Ny metode til hurtigere og mere præcist at finde antigener, der udløser specifikke immunceller

En celles hemmeligheder kan afsløres af dens overflade, dekoreret med titusinder til hundredtusindvis af molekyler, der hjælper immunceller med at bestemme ven fra fjende. Nogle af de fremspringende molekyler er antigener, der udløser immunsystemet til at angribe, men det kan være svært for forskere at identificere disse antigener, som ofte varierer på tværs af individer, i den molekylære skov.

Et hold af Stanford-forskere ledet af Polly Fordyce, en institutforsker ved Sarafan ChEM-H, har udviklet en ny metode til hurtigere og mere præcist at forudsige, hvilke antigener der vil føre til et stærkt immunrespons. Deres tilgang, som blev rapporteret i Nature Methods den 5. september kunne hjælpe videnskabsmænd med at udvikle mere effektive kræftimmunterapier.

T-celler, en klasse af immunceller, kravler langs og klemmer forbi andre celler, mens de patruljerer kroppen, ved at bruge T-cellereceptorer til molekylært at aflæse peptider eller korte stykker af proteiner - som er vugget i større proteiner kaldet store histokompatibilitetskomplekser (pMHC'er) der rager ud fra celleoverflader. Sunde værtsceller viser en række pMHC'er, der ikke udløser et immunrespons, men når først T-celler genkender sygdomsindikerende peptider, bliver de aktiveret til at finde og dræbe celler, der bærer disse fremmede signaturer. At forstå, hvordan T-celler følsomt adskiller disse antigene peptider fra værtspeptider for at undgå fejlagtigt at dræbe værtsceller, har længe været et mysterium.

"En T-celle kan detektere et enkelt antigent peptid blandt et hav af 10.000 eller 100.000 ikke-antigeniske peptider, der vises på celleoverflader," sagde Fordyce, assisterende professor i bioteknik og genetik.

Nøglen til selektivitet er i T-cellegennemgangen. T-cellers glidning belaster bindingerne mellem receptorer og peptider, og i de fleste tilfælde er den ekstra stress nok til at bryde den binding. Men nogle gange har det den modsatte effekt. Chris Garcia, medforfatter til undersøgelsen og professor i molekylær og cellulær fysiologi og i strukturel biologi, og andre havde allerede vist, at de mest antigene peptider er dem, hvis interaktioner med T-cellereceptorer vokser stærkere som reaktion på glidning.

"Det er lidt ligesom en kinesisk fingerfælde," sagde Fordyce. "Når du trækker lidt i receptor-antigen-interaktionen, varer bindingen faktisk længere."

Cellulær mimik

At identificere de bedste antigen-receptor-par kræver samtidig anvendelse af den glidende kraft mellem et peptid og en T-celle og måling af T-celleaktivering, ideelt tusindvis af gange for at få repeterbare data for mange mulige peptid/T-celle-receptorpar. Men eksisterende metoder er tidskrævende og kan resultere i kun at måle ét peptid med hundredvis af T-celler på en dag.

Studiets første forfatter, postdoktor Yinnian Feng, udviklede et trick, der gør det muligt for holdet at måle 20 unikke peptider, der interagerer med tusindvis af T-celler på mindre end fem timer.

For at lave et forenklet system, der efterligner celler med dinglende peptider, konstruerede de små sfæriske perler af et materiale, der udvider sig ved opvarmning og fæstnede et par molekyler af en given peptid-besat pMHC til deres overflader. Efter at have deponeret en T-celle oven på hver perle og ventet længe nok på, at receptorer kunne binde sig til peptiderne, opvarmede de derefter perlen meget lidt. Perlens ekspansion øger afstanden mellem bindingspunkterne, og den tilsvarende strækning af T-cellen efterligner den kraft, den ville opleve ved at glide langs celler i kroppen. Efter at have udøvet den kraft målte holdet, hvor aktive T-cellerne var.

De kunne udføre hundredvis af individuelle eksperimenter parallelt ved at bruge perler, der hver er mærket med en unik farve, hvilket gør det muligt at spore flere forskellige pMHC'er. De tog to sæt billeder på tværs af hvert dias efter hver kørsel:et sæt, der fortæller dem, hvilket pMHC en given perle viser, og et andet, der fortæller dem, hvor aktiv hver T-celle på toppen af ​​den perle er. Krydsreferencer på disse billeder fortæller dem, hvilke antigener der førte til de stærkeste T-celle-responser.

I denne demonstration af deres platform viste holdet, med 21 unikke peptider, at deres resultater bekræftede kendte aktiverende og ikke-aktiverende peptider for en T-cellereceptor og afslørede et tidligere ukendt antigen, der inducerede et stærkt T-cellerespons. I samarbejde med Garcia-laboratoriet er de også allerede begyndt at løse en udfordring inden for immunterapi:T-cellereceptorerne, der danner de højeste affinitetsinteraktioner med antigener i laboratoriet, aktiveres ofte også af ikke-antigeniske peptider i kroppen, en farlig bivirkning som fører til drab af raske celler. Ved hjælp af deres teknologi karakteriserede holdet T-cellereceptorer, der er udviklet til specifikt at genkende tumorantigener uden reaktivitet uden for målet. I det fremtidige arbejde planlægger de at bygge biblioteker med over 1.000 peptider for at afdække nye antigener.

De håber, at denne tilgang, som er hurtig og kræver få celler, eller en optimeret form af den en dag kan bruges til at forbedre personlige immunterapier.

"Denne platform kan hjælpe med at forbedre indsatsen for at konstruere T-celler, der specifikt målretter mod kræftceller, samt bestemme, hvilke antigener der er i stand til potentielt at aktivere en patients egne T-celler til mere effektivt at målrette mod kræftceller," sagde Fordyce.

Fordyce er medlem af Stanford Bio-X, SPARK og Wu Tsai Neurosciences Institute og er en Chan Zuckerberg Biohub-forsker. Garcia er medlem af Stanford Bio-X, Stanford Cancer Institute, Wu Tsai Neurosciences Institute og en efterforsker fra Howard Hughes Medical Institute. Xiang Zhao og Adam K. White er også forfattere til papiret. + Udforsk yderligere

Omfattende tumorimmunitetskort åbner immunterapi for flere patienter