Jauni krio-EM atklājumi varētu mainīt T šūnu imūnterapijas izstrādi

Jauni krio-EM atklājumi varētu mainīt T šūnu imūnterapijas izstrādi

Viens no aizraujošākajiem sasniegumiem vēža ārstēšanā pēdējā desmitgadē ir T-šūnu imūnterapijas attīstība, kas apmāca pacienta imūnsistēmu atpazīt bīstamas šūnas un uzbrukt tām. Taču pētnieki līdz šim nav spējuši gūt visaptverošu izpratni par to, kā viņi patiesībā strādā. Tas radīja būtisku ierobežojumu, jo, lai gan T-šūnu imūnterapijas ir ļoti efektīvas dažu vēža veidu gadījumā, tās ir neefektīvas lielākajā daļā no tām, un tā iemesli nav skaidri. Jūs saprotatProcedūravarētu gūt labumu daudz lielākai vēža pacientu grupai.

Tagad Rokfellera universitātes pētnieki ir atklājuši galveno informāciju par T-šūnu receptoru (TCR), kas ir iestrādāts šūnu membrānā un ir būtisks T-šūnu terapijai. Izmantojot krio-EM, lai attēlotu proteīnu bioķīmiskā vidē, kas atkārto tā dabisko vidi, Molekulārās elektronu mikroskopijas laboratorijas pētnieki ir atklājuši, ka receptors ir sava veida satveršanas maiss, kas atveras, kad tiek parādīts antigēns vai līdzīga aizdomīga daļiņa. Šis atklājums ir pretrunā visiem iepriekšējiem kompleksa krio-EM pētījumiem.

Jaunais atradums, kas publicētsDabas komunikācijair potenciāls uzlabot un paplašināt T šūnu terapiju.

"Šī jaunā, fundamentālā izpratne par signalizācijas sistēmas darbību var palīdzēt pārveidot nākamās paaudzes ārstēšanas metodes," saka vadošais autors Raiens Notti, klīniskais instruktors Valca laboratorijā un īpašais asociētais profesors Memorial Sloan Kettering Cancer Center Medicīnas katedrā, kur viņš ārstē pacientus ar sarkomām vai vēzi, kas rodas mīkstajos audos vai kaulos.

"T-šūnu receptors faktiski ir praktiski visu onkoloģisko imūnterapiju pamatā, tāpēc ir ievērojams fakts, ka mēs izmantojam sistēmu, bet mums nav ne jausmas, kā tā faktiski darbojas, un šeit parādās pamata zinātne," saka Walz, pasaules krio-EM attēlveidošanas eksperts. "Šis ir viens no vissvarīgākajiem darbiem, kas jebkad ir nācis no manas laboratorijas."

T šūnu aktivizēšana

Walz laboratorija specializējas makromolekulāro kompleksu, īpaši šūnu membrānas proteīnu, vizualizācijā, kas veicina mijiedarbību starp šūnu iekšpusi un ārpusi. TCR ir viens no šādiem kompleksiem. Šī sarežģītā daudzproteīnu struktūra ļauj T šūnām atpazīt un reaģēt uz antigēniem, ko piedāvā citu šūnu cilvēka leikocītu antigēnu (HLA) kompleksi. T šūnu terapija ir izmantojusi šīs reakcijas priekšrocības, lai iesaistītu pacienta imūnsistēmu cīņā pret vēzi.

Bet, lai gan TCR komponenti ir zināmi gadu desmitiem, agrākie tā aktivizēšanas posmi nav zināmi. Kā ārsts un zinātnieks Notti bija neapmierināts ar šo zināšanu trūkumu: daudzi viņa sarkomas pacienti neizmantoja T-šūnu imūnterapijas priekšrocības, un viņš vēlējās saprast, kāpēc.

To noteikšana palīdzētu mums saprast, kā informācija no ārpuses šūnas, kur šos antigēnus uzrāda HLA, nokļūst šūnas iekšpusē, kur signalizācija ieslēdz T šūnu.

Raiens Notijs, Rokfellera universitāte

Notti, kurš ieguva doktora grādu. Viņš ieguva doktora grādu strukturālajā mikrobioloģijā no Rokfellera, pirms pievērsa uzmanību onkoloģijai, un ieteica Valzam to izpētīt.

