Nové nálezy kryo-EM by mohli spôsobiť revolúciu v dizajne imunoterapie T-buniek

Nové nálezy kryo-EM by mohli spôsobiť revolúciu v dizajne imunoterapie T-buniek

Jedným z najzaujímavejších pokrokov v liečbe rakoviny za posledné desaťročie je vývoj T-bunkových imunoterapií, ktoré trénujú vlastný imunitný systém pacienta, aby rozpoznal a napadol nebezpečné bunky. Vedci však doteraz nedokázali komplexne pochopiť, ako vlastne fungujú. To predstavovalo významné obmedzenie, pretože zatiaľ čo imunoterapie T-buniek sú vysoko účinné pri určitých druhoch rakoviny, vo väčšine z nich sú neúčinné – a dôvody sú nejasné. rozumiešPostupmôže byť prínosom pre oveľa väčšiu skupinu pacientov s rakovinou.

Teraz výskumníci z Rockefellerovej univerzity odhalili kľúčové podrobnosti o T-bunkovom receptore (TCR), ktorý je zabudovaný v bunkovej membráne a nevyhnutný pre T-bunkové terapie. Pomocou kryo-EM na zobrazenie proteínu v biochemickom prostredí, ktoré replikuje jeho prirodzené prostredie, výskumníci z Laboratória molekulárnej elektrónovej mikroskopie zistili, že receptor je akýmsi záchytným vakom, ktorý sa otvorí, keď sa mu dostane antigén alebo podobne podozrivá častica. Tento objav je v rozpore so všetkými predchádzajúcimi kryo-EM štúdiami komplexu.

Nové zistenie, publikované v rKomunikácia prírodymá potenciál zdokonaliť a rozšíriť T bunkové terapie.

„Toto nové, základné pochopenie toho, ako funguje signalizačný systém, môže pomôcť prepracovať ďalšiu generáciu liečby,“ hovorí hlavný autor Ryan Notti, klinický inštruktor vo Walzovom laboratóriu a špeciálny docent na oddelení medicíny v Memorial Sloan Kettering Cancer Center, kde lieči pacientov so sarkómami alebo rakovinou, ktorá vzniká v mäkkých tkanivách alebo kostiach.

„T-bunkový receptor je vlastne základom prakticky všetkých onkologických imunoterapií, takže je pozoruhodné, že tento systém používame, ale netušíme, ako v skutočnosti funguje – a tu prichádza na rad základná veda,“ hovorí Walz, globálny odborník na kryo-EM zobrazovanie. "Toto je jedna z najdôležitejších prác, ktoré kedy vyšli z môjho laboratória."

Aktivácia T buniek

Walzovo laboratórium sa špecializuje na vizualizáciu makromolekulárnych komplexov, najmä proteínov bunkovej membrány, ktoré sprostredkúvajú interakcie medzi vnútrom a exteriérom bunky. TCR je jedným z takýchto komplexov. Táto komplikovaná multiproteínová štruktúra umožňuje T bunkám rozpoznať a reagovať na antigény prezentované komplexmi ľudského leukocytového antigénu (HLA) iných buniek. T bunkové terapie využili túto reakciu na zapojenie vlastného imunitného systému pacienta do boja proti rakovine.

Ale zatiaľ čo komponenty TCR sú známe už desaťročia, najskoršie kroky v jeho aktivácii zostali neznáme. Ako lekár a vedec bol Notti frustrovaný touto medzerou vo vedomostiach: Mnohí z jeho pacientov so sarkómom nevyužívali výhody imunoterapie T-buniek a on chcel pochopiť prečo.

Toto zistenie by nám pomohlo pochopiť, ako sa informácie zvonku bunky, kde sú tieto antigény prezentované HLA, dostanú do vnútra bunky, kde sa signalizácia zapne na T bunku.

Ryan Notti, Rockefellerova univerzita

Notti, ktorý získal titul Ph.D. Doktorát zo štrukturálnej mikrobiológie získal u Rockefellera a potom sa zameral na onkológiu a navrhol Walzovi, aby to preskúmal.

