walzin laboratorio on erikoistunut makromolekyylikompleksien, erityisesti solukalvon proteiinien, visualisointiin, jotka välittävät vuorovaikutusta solun sisä- ja ulkopinnan välillä. TCR on yksi tällainen kompleksi. Tämä monimutkainen moniproteiinirakenne sallii T-solujen tunnistaa muiden solujen ihmisen leukosyyttiantigeenin (HLA) kompleksien esittämät antigeenit ja vastata niihin. T-soluterapiat ovat hyödyntäneet tätä reaktiota ottaakseen potilaan oman immuunijärjestelmän mukaan taisteluun syöpää vastaan.

Mutta vaikka TCR:n komponentit ovat olleet tiedossa vuosikymmeniä, sen aktivoinnin varhaisimmat vaiheet ovat jääneet tuntemattomiksi. Lääkärinä ja tiedemiehenä Notti turhautui tästä tiedon puutteesta: monet hänen sarkoomapotilaistaan ​​eivät saaneet T-soluimmunoterapian etuja, ja hän halusi ymmärtää miksi.

Tämän määrittäminen auttaisi meitä ymmärtämään, kuinka solun ulkopuolelta tuleva tieto, jossa HLA:t esittävät nämä antigeenit, pääsee solun sisälle, missä signalointi kytkee T-solun päälle."

Ryan Notti, Rockefeller University

Notti, joka väitteli tohtoriksi. Hän suoritti tohtorin tutkinnon rakenteellisesta mikrobiologiasta Rockefelleristä ennen kuin hän siirtyi onkologiaan ja ehdotti, että Walz tutkisi sitä.

Räätälöidyistä kalvoista parannettuihin immunoterapioihin ja rokotteisiin

Walzin ryhmä on erikoistunut kehittämään räätälöityjä kalvoympäristöjä, jotka pyrkivät jäljittelemään tiettyjen kalvoproteiinien luonnollista ympäristöä. "Voimme muuttaa biokemiallista koostumusta, kalvon paksuutta, jännitystä ja kaarevuutta, kokoa – kaikenlaiset parametrit, joiden tiedämme vaikuttavan upotettuun proteiiniin", Walz sanoo.

Tutkimusta varten tutkijat halusivat luoda alkuperäisen ympäristön TCR:lle ja tarkkailla sen käyttäytymistä. Tätä varten he sijoittavat reseptorin nanolevyyn, pieneen kiekon muotoiseen kalvonpalaan, jota pitää liuoksessa levyn reunan ympärille kietoutuva rakennustelineproteiini. Se ei ollut helppo tehtävä; "Oli haaste integroida kaikki nämä kahdeksan proteiinia kunnolla nanolevyyn", Notti sanoo.

Kaikki TCR:n rakennetyöt tähän mennessä on tehty pesuaineella, joka pyrkii irrottamaan kalvon proteiinista. Tämä oli ensimmäinen tutkimus, jossa kompleksi yhdistettiin kalvoon, Walz toteaa.

Sitten he aloittivat kryo-EM-kuvauksen. Nämä kuvat osoittivat, että T-solureseptorilla oli suljettu, kompakti muoto lepääessään. Kun antigeenia esittelevä molekyyli aktivoitui, se avautui ja venyi, ikään kuin levittäisi käsiään leveäksi.

Se oli syvä yllätys. "Tämän tutkimuksen alussa saatavilla olevat tiedot osoittivat, että tämä kompleksi oli avoin ja laajennettu lepotilassaan", Notti selittää. "Sikäli kuin kukaan tiesi, T-solureseptori ei käynyt läpi mitään konformaatiomuutoksia, kun se sitoutui näihin antigeeneihin. Mutta huomasimme, että se ponnahti auki, poksahti auki kuin jonkinlainen jack-in-the-box."

Tutkijat epäilevät, että kahden avainmenetelmän yhdistelmä mahdollisti heidän uuden näkökulmansa. Ensin he kokosivat oikean kalvolipidiseoksen TCR:ien tuottamiseksiin vivoYmpäristö. Ja toiseksi, he palauttivat reseptorin tähän kalvoympäristöön nanolevyjen avulla ennen kryo-EM-analyysiä. He havaitsivat, että ehjä kalvo on avainasemassa, koska se pitää TCR:n paikallaan, kunnes se aktivoituu. Kun kalvo poistettiin puhdistusaineella, aiemmat tutkimukset olivat vahingossa vapauttaneet jack-in-the-boxin salvan, jolloin se ponnahti auki ennenaikaisesti.

"Oli tärkeää, että käytimme lipidiseosta, joka oli samanlainen kuin natiivi T-solukalvo", Walz sanoo. "Jos olisimme käyttäneet vain mallilipidiä, emme olisi myöskään nähneet tätä suljettua lepotilaa."

Tutkijat ovat innoissaan havaintojensa mahdollisuudesta optimoida T-solureseptoreihin perustuvia hoitoja. "Seuraavan sukupolven immuunihoitojen uudelleensuunnittelu on ensisijainen tavoite tyydyttämättömien kliinisten tarpeiden kannalta", Notti sanoo. "Esimerkiksi adoptiivisia T-soluhoitoja käytetään menestyksekkäästi tiettyjen erittäin harvinaisten sarkoomien hoitoon. Voisi siis kuvitella käyttävämme löytöjämme näiden reseptorien herkkyyden uudelleensuunnitteluun säätämällä niiden aktivaatiokynnystä."

"Tätä tietoa voidaan käyttää myös rokotteiden kehittämiseen", Walz lisää. "Tämän alan ihmiset voivat nyt käyttää rakenteitamme nähdäkseen tarkempia yksityiskohtia HLA- ja T-solureseptorien esittämien eri antigeenien välisistä vuorovaikutuksista. Näillä erilaisilla vuorovaikutustavoilla voi olla vaikutuksia reseptorin toimintaan - ja tapoihin optimoida se."

Lähteet: