Nova krio-EM otkrića mogla bi revolucionirati dizajn T-stanične imunoterapije

Nova krio-EM otkrića mogla bi revolucionirati dizajn T-stanične imunoterapije

Jedan od najuzbudljivijih napredaka u liječenju raka u posljednjem desetljeću je razvoj imunoterapije T-stanica, koja trenira vlastiti imunološki sustav pacijenta da prepozna i napada opasne stanice. Ali istraživači do sada nisu uspjeli steći sveobuhvatno razumijevanje kako oni zapravo rade. Ovo je predstavljalo značajno ograničenje jer iako su imunoterapije T-stanica vrlo učinkovite u određenim vrstama raka, one su neučinkovite u većini njih – a razlozi za to nisu jasni. razumiješPostupakmogao koristiti puno većoj skupini pacijenata oboljelih od raka.

Sada su istraživači sa Sveučilišta Rockefeller otkrili ključne pojedinosti o T-staničnom receptoru (TCR), koji je ugrađen u staničnu membranu i bitan je za T-stanične terapije. Koristeći cryo-EM za prikaz proteina u biokemijskom okruženju koje replicira njegovo prirodno okruženje, istraživači u Laboratoriju za molekularnu elektronsku mikroskopiju otkrili su da je receptor vrsta vrećice koja se otvara kada joj se predstavi antigen ili slična sumnjiva čestica. Ovo otkriće proturječi svim prethodnim cryo-EM studijama kompleksa.

Nalaz romana, objavljen uKomunikacija s prirodomima potencijal poboljšati i proširiti T-stanične terapije.

"Ovo novo, temeljno razumijevanje načina na koji signalni sustav funkcionira može pomoći u redizajniranju sljedeće generacije tretmana", kaže glavni autor Ryan Notti, klinički instruktor u Walzovom laboratoriju i izvanredni profesor na odjelu medicine u Centru za rak Memorial Sloan Kettering, gdje liječi pacijente sa sarkomima ili karcinomima koji nastaju u mekim tkivima ili kostima.

"T-stanični receptor je zapravo osnova gotovo svih onkoloških imunoterapija, pa je izvanredno da koristimo sustav, ali nemamo pojma kako on zapravo radi - i tu dolazi temeljna znanost", kaže Walz, svjetski stručnjak za krio-EM snimanje. "Ovo je jedan od najvažnijih radova koji su ikada izašli iz mog laboratorija."

Aktivacija T stanica

Walzov laboratorij specijaliziran je za vizualizaciju makromolekularnih kompleksa, posebice proteina stanične membrane, koji posreduju u interakciji između unutrašnjosti i vanjštine stanice. TCR je jedan takav kompleks. Ova komplicirana multiproteinska struktura omogućuje T stanicama da prepoznaju i reagiraju na antigene predstavljene kompleksima humanog leukocitnog antigena (HLA) drugih stanica. T stanične terapije iskoristile su ovu reakciju kako bi uključile imunološki sustav pacijenta u borbu protiv raka.

No dok su komponente TCR-a poznate desetljećima, najraniji koraci u njegovoj aktivaciji ostali su nepoznati. Kao liječnik i znanstvenik, Notti je bio frustriran ovom prazninom u znanju: mnogi njegovi pacijenti sa sarkomom nisu ubirali dobrobiti imunoterapije T-stanicama, i želio je razumjeti zašto.

Utvrđivanje ovoga pomoglo bi nam da shvatimo kako informacije izvan stanice, gdje su ti antigeni predstavljeni HLA-ima, dolaze do unutrašnjosti stanice, gdje signalizacija uključuje T stanicu.”

Ryan Notti, Sveučilište Rockefeller

Notti, koji je doktorirao. Stekao je doktorat iz strukturne mikrobiologije kod Rockefellera prije nego što se usredotočio na onkologiju i predložio Walzu da to istraži.

Od prilagođenih membrana do poboljšanih imunoterapija i cjepiva

Walzova grupa specijalizirana je za razvoj prilagođenih membranskih okruženja koja imaju za cilj oponašanje prirodnog okruženja određenih membranskih proteina. "Možemo promijeniti biokemijski sastav, debljinu membrane, napetost i zakrivljenost, veličinu - sve vrste parametara za koje znamo da utječu na ugrađeni protein", kaže Walz.

Za studiju, istraživači su htjeli stvoriti prirodno okruženje za TCR i promatrati kako se ponaša. Da bi to učinili, smjestili su receptor u nanodisk, mali komad membrane u obliku diska koji se u otopini drži pomoću proteina skele koji se omotava oko ruba diska. Nije to bio lak zadatak; "Bio je izazov pravilno integrirati svih osam ovih proteina u nanodisk", kaže Notti.

Sav dosadašnji strukturni rad na TCR-u obavljen je u deterdžentu, koji nastoji odvojiti membranu od proteina. Ovo je bila prva studija koja je reinkorporirala kompleks u membranu, napominje Walz.

Zatim su započeli krio-EM snimanje. Ove slike su pokazale da T-stanični receptor ima zatvoren, kompaktan oblik kada se odmara. Nakon što ga je aktivirala molekula koja predstavlja antigen, otvorio se i ispružio, kao da široko raširi ruke.

To je bilo duboko iznenađenje. “Podaci dostupni na početku ovog istraživanja pokazali su da je ovaj kompleks bio otvoren i proširen u stanju mirovanja”, objašnjava Notti. "Koliko je itko znao, T-stanični receptor nije pretrpio nikakve konformacijske promjene kada se vezao za ove antigene. Ali otkrili smo da se otvorio, otvorio se kao neka vrsta utičnice u kutiji."

Istraživači sumnjaju da je kombinacija dviju ključnih metoda omogućila njihovu novu perspektivu. Prvo su sastavili pravi membranski lipidni koktel za reprodukciju TCR-ovain vivookoliš. I drugo, vratili su receptor u ovo membransko okruženje koristeći nanodiskove prije cryo-EM analize. Otkrili su da je netaknuta membrana ključna jer drži TCR na mjestu dok se ne aktivira. Uklanjanjem membrane sredstvom za čišćenje, prethodne studije su slučajno otpustile zasun utičnice u kutiji, uzrokujući da se prerano otvori.

"Bilo je važno da smo upotrijebili mješavinu lipida koja je bila slična onoj nativne membrane T stanica", kaže Walz. "Da smo koristili samo model lipida, ne bismo vidjeli ni ovo zatvoreno stanje mirovanja."

Istraživači su uzbuđeni zbog potencijala svojih otkrića za optimiziranje terapija temeljenih na T-staničnim receptorima. “Redizajniranje sljedeće generacije imunoterapija je prioritet u smislu nezadovoljenih kliničkih potreba,” kaže Notti. "Na primjer, adaptivne T-stanične terapije uspješno se koriste za liječenje određenih vrlo rijetkih sarkoma. Stoga bismo mogli zamisliti korištenje naših otkrića za redizajniranje osjetljivosti ovih receptora prilagođavanjem njihovog praga aktivacije."

"Ova informacija također se može koristiti za razvoj cjepiva", dodaje Walz. "Ljudi u ovom području sada mogu koristiti naše strukture kako bi vidjeli rafinirane pojedinosti o interakcijama između različitih antigena koje prezentiraju HLA i T-stanični receptori. Ovi različiti načini interakcije mogli bi imati implikacije na način rada receptora - i načine kako ga optimizirati."

Izvori: