Cercetătorii CHOP creează molecule MHC universale pentru producție rapidă

Philadelphia, 13 iunie 2023 – Proteinele complexului major de histocompatibilitate clasa I (MHC-I) joacă un rol esențial în sistemul imunitar al tuturor vertebratelor cu falci. MHC-I afișează fragmente peptidice de proteine ​​din interiorul celulei pe suprafața celulei, „expunându-le” sistemului imunitar, care scanează constant organismul pentru antigene străine sau toxice. Când peptidele străine sunt recunoscute, ele declanșează o cascadă care permite celulelor T citotoxice să elimine intrușii. Acest proces a fost exploatat în dezvoltarea atât a vaccinurilor, cât și a imunoterapiei, în care cercetătorii identifică fragmente de peptide unice pentru viruși sau cancer și apoi evaluează celulele T care recunosc acele ținte și inițiază un răspuns imun.

Cu toate acestea, procesul actual de utilizare a moleculelor MHC-I ca sonde în dezvoltarea de vaccinuri și imunoterapie este anevoios. Moleculele MHC-I sunt extrem de instabile și poate dura o săptămână pentru a face doar una dintre aceste molecule, ceea ce face ca screening-ul de biblioteci mari de peptide să fie eficient. Acum, cercetătorii de la Spitalul de Copii din Philadelphia (CHOP) au rezolvat această problemă prin proiectarea de molecule MHC-I stabile, universale, care pot fi produse rapid la scară largă, permițând cercetătorilor nu numai să dezvolte vaccinuri și imunoterapii mai rapid, ci și să identifice molecule care ar putea Funcționează pe scară largă în întreaga populație. descoperirile A fost publicat astăzi în Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Descoperirile din această lucrare au potențialul de a revoluționa domeniul, atât în ​​modul în care producem aceste molecule, cât și în rata cu care putem examina imunoterapii eficiente și cuprinzătoare”, a spus autorul principal. Nikolaos J. Sgorkisdr., conferențiar Centrul de Medicină Computațională și Genomică La Spitalul de Copii din Philadelphia. „Nu mai suntem constrânși de instabilitatea acestor molecule și de timpul lung necesar pentru a le sintetiza. Moleculele MHC-I stabilizate pot accelera screening-ul și dezvoltarea ulterioară a terapiilor eficiente.”

LED Laboratorul Sgorkes Membrii Yi Sun, Michael C. Young și Claire H. Woodward, cercetătorii au stabilizat moleculele MHC-I concentrându-se pe structura lor tridimensională. Moleculele clasice de MHC-I constau din trei părți principale: un antigen peptidic format din 8 până la 15 aminoacizi; Lanțul ușor este același pentru toate moleculele MHC-I; Lanțul greu este foarte polimorf. La om, MHC-I se numește antigen leucocitar uman sau HLA, care s-a extins datorită adaptării evolutive în curs de desfășurare la om pentru a include mai mult de 35.000 de variante, cu o varietate de reziduuri diferite situate pe canalul unde peptidele se pot lega. Deoarece HLA este extrem de polimorf, diferitele tipuri de HLA afișează diferite repertorii de peptide, leagă diferite chaperone moleculare și prezintă diferiți receptori de celule T (TCR), care determină în cele din urmă răspunsurile imune și susceptibilitatea bolii. Astfel, găsirea țintelor universale și a imunoterapiilor care funcționează pentru oameni a fost o provocare.

Pentru a stabiliza MHC-I și a-l face util pentru încărcarea și screeningul universal de peptide, cercetătorii s-au concentrat pe lanțul ușor al moleculei, deoarece este conservat în speciile HLA. Lanțul ușor joacă un rol important în stabilizarea moleculelor MHC-I. Odată ce lanțul ușor se rupe, declanșează dezasamblarea moleculei MHC-I, moment în care este trimisă în esență spre reciclare pentru încărcarea viitoare cu peptide, acționând ca un fel de comutator „pornit/oprit” pentru molecula MHC-I. Pentru a exploata această arhitectură de bază, cercetătorii au legat lanțul greu de lanțul ușor, stabilizând MHC-I într-o formă „deschisă”, care este receptivă la peptide.

Cercetătorii au confirmat stabilitatea moleculelor MHC-I proiectate prin caracterizare biofizică, folosind rezonanța magnetică nucleară (RMN), demonstrând că moleculele MHC-I deschise au avut o stabilitate sporită atunci când sunt încărcate cu peptide, chiar și cele cu afinitate scăzută până la moderată. Cercetătorii au arătat, de asemenea, că moleculele MHC-I proiectate promovează schimbul de peptide între mai multe haplotipuri HLA, acoperind reprezentanți ai cinci molecule HLA-A, șase HLA-B și HLA-Ib, care au multe izoforme diferite. O componentă cheie a utilizării acestui sistem pentru a permite o platformă de schimb de peptide cu randament ridicat a fost proiectarea de peptide personalizate „substituent” care conțin modificări nenaturale de aminoacizi, care a fost realizată în strânsă colaborare cu laborator Biologul chimist George Burslem, Ph.D., de la Universitatea din Pennsylvania.

„Platforma deschisă MHC-I profită de modificările minime ale proteinei pentru a îmbunătăți interacțiunile de reticulare între toate haplotipurile HLA cunoscute, precum și moleculele oligomerice MR1 care prezintă metaboliți aberanți asociati cu multe tumori”, a spus dr. Sgourakis. „Aceste noi molecule ar putea fi un instrument versatil pentru screening-ul epitopilor antigenici, permițând descoperirea receptorilor de joasă frecvență și a anticorpilor proiectați pentru dezvoltarea de terapii țintite”.

Această activitate a fost susținută de granturi de la NIAID (5R01AI143997), NIDDK (5U01DK112217) și NIGMS (5R35GM125034 și R35GM142505). Sprijin suplimentar a fost oferit de grantul Fox Chase Cancer Center Pilot Project și de subvențiile National Institutes of Health P30CA006927 și T32GM132039.

Sun Y, Young MC, Woodward CH, Danon JN, Truong HV, Gupta S, Winters TJ, Font-Burgada J, Burslem GM, Sgourakis NG. „Molecule MHC-I globale deschise pentru încărcarea rapidă a peptidelor și promovarea stabilității complexe în fenotipurile HLA”, Proceedings of the National Academy of Sciences, online 13 iunie 2023, DOI: 10.1073/pnas.2304055120.

#

Despre Spitalul de Copii din Philadelphia: Spitalul de Copii din Philadelphia, o organizație caritabilă nonprofit, a fost fondată în 1855 ca primul spital de copii din țară. Prin angajamentul său de lungă durată față de îngrijirea excepțională a pacienților, instruirea noilor generații de profesioniști din domeniul sănătății pediatrice și inițiativele cheie de cercetare inovatoare, spitalul cu 595 de paturi a promovat multe descoperiri de care au beneficiat copiii din întreaga lume. Programul său de cercetare pediatrică este printre cele mai mari din țară. Organizația are o istorie bine stabilită de a oferi îngrijiri pediatrice avansate aproape de casă Rețeaua de îngrijire CHOPcare include peste 50 de cabinete de îngrijire primară, îngrijire de specialitate, centre chirurgicale, centre de îngrijire urgentă și alianțe de spitale comunitare din Pennsylvania și New Jersey, precum și Un nou spital de internare