De nouvelles découvertes cryo-EM pourraient révolutionner la conception de l’immunothérapie par cellules T

De nouvelles découvertes cryo-EM pourraient révolutionner la conception de l’immunothérapie par cellules T

L’une des avancées les plus intéressantes dans le traitement du cancer au cours de la dernière décennie est le développement des immunothérapies à base de cellules T, qui entraînent le système immunitaire du patient à reconnaître et à attaquer les cellules dangereuses. Mais les chercheurs n’ont jusqu’à présent pas réussi à comprendre pleinement leur fonctionnement réel. Cela présentait une limite importante, car si les immunothérapies à base de lymphocytes T sont très efficaces dans certains cancers, elles sont inefficaces dans la plupart d’entre eux – et les raisons de cela ne sont pas claires. Vous comprenezProcédurepourrait bénéficier à un groupe beaucoup plus large de patients atteints de cancer.

Des chercheurs de l'Université Rockefeller ont révélé des détails clés sur le récepteur des lymphocytes T (TCR), intégré dans la membrane cellulaire et essentiel aux thérapies par les lymphocytes T. En utilisant la cryo-EM pour imager la protéine dans un environnement biochimique qui reproduit son environnement naturel, des chercheurs du Laboratoire de microscopie électronique moléculaire ont découvert que le récepteur est une sorte de sac qui s'ouvre lorsqu'on lui présente un antigène ou une particule suspecte. Cette découverte contredit toutes les études cryo-EM précédentes du complexe.

La nouvelle découverte, publiée dansCommunication naturellea le potentiel d’affiner et d’étendre les thérapies par cellules T.

"Cette nouvelle compréhension fondamentale du fonctionnement du système de signalisation peut aider à repenser la prochaine génération de traitements", déclare l'auteur principal Ryan Notti, instructeur clinique au laboratoire de Walz et professeur agrégé spécial au département de médecine du Memorial Sloan Kettering Cancer Center, où il traite des patients atteints de sarcomes ou de cancers qui surviennent dans les tissus mous ou les os.

"Le récepteur des lymphocytes T est en fait la base de pratiquement toutes les immunothérapies oncologiques. Il est donc remarquable que nous utilisions le système sans savoir comment il fonctionne réellement - et c'est là que la science fondamentale entre en jeu", explique Walz, un expert mondial en imagerie cryo-EM. "C'est l'un des travaux les plus importants jamais réalisés dans mon laboratoire."

Activation des cellules T

Le laboratoire de Walz se spécialise dans la visualisation de complexes macromoléculaires, en particulier les protéines membranaires cellulaires, qui interviennent dans les interactions entre l'intérieur et l'extérieur des cellules. Le TCR est l’un de ces complexes. Cette structure multiprotéique complexe permet aux cellules T de reconnaître et de répondre aux antigènes présentés par les complexes d'antigènes leucocytaires humains (HLA) d'autres cellules. Les thérapies par cellules T ont profité de cette réaction pour impliquer le système immunitaire du patient dans la lutte contre le cancer.

Mais si les composants du TCR sont connus depuis des décennies, les premières étapes de son activation restent inconnues. En tant que médecin et scientifique, Notti était frustré par ce manque de connaissances : nombre de ses patients atteints de sarcome ne récoltaient pas les bénéfices des immunothérapies à cellules T, et il voulait comprendre pourquoi.

Déterminer cela nous aiderait à comprendre comment les informations provenant de l’extérieur de la cellule, où ces antigènes sont présentés par les HLA, parviennent à l’intérieur de la cellule, où la signalisation active les lymphocytes T. »

Ryan Notti, Université Rockefeller

Notti, qui a obtenu son doctorat. Il a obtenu son doctorat en microbiologie structurale à Rockefeller avant de se concentrer sur l'oncologie et a suggéré à Walz d'y enquêter.

Des membranes sur mesure aux immunothérapies et vaccins améliorés

Le groupe de Walz se spécialise dans le développement d'environnements membranaires sur mesure visant à imiter l'environnement naturel de certaines protéines membranaires. "Nous pouvons modifier la composition biochimique, l'épaisseur de la membrane, la tension et la courbure, la taille – toutes sortes de paramètres dont nous savons qu'ils ont une influence sur la protéine incorporée", explique Walz.

Pour l’étude, les chercheurs souhaitaient créer un environnement natif pour le TCR et observer son comportement. Pour ce faire, ils placent le récepteur dans un nanodisque, un petit morceau de membrane en forme de disque maintenu en solution par une protéine d’échafaudage qui s’enroule autour du bord du disque. Ce n'était pas une tâche facile ; "C'était un défi d'intégrer correctement ces huit protéines dans le nanodisque", explique Notti.

Jusqu’à présent, tous les travaux structurels sur le TCR ont été effectués avec un détergent, qui a tendance à détacher la membrane de la protéine. Il s'agissait de la première étude à réincorporer le complexe dans une membrane, note Walz.

Ils ont ensuite commencé l’imagerie cryo-EM. Ces images ont montré que le récepteur des lymphocytes T avait une forme fermée et compacte au repos. Une fois activé par une molécule présentatrice d’antigène, il s’ouvrait et s’étirait, comme s’il écartait largement les bras.

Ce fut une profonde surprise. «Les données disponibles au début de cette recherche montraient que ce complexe était ouvert et agrandi à l'état de repos», explique Notti. "Pour autant que l'on sache, le récepteur des lymphocytes T n'a subi aucun changement de conformation lorsqu'il s'est lié à ces antigènes. Mais nous avons constaté qu'il s'est ouvert, s'est ouvert comme une sorte de jack-in-the-box."

Les chercheurs soupçonnent que la combinaison de deux méthodes clés a permis leur nouvelle perspective. Premièrement, ils ont assemblé le bon cocktail lipidique membranaire pour reproduire les TCR.in vivoEnvironnement. Et deuxièmement, ils ont renvoyé le récepteur dans cet environnement membranaire à l’aide de nanodisques avant l’analyse cryo-EM. Ils ont découvert qu’une membrane intacte est essentielle car elle maintient le TCR en place jusqu’à son activation. En retirant la membrane avec un produit de nettoyage, des études antérieures avaient accidentellement libéré le loquet du jack-in-the-box, provoquant son ouverture prématurée.

"Il était important que nous utilisions un mélange lipidique similaire à celui de la membrane native des lymphocytes T", explique Walz. "Si nous avions seulement utilisé un lipide modèle, nous n'aurions pas non plus vu cet état de repos fermé."

Les chercheurs sont enthousiasmés par le potentiel de leurs découvertes pour optimiser les thérapies basées sur les récepteurs des lymphocytes T. "La refonte de la prochaine génération d'immunothérapies est une priorité en termes de besoins cliniques non satisfaits", déclare Notti. "Par exemple, les thérapies adoptives à base de lymphocytes T sont utilisées avec succès pour traiter certains sarcomes très rares. On pourrait donc imaginer utiliser nos résultats pour repenser la sensibilité de ces récepteurs en ajustant leur seuil d'activation."

"Ces informations peuvent également être utilisées pour le développement de vaccins", ajoute Walz. "Les personnes travaillant dans ce domaine peuvent désormais utiliser nos structures pour visualiser des détails raffinés sur les interactions entre les différents antigènes présentés par les récepteurs des lymphocytes HLA et T. Ces différents modes d'interaction pourraient avoir des implications sur le fonctionnement du récepteur - et sur les moyens de l'optimiser."

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