No pielāgotām membrānām līdz uzlabotām imūnterapijām un vakcīnām

Walz grupa specializējas pielāgotas membrānas vides izstrādē, kuras mērķis ir atdarināt noteiktu membrānas proteīnu dabisko vidi. "Mēs varam mainīt bioķīmisko sastāvu, membrānas biezumu, spriegumu un izliekumu, izmēru - visu veidu parametri, par kuriem mēs zinām, ka tie ietekmē iegulto proteīnu," saka Walz.

Pētījumam pētnieki vēlējās izveidot TCR vietējo vidi un novērot, kā tas darbojas. Lai to izdarītu, viņi ievieto receptoru nanodiskā, mazā diska formas membrānas gabalā, ko šķīdumā notur sastatņu proteīns, kas aptin ap diska malu. Tas nebija viegls uzdevums; "Tas bija izaicinājums pareizi integrēt visus astoņus šos proteīnus nanodiskā," saka Notti.

Visi TCR strukturālie darbi līdz šim ir veikti mazgāšanas līdzeklī, kam ir tendence atdalīt membrānu no proteīna. Šis bija pirmais pētījums, kurā komplekss tika atkārtoti iekļauts membrānā, atzīmē Walz.

Pēc tam viņi sāka krio-EM attēlveidošanu. Šie attēli parādīja, ka T šūnu receptoram atpūšoties bija slēgta, kompakta forma. Kad to aktivizēja antigēnu prezentējoša molekula, tā atvērās un izstiepās, it kā plaši izplešot rokas.

Tas bija dziļš pārsteigums. "Šī pētījuma sākumā pieejamie dati parādīja, ka šis komplekss bija atvērts un paplašināts tā atpūtas stāvoklī," skaidro Notti. "Cik kāds zināja, T-šūnu receptoriem, saistoties ar šiem antigēniem, netika veiktas nekādas konformācijas izmaiņas. Taču mēs atklājām, ka tas patiešām atvērās, atvērās kā sava veida ligzda kastē."

Pētniekiem ir aizdomas, ka divu galveno metožu kombinācija ļāva viņiem jaunu skatījumu. Pirmkārt, viņi salika pareizo membrānas lipīdu kokteili, lai reproducētu TCRin vivoVide. Un, otrkārt, viņi atgrieza receptoru šajā membrānas vidē, izmantojot nanodiskus pirms krio-EM analīzes. Viņi atklāja, ka svarīga ir neskarta membrāna, jo tā notur TCR vietā, līdz tā tiek aktivizēta. Noņemot membrānu ar tīrīšanas līdzekli, iepriekšējie pētījumi nejauši atbrīvoja kastes domkrata fiksatoru, izraisot to priekšlaicīgu atvēršanos.

"Bija svarīgi, lai mēs izmantotu lipīdu maisījumu, kas bija līdzīgs dabiskās T šūnu membrānas maisījumam," saka Walz. "Ja mēs būtu izmantojuši tikai modeļa lipīdu, mēs arī nebūtu redzējuši šo slēgto miera stāvokli."

Pētnieki ir satraukti par savu atklājumu potenciālu, lai optimizētu terapiju, kuras pamatā ir T šūnu receptori. "Nākamās imūnterapijas paaudzes pārveidošana ir prioritāte neapmierinātu klīnisko vajadzību ziņā," saka Notti. "Piemēram, adoptīvās T šūnu terapijas tiek veiksmīgi izmantotas, lai ārstētu noteiktas ļoti retas sarkomas. Tātad varētu iedomāties mūsu atklājumu izmantošanu, lai pārveidotu šo receptoru jutīgumu, pielāgojot to aktivācijas slieksni."

"Šo informāciju var izmantot arī vakcīnas izstrādei," piebilst Volcs. "Cilvēki šajā jomā tagad var izmantot mūsu struktūras, lai redzētu detalizētu informāciju par mijiedarbību starp dažādiem antigēniem, ko piedāvā HLA un T šūnu receptori. Šie dažādie mijiedarbības veidi var ietekmēt receptoru darbību un veidus, kā to optimizēt."

Avoti: