Novas descobertas de crio-EM podem revolucionar o design da imunoterapia com células T

Novas descobertas de crio-EM podem revolucionar o design da imunoterapia com células T

Um dos avanços mais emocionantes no tratamento do cancro na última década é o desenvolvimento de imunoterapias com células T, que treinam o sistema imunitário do próprio paciente para reconhecer e atacar células perigosas. Mas os pesquisadores até agora não conseguiram obter uma compreensão abrangente de como eles realmente funcionam. Isto apresentou uma limitação significativa porque, embora as imunoterapias com células T sejam altamente eficazes em certos cancros, são ineficazes na maioria deles – e as razões para isto não são claras. Você entendeProcedimentopoderia beneficiar um grupo muito maior de pacientes com câncer.

Agora, pesquisadores da Universidade Rockefeller revelaram detalhes importantes sobre o receptor de células T (TCR), que está incorporado na membrana celular e é essencial para terapias com células T. Usando crio-EM para obter imagens da proteína em um ambiente bioquímico que replica seu ambiente natural, pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular descobriram que o receptor é uma espécie de saco de surpresas que se abre quando apresentado a um antígeno ou partícula similarmente suspeita. Esta descoberta contradiz todos os estudos crio-EM anteriores do complexo.

A nova descoberta, publicada emComunicação da naturezatem potencial para refinar e expandir terapias com células T.

“Esta compreensão nova e fundamental de como funciona o sistema de sinalização pode ajudar a redesenhar a próxima geração de tratamentos”, diz o autor principal Ryan Notti, instrutor clínico no laboratório de Walz e professor associado especial do departamento de medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcomas, ou cancros que surgem em tecidos moles ou ossos.

“O receptor de células T é, na verdade, a base de praticamente todas as imunoterapias oncológicas, por isso é notável que utilizemos o sistema, mas não tenhamos ideia de como ele realmente funciona – e é aí que entra a ciência básica”, diz Walz, especialista global em imagens crio-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que já saíram do meu laboratório.”

Ativação de células T

O laboratório de Walz é especializado na visualização de complexos macromoleculares, principalmente proteínas da membrana celular, que medeiam as interações entre o interior e o exterior da célula. O TCR é um desses complexos. Esta complicada estrutura multiproteica permite que as células T reconheçam e respondam aos antígenos apresentados pelos complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) de outras células. As terapias com células T aproveitaram esta reação para envolver o próprio sistema imunológico do paciente na luta contra o câncer.

Mas embora os componentes do TCR sejam conhecidos há décadas, os primeiros passos da sua activação permanecem desconhecidos. Como médico e cientista, Notti ficou frustrado com esta lacuna de conhecimento: muitos dos seus pacientes com sarcoma não estavam a colher os benefícios das imunoterapias com células T e ele queria compreender porquê.

Determinar isso nos ajudaria a entender como a informação de fora da célula, onde esses antígenos são apresentados pelos HLAs, chega ao interior da célula, onde a sinalização ativa a célula T.”

Ryan Notti, Universidade Rockefeller

Notti, que recebeu seu Ph.D. Ele obteve seu doutorado em microbiologia estrutural pela Rockefeller antes de mudar seu foco para a oncologia e sugeriu que Walz investigasse o assunto.

Desde membranas personalizadas até imunoterapias e vacinas melhoradas

O grupo de Walz é especializado no desenvolvimento de ambientes de membrana personalizados que visam imitar o ambiente natural de certas proteínas de membrana. “Podemos alterar a composição bioquímica, a espessura da membrana, a tensão e a curvatura, o tamanho – todos os tipos de parâmetros que sabemos que têm influência na proteína incorporada”, diz Walz.

Para o estudo, os pesquisadores queriam criar um ambiente nativo para o TCR e observar como ele se comporta. Para fazer isso, eles colocam o receptor em um nanodisco, um pequeno pedaço de membrana em forma de disco que é mantido em solução por uma proteína de estrutura que envolve a borda do disco. Não foi uma tarefa fácil; “Foi um desafio integrar adequadamente todas essas oito proteínas no nanodisco”, diz Notti.

Todo o trabalho estrutural do TCR até agora foi feito em detergente, que tende a separar a membrana da proteína. Este foi o primeiro estudo a reincorporar o complexo numa membrana, observa Walz.

Eles então começaram a imagem crio-EM. Essas imagens mostraram que o receptor de células T tinha um formato compacto e fechado em repouso. Uma vez ativado por uma molécula apresentadora de antígeno, ele se abriu e se esticou, como se estivesse abrindo bem os braços.

Isso foi uma surpresa profunda. “Os dados disponíveis no início desta pesquisa mostraram que esse complexo estava aberto e ampliado em estado de repouso”, explica Notti. "Tanto quanto se sabia, o receptor de células T não sofreu nenhuma alteração conformacional quando se ligou a esses antígenos. Mas descobrimos que ele se abriu, abrindo-se como uma espécie de caixa de surpresas."

Os pesquisadores suspeitam que a combinação de dois métodos principais permitiu a sua nova perspectiva. Primeiro, eles montaram o coquetel lipídico de membrana certo para reproduzir os TCRsin vivoAmbiente. E segundo, eles devolveram o receptor a este ambiente de membrana usando nanodiscos antes da análise crio-EM. Eles descobriram que uma membrana intacta é fundamental porque mantém o TCR no lugar até ser ativado. Ao remover a membrana com um agente de limpeza, estudos anteriores liberaram acidentalmente a trava da caixa automática, fazendo com que ela se abrisse prematuramente.

“Era importante usarmos uma mistura lipídica semelhante à da membrana das células T nativas”, diz Walz. “Se tivéssemos usado apenas um lipídeo modelo, também não teríamos visto esse estado de repouso fechado.”

Os pesquisadores estão entusiasmados com o potencial de suas descobertas para otimizar terapias baseadas em receptores de células T. “Redesenhar a próxima geração de imunoterapias é uma prioridade em termos de necessidades clínicas não satisfeitas”, afirma Notti. "Por exemplo, terapias adotivas com células T são usadas com sucesso para tratar certos sarcomas muito raros. Portanto, poderíamos imaginar usar nossas descobertas para redesenhar a sensibilidade desses receptores, ajustando seu limiar de ativação".

“Esta informação também pode ser usada para o desenvolvimento de vacinas”, acrescenta Walz. "As pessoas nesta área podem agora usar nossas estruturas para ver detalhes refinados sobre as interações entre diferentes antígenos apresentados pelos receptores HLA e de células T. Esses diferentes modos de interação podem ter implicações no funcionamento do receptor - e nas formas de otimizá-lo."

Fontes: