Az új krio-EM eredmények forradalmasíthatják a T-sejtes immunterápia tervezését

Az új krio-EM eredmények forradalmasíthatják a T-sejtes immunterápia tervezését

Az elmúlt évtized egyik legizgalmasabb vívmánya a rákkezelésben a T-sejtes immunterápiák kifejlesztése, amelyek arra tanítják a páciens saját immunrendszerét, hogy felismerje és megtámadja a veszélyes sejteket. A kutatók azonban mindeddig nem tudták átfogóan megérteni, hogyan működnek valójában. Ez jelentős korlátot jelentett, mert bár a T-sejtes immunterápiák nagyon hatékonyak bizonyos rákos megbetegedések esetén, a legtöbb esetben hatástalanok – és ennek okai nem tisztázottak. ÉrtedEljárása rákos betegek sokkal nagyobb csoportja számára előnyös.

A Rockefeller Egyetem kutatói most kulcsfontosságú részleteket tártak fel a T-sejt-receptorról (TCR), amely a sejtmembránba van ágyazva, és elengedhetetlen a T-sejt-terápiákhoz. A Molekuláris Elektronmikroszkópiai Laboratórium kutatói krio-EM segítségével leképezték a fehérjét olyan biokémiai környezetben, amely megismétli a természetes környezetét, felfedezték, hogy a receptor egyfajta markolózsák, amely kinyílik, ha antigén vagy hasonló gyanús részecskék jelennek meg. Ez a felfedezés ellentmond a komplex összes korábbi krio-EM vizsgálatának.

Az újszerű lelet, amely ben megjelentA természet kommunikációjaképes finomítani és kiterjeszteni a T-sejtes terápiákat.

„A jelzőrendszer működésének ez az új, alapvető megértése segíthet a kezelések következő generációjának újratervezésében” – mondja Ryan Notti vezető szerző, Walz laboratóriumának klinikai oktatója és a Memorial Sloan Kettering Cancer Center orvosi tanszékének speciális docense, ahol szarkómában vagy lágyrészekben vagy csontokban kialakuló rákos betegeket kezel.

"A T-sejt-receptor tulajdonképpen gyakorlatilag minden onkológiai immunterápia alapja, ezért figyelemre méltó, hogy használjuk a rendszert, de fogalmunk sincs, hogyan működik valójában – és itt jön be az alaptudomány" – mondja Walz, a krio-EM képalkotás globális szakértője. "Ez az egyik legfontosabb munka, ami valaha is kijött a laboratóriumomból."

A T-sejtek aktiválása

Walz laboratóriuma olyan makromolekuláris komplexek, különösen sejtmembránfehérjék megjelenítésére specializálódott, amelyek a sejt belső és külső kölcsönhatásait közvetítik. A TCR egy ilyen komplexum. Ez a bonyolult multiprotein szerkezet lehetővé teszi a T-sejtek számára, hogy felismerjék és reagáljanak más sejtek humán leukocita antigén (HLA) komplexei által prezentált antigénekre. A T-sejtes terápiák kihasználták ezt a reakciót, hogy bevonják a páciens saját immunrendszerét a rák elleni küzdelembe.

De míg a TCR összetevői évtizedek óta ismertek, aktiválásának legkorábbi lépései ismeretlenek maradtak. Orvosként és tudósként Nottit frusztrálta ez a tudásbeli hiány: sok szarkómás betege nem részesült a T-sejtes immunterápia előnyeiből, és szerette volna megérteni, miért.

Ennek meghatározása segítene megérteni, hogy a sejten kívülről származó információ, ahol ezeket az antigéneket a HLA-k prezentálják, hogyan jut el a sejt belsejébe, ahol a jelátvitel bekapcsolja a T-sejtet.

Ryan Notti, Rockefeller Egyetem

Notti, aki Ph.D. Strukturális mikrobiológiából doktorált Rockefellernél, mielőtt az onkológiára helyezte a hangsúlyt, és azt javasolta, hogy Walz vizsgálja meg.