Od membrán na mieru až po vylepšené imunoterapie a vakcíny

Walzova skupina sa špecializuje na vývoj prispôsobených membránových prostredí, ktorých cieľom je napodobňovať prirodzené prostredie určitých membránových proteínov. "Môžeme zmeniť biochemické zloženie, hrúbku membrány, napätie a zakrivenie, veľkosť - všetky druhy parametrov, o ktorých vieme, že majú vplyv na vložený proteín," hovorí Walz.

Pre štúdiu chceli vedci vytvoriť prirodzené prostredie pre TCR a sledovať, ako sa správa. Aby to urobili, umiestnia receptor do nanodisku, malého kúsku membrány v tvare disku, ktorý je držaný v roztoku pomocou lešenia, ktoré sa obopína okolo okraja disku. Nebola to ľahká úloha; "Bola to výzva správne integrovať všetkých osem týchto proteínov do nanodisku, " hovorí Notti.

Všetky štrukturálne práce na TCR sa doteraz robili v detergente, ktorý má tendenciu oddeľovať membránu od proteínu. Toto bola prvá štúdia, ktorá znovu začlenila komplex do membrány, poznamenáva Walz.

Potom začali kryo-EM zobrazovanie. Tieto obrázky ukázali, že receptor T buniek mal pri odpočinku uzavretý kompaktný tvar. Po aktivácii molekulou prezentujúcou antigén sa otvorila a natiahla, akoby roztiahla svoje ruky.

To bolo hlboké prekvapenie. "Údaje dostupné na začiatku tohto výskumu ukázali, že tento komplex bol otvorený a rozšírený vo svojom pokojovom stave," vysvetľuje Notti. "Pokiaľ niekto vedel, receptor T-buniek neprešiel žiadnymi konformačnými zmenami, keď sa naviazal na tieto antigény. Zistili sme však, že sa otvoril a otvoril sa ako nejaký druh jack-in-the-boxu."

Vedci majú podozrenie, že kombinácia dvoch kľúčových metód umožnila ich nový pohľad. Najprv zostavili správny membránový lipidový koktail na reprodukciu TCRin vivoŽivotné prostredie. A po druhé, vrátili receptor do tohto membránového prostredia pomocou nanodiskov pred kryo-EM analýzou. Zistili, že neporušená membrána je kľúčová, pretože drží TCR na mieste, kým sa neaktivuje. Odstránením membrány čistiacim prostriedkom predchádzajúce štúdie náhodne uvoľnili západku jack-in-the-boxu, čo spôsobilo jej predčasné otvorenie.

"Bolo dôležité, že sme použili lipidovú zmes, ktorá bola podobná zmesi natívnej T bunkovej membrány," hovorí Walz. "Ak by sme použili iba modelový lipid, nevideli by sme ani tento uzavretý pokojový stav."

Vedci sú nadšení z potenciálu ich zistení na optimalizáciu terapií založených na receptoroch T buniek. „Prepracovanie ďalšej generácie imunoterapií je prioritou z hľadiska nenaplnených klinických potrieb,“ hovorí Notti. "Napríklad adoptívne T-bunkové terapie sa úspešne používajú na liečbu určitých veľmi zriedkavých sarkómov. Takže si možno predstaviť, že by sa naše zistenia využili na prepracovanie citlivosti týchto receptorov úpravou ich aktivačného prahu."

„Tieto informácie možno použiť aj na vývoj vakcín,“ dodáva Walz. "Ľudia v tejto oblasti môžu teraz použiť naše štruktúry, aby videli prepracované detaily o interakciách medzi rôznymi antigénmi prezentovanými receptormi HLA a T buniek. Tieto rôzne spôsoby interakcie by mohli mať dôsledky na to, ako receptor funguje - a spôsoby, ako ho optimalizovať."

Zdroje: