Badacze projektu CHOP opracowują stabilne, uniwersalne cząsteczki MHC-I w krótszym czasie

Białka głównego kompleksu zgodności tkankowej klasy I (MHC-I) odgrywają istotną rolę w układzie odpornościowym wszystkich kręgowców szczękowych. MHC-I wyświetla fragmenty peptydowe białek z wnętrza komórki na powierzchnię komórki, „wystawiając” je na działanie układu odpornościowego, który nieustannie skanuje organizm w poszukiwaniu obcych lub toksycznych antygenów. Kiedy obce peptydy zostaną rozpoznane, uruchamiają kaskadę, która pozwala cytotoksycznym limfocytom T wyeliminować intruzów. Proces ten został wykorzystany przy opracowywaniu zarówno szczepionek, jak i immunoterapii, w której naukowcy identyfikują fragmenty peptydów unikalne dla wirusów lub raka, a następnie badają, które limfocyty T rozpoznają te cele i inicjują odpowiedź immunologiczną.

Jednak obecny proces wykorzystywania cząsteczek MHC-I jako sond w opracowywaniu szczepionek i immunoterapii jest żmudny. Cząsteczki MHC-I są niezwykle niestabilne, a wytworzenie tylko jednej z nich może zająć tydzień, co sprawia, że ​​skuteczne przeszukiwanie dużych bibliotek peptydów jest niemożliwe. Teraz naukowcy ze Szpitala Dziecięcego w Filadelfii (CHOP) rozwiązali ten problem, opracowując stabilne, uniwersalne cząsteczki MHC-I, które można szybko wytwarzać na dużą skalę, umożliwiając naukowcom nie tylko szybsze opracowywanie szczepionek i immunoterapii, ale także identyfikację molekuły, które mogłyby To działa szeroko w całej populacji. Wyniki zostały opublikowane dzisiaj Obrady Narodowej Akademii Nauk.

Odkrycia zawarte w tym artykule mogą zrewolucjonizować tę dziedzinę, zarówno pod względem sposobu, w jaki wytwarzamy te cząsteczki, jak i szybkości, z jaką możemy badać skuteczne i kompleksowe immunoterapie. Nie jesteśmy już ograniczeni niestabilnością tych cząsteczek i długim okresem czasu potrzebnym do ich syntezy. Stabilizowane cząsteczki MHC-I mogą przyspieszyć badania przesiewowe i późniejszy rozwój skutecznych terapii”.

Dr Nikolaos J. Sgorkis, starszy autor, profesor nadzwyczajny w Centrum Medycyny Obliczeniowej i Genomicznej Szpitala Dziecięcego w Filadelfii

Naukowcy, kierowani przez członków Sgourakis Lab, Yi Sun, Michaela C. Younga i Claire H. Woodward, ustabilizowali cząsteczki MHC-I, skupiając się na ich trójwymiarowej strukturze. Klasyczne cząsteczki MHC-I składają się z trzech głównych części: antygenu peptydowego składającego się z 8 do 15 aminokwasów; Łańcuch lekki jest taki sam dla wszystkich cząsteczek MHC-I; Łańcuch ciężki jest bardzo polimorficzny. U ludzi MHC-I nazywany jest ludzkim antygenem leukocytarnym lub HLA, który rozszerzył się w wyniku trwającej adaptacji ewolucyjnej u ludzi i obejmuje ponad 35 000 wariantów, z różnymi resztami zlokalizowanymi w rowku, w którym mogą wiązać się peptydy. Ponieważ HLA jest wysoce polimorficzny, różne typy HLA wykazują różne repertuary peptydowe, wiążą różne molekularne białka opiekuńcze i wykazują różne receptory komórek T (TCR), które ostatecznie determinują odpowiedzi immunologiczne i podatność na choroby. Dlatego znalezienie uniwersalnych celów i immunoterapii, które działają na ludzi, było wyzwaniem.

Aby ustabilizować MHC-I i uczynić go użytecznym do uniwersalnego ładowania peptydów i badań przesiewowych, naukowcy skupili się na łańcuchu lekkim cząsteczki, ponieważ jest on konserwowany u różnych gatunków HLA. Łańcuch lekki odgrywa ważną rolę w stabilizacji cząsteczek MHC-I. Gdy łańcuch lekki pęknie, powoduje rozpad cząsteczki głównego kompleksu zgodności tkankowej (MHC-I), w którym to momencie jest zasadniczo wysyłany do recyklingu w celu przyszłego załadowania peptydem i służy jako rodzaj przełącznika „włącz/wyłącz” dla MHC -I cząsteczka. Aby wykorzystać tę podstawową architekturę, naukowcy połączyli łańcuch ciężki z łańcuchem lekkim, stabilizując MHC-I w „otwartej” formie, która jest otwarta na peptydy.

Naukowcy potwierdzili stabilność zmodyfikowanych cząsteczek MHC-I poprzez charakterystykę biofizyczną, stosując jądrowy rezonans magnetyczny (NMR), wykazując, że otwarte cząsteczki MHC-I mają zwiększoną stabilność po załadowaniu peptydami, nawet tymi o niskim lub umiarkowanym powinowactwie. Naukowcy wykazali również, że zmodyfikowane cząsteczki MHC-I promują wymianę peptydów w wielu haplotypach HLA, obejmujących przedstawicieli pięciu cząsteczek HLA-A, sześciu HLA-B i HLA-Ib, które mają wiele różnych izoform. Kluczowym elementem korzystania z tego systemu w celu umożliwienia wysokowydajnej platformy wymiany peptydów było zaprojektowanie niestandardowych „zastępczych” peptydów zawierających nienaturalne modyfikacje aminokwasów, co zostało wykonane w ścisłej współpracy z laboratorium biologa chemicznego, dr George’a Burslema ., na Uniwersytecie Pensylwanii.

„Otwarta platforma MHC-I wykorzystuje minimalne modyfikacje białek w celu wzmocnienia interakcji sieciowania we wszystkich znanych haplotypach HLA, a także oligomerycznych cząsteczkach MR1, które prezentują nieprawidłowe metabolity związane z wieloma nowotworami” – powiedział dr Sgorkis. „Te nowe cząsteczki mogą być wszechstronnym narzędziem do badań przesiewowych epitopów antygenowych, umożliwiającym wykrywanie receptorów o niskiej częstotliwości i modyfikowanych przeciwciał w celu opracowywania terapii celowanych”.

Ta praca była wspierana przez dotacje z NIAID (5R01AI143997), NIDDK (5U01DK112217) i NIGMS (5R35GM125034 i R35GM142505). Dodatkowe wsparcie zapewniono w ramach projektu pilotażowego Fox Chase Cancer Center oraz grantów National Institutes of Health P30CA006927 i T32GM132039.