Naukowcy CHOP tworzą uniwersalne cząsteczki MHC do szybkiej produkcji

Filadelfia, 13 czerwca 2023 r. — 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 komórkom 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. znaleziska Została ona opublikowana dzisiaj w Proceedings of the National Academy of Sciences.

„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” – powiedział starszy autor. Nikolaos J. Sgorkisdr hab., profesor nadzwyczajny Centrum Medycyny Obliczeniowej i Genomicznej W Szpitalu Dziecięcym w Filadelfii. „Nie jesteśmy już ograniczeni niestabilnością tych cząsteczek i długimi ramami czasowymi potrzebnymi do ich syntezy. Stabilizowane cząsteczki MHC-I mogą przyspieszyć badania przesiewowe i późniejszy rozwój skutecznych terapii.”

prowadzony Laboratorium Sgorkesa Członkowie Yi Sun, Michael C. Young i Claire H. Woodward ustabilizowali molekuły 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 peptydów, 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 pęka, powoduje rozpad cząsteczki MHC-I, w którym to momencie jest zasadniczo wysyłany do recyklingu w celu przyszłego załadowania peptydem, działając jako swego rodzaju przełącznik „włącz/wyłącz” dla cząsteczki MHC-I. 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 typach HLA, obejmujących przedstawicieli pięciu cząsteczek HLA-A, sześciu HLA-B i HLA-Ib, które mają wiele różnych izoform. Kluczowym elementem wykorzystania 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 Biolog chemik George Burslem, Ph.D., z University of Pennsylvania.

„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 Sgourakis. „Te nowe cząsteczki mogą być wszechstronnym narzędziem do badań przesiewowych epitopów antygenowych, umożliwiając odkrywanie 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.

Sun Y, Young MC, Woodward CH, Danon JN, Truong HV, Gupta S, Winters TJ, Font-Burgada J, Burslem GM, Sgourakis NG. „Globalne otwarte cząsteczki MHC-I do szybkiego ładowania peptydów i promowania złożonej stabilności w fenotypach HLA”, Proceedings of the National Academy of Sciences, online, 13 czerwca 2023 r., DOI: 10.1073/pnas.2304055120.

#

O Szpitalu Dziecięcym w Filadelfii: Szpital Dziecięcy w Filadelfii, organizacja charytatywna typu non-profit, została założona w 1855 roku jako pierwszy szpital dziecięcy w kraju. Dzięki wieloletniemu zaangażowaniu w zapewnianie wyjątkowej opieki nad pacjentami, szkoleniu nowych pokoleń pracowników służby zdrowia dziecięcej oraz przełomowym kluczowym inicjatywom badawczym szpital na 595 łóżek przyczynił się do wielu odkryć, które przyniosły korzyści dzieciom na całym świecie. Jego program badań pediatrycznych należy do największych w kraju. Organizacja ma ugruntowaną historię świadczenia zaawansowanej opieki pediatrycznej blisko domu Sieć opieki CHOPktóra obejmuje ponad 50 przychodni podstawowej opieki zdrowotnej, opieki specjalistycznej, centrów chirurgicznych, ośrodków pilnej opieki i sojuszy szpitali społecznych w całej Pensylwanii i New Jersey, a także Nowy szpital stacjonarny