A testreszabott membránoktól a továbbfejlesztett immunterápiákig és vakcinákig

Walz csoportja olyan testreszabott membránkörnyezetek fejlesztésére specializálódott, amelyek célja, hogy utánozzák bizonyos membránfehérjék természetes környezetét. „Módosíthatjuk a biokémiai összetételt, a membrán vastagságát, a feszültséget és a görbületet, a méretet – mindenféle paraméter, amelyről tudjuk, hogy befolyásolja a beágyazott fehérjét” – mondja Walz.

A tanulmányhoz a kutatók natív környezetet akartak létrehozni a TCR számára, és megfigyelték, hogyan viselkedik. Ennek érdekében a receptort egy nanokorongba helyezik, egy kis korong alakú membrándarabba, amelyet egy állványfehérje tart oldatban, amely a korong széle köré tekered. Nem volt könnyű feladat; „Kihívás volt mind a nyolc fehérjét megfelelően integrálni a nanolemezbe” – mondja Notti.

A TCR-en eddig minden szerkezeti munkát detergensben végeztek, amely hajlamos a membrán leválasztására a fehérjéről. Walz megjegyzi, hogy ez volt az első olyan tanulmány, amely a komplexet egy membránba építette vissza.

Ezután megkezdték a krio-EM képalkotást. Ezek a képek azt mutatták, hogy a T-sejt-receptor nyugalmi állapotban zárt, tömör alakú. Miután egy antigénprezentáló molekula aktiválta, kinyílt és kinyúlt, mintha szélesre tárná a karjait.

Ez mély meglepetés volt. "A kutatás elején rendelkezésre álló adatok azt mutatták, hogy ez a komplexum nyitott és nyugalmi állapotában kitágult" - magyarázza Notti. "Amennyire bárki is tudta, a T-sejt-receptor semmilyen konformációs változáson nem ment keresztül, amikor ezekhez az antigénekhez kötődött. De azt találtuk, hogy kinyílt, kipattanva, mint valami "jack-in-the-box".

A kutatók azt gyanítják, hogy két kulcsfontosságú módszer kombinációja tette lehetővé az új perspektívát. Először összeállították a megfelelő membránlipidkoktélt a TCR-ek reprodukálásáhozin vivoKörnyezet. Másodszor pedig visszahelyezték a receptort ebbe a membránkörnyezetbe nanokorongok segítségével a krio-EM elemzés előtt. Azt találták, hogy az ép membrán kulcsfontosságú, mert a helyén tartja a TCR-t, amíg aktiválódik. A membrán tisztítószerrel történő eltávolításával a korábbi tanulmányok véletlenül kioldották a dobozban található emelő reteszét, ami miatt az idő előtt kipattant.

„Fontos volt, hogy a natív T-sejtmembránhoz hasonló lipidkeveréket használjunk” – mondja Walz. "Ha csak modelllipidet használtunk volna, akkor sem láttuk volna ezt a zárt nyugalmi állapotot."

A kutatókat izgatottan várják az eredményeikben rejlő lehetőségek a T-sejt-receptorokon alapuló terápiák optimalizálására. „Az immunterápiák következő generációjának újratervezése prioritást élvez a kielégítetlen klinikai szükségletek tekintetében” – mondja Notti. "Például az örökbefogadó T-sejtes terápiákat sikeresen alkalmazzák bizonyos nagyon ritka szarkómák kezelésére. Elképzelhető tehát, hogy eredményeink segítségével újratervezzük ezen receptorok érzékenységét az aktiválási küszöbük módosításával."

„Ez az információ felhasználható vakcinafejlesztéshez is” – teszi hozzá Walz. "Az ezen a területen dolgozók most felhasználhatják struktúráinkat, hogy kifinomult részleteket lássanak a HLA- és T-sejt-receptorok által prezentált különböző antigének közötti kölcsönhatásokról. Ezek a különböző interakciós módok hatással lehetnek a receptor működésére – és optimalizálásának módjaira is."

Források: