Nos últimos dez anos, a imunoterapia com células T emergiu como um dos desenvolvimentos mais promissores no tratamento do câncer. Essas terapias funcionam treinando o sistema imunológico do paciente para reconhecer e destruir células perigosas. Apesar do seu sucesso, os cientistas têm lutado para explicar completamente como estes tratamentos funcionam a nível molecular. Esta falta de compreensão atrasou o progresso, especialmente porque as terapias com células T funcionam bem apenas para um pequeno número de cancros e falham na maioria dos outros, por razões que permanecem obscuras. Obtenha informações sobre eles maneira de trabalhar Pode ajudar a tornar essas terapias eficazes para muito mais pacientes.
Cientistas da Universidade Rockefeller descobriram agora detalhes importantes sobre o receptor de células T (TCR), um complexo proteico incorporado nas membranas celulares que desempenha um papel central na terapia com células T. Usando crio-EM, pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular estudaram o receptor em um ambiente bioquímico que se assemelhava muito ao seu ambiente nativo. Eles descobriram que o TCR se comporta como uma caixa automática, abrindo-se rapidamente até encontrar um antígeno ou outra partícula suspeita. Este comportamento contradiz o que estudos anteriores de crio-EM do receptor haviam mostrado.
Resultados, publicados Comunicação da naturezaPode ajudar os pesquisadores a melhorar e expandir o uso da imunoterapia com células T.
“Esta nova compreensão fundamental de como funciona o sistema de sinalização pode ajudar a reprojetar a próxima geração de tratamentos”, disse o primeiro autor Ryan Naughty, instrutor de investigação clínica no laboratório de Walz e membro especial do Departamento de Medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcoma, ou cancros benignos.
“O receptor de células T é realmente a base de praticamente toda imunoterapia oncológica, por isso é incrível que usemos o sistema, mas não tenhamos ideia de como ele realmente funciona – e é aí que entra a ciência básica”, disse Walz, especialista mundial em imagens crio-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que saíram do meu laboratório.”
Como as células T detectam ameaças
O laboratório de Walz se concentra na criação de imagens detalhadas de complexos macromoleculares, particularmente das proteínas encontradas nas membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com o ambiente. TCR é tão complexo. Composto por múltiplas proteínas, permite que as células T reconheçam antígenos exibidos pelo complexo antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. Este processo de reconhecimento é o que as terapias com células T dependem para mobilizar o sistema imunológico contra o câncer.
Embora os cientistas conheçam as partes individuais do TCR há muitos anos, os primeiros passos que desencadeiam a sua ativação permanecem indefinidos. Knotty, que trabalha como médico e investigador, considera esta lacuna particularmente preocupante porque muitos dos seus pacientes com sarcoma não estão a beneficiar da imunoterapia com células T.
“Determinar isso nos ajudará a entender como a informação vem de fora da célula, de onde esses antígenos são apresentados ao interior da célula pelos HLAs, onde o sinal ativa a célula T”, diz ele.
Knotty obteve seu Ph.D. em microbiologia estrutural na Rockefeller antes de passar para a oncologia, e sugeriu a Walz que investigassem juntos essa questão sem resposta.
Reconstruindo o ambiente natural do TCR
A equipe de Walz é conhecida por criar ambientes de membrana personalizados que imitam de perto o ambiente natural das 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 efeito nas proteínas incorporadas”, disse Walz.
Para este estudo, os investigadores começaram a observar o TCR em condições semelhantes às do interior das células vivas. Eles colocaram o receptor em um nanodisco, um pequeno pedaço de membrana em forma de disco mantido em solução por uma proteína-estrutura enrolada em sua borda. Montar todo o receptor foi difícil, e “montar essas oito proteínas corretamente no nanodisco foi um desafio”, diz Naughty.
Estudos estruturais anteriores de TCRs baseavam-se em detergentes, que frequentemente removiam a membrana circundante. Walz observa que esta é a primeira vez que o complexo receptor foi reconstituído em um ambiente de membrana para imagens detalhadas.
Veja o receptor ligado
Depois que o TCR foi incorporado ao nanodisco, os pesquisadores usaram o crio-EM para visualizá-lo. As imagens mostram que o receptor permanece fechado e compacto no estado inativo. Quando encontra uma molécula apresentadora de antígeno, entretanto, a estrutura se abre e se estende para fora, assemelhando-se a um movimento expansivo.
Os resultados surpreenderam a equipe. “Os dados que estavam disponíveis quando iniciamos este estudo retratavam este complexo como aberto e em expansão no seu estado dormente”, explicou Notty. “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 abre como uma espécie de caixa de surpresas.”
Os pesquisadores acreditam que dois fatores tornaram essa descoberta possível. Primeiro, eles reconstituíram o TCR num ambiente de membrana in vivo usando a mistura lipídica correta. Em segundo lugar, eles reintroduziram o receptor em uma membrana usando nanodiscos antes de realizar imagens crio-EM. Eles descobriram que uma membrana intacta mantém o receptor em uma posição fechada até que ocorra a ativação. Em estudos anteriores, os detergentes poderiam remover esta inibição, permitindo que o receptor se abrisse prematuramente.
“Era importante usarmos uma mistura lipídica que se assemelhasse à membrana das células T nativas”, disse Walz. “Se estivéssemos usando apenas um modelo lipídico, nem veríamos essa dormência fechada”.
Implicações para a terapia do câncer e vacinas
A equipe acredita que suas descobertas podem ajudar a melhorar os tratamentos que dependem de receptores de células T. “A reengenharia de imunoterapias de próxima geração está no topo da lista em termos de necessidades clínicas não atendidas”, disse Naughty. “Por exemplo, as terapias adotivas com células T estão sendo usadas com sucesso para tratar alguns sarcomas muito raros, então poderíamos imaginar usar nossos insights para reprojetar a sensibilidade desses receptores, ajustando seu limiar de ativação”.
Walz vê aplicações potenciais além da terapia do câncer. “Esta informação também pode ser usada para o desenho de vacinas”, acrescentou. “As pessoas da área agora podem usar nossa estrutura para ver detalhes refinados sobre as interações entre o HLA e os diferentes antígenos apresentados pelo receptor de células T. Diferentes modos de interação podem ter algumas implicações sobre como o receptor funciona – e maneiras de otimizá-lo.”
