Na última década, a imunoterapia com células T tornou-se um dos desenvolvimentos mais promissores no tratamento do câncer. Essas terapias funcionam treinando o sistema imunológico do próprio paciente para detectar 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 só são eficazes contra alguns tipos de cancro e falham contra a maioria dos outros, por razões que ainda não são claras. Saiba mais sobre seus método de trabalho poderia ajudar a tornar esses tratamentos eficazes para 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 nas terapias com células T. Pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular usaram crio-EM para estudar o receptor em um ambiente bioquímico que se assemelha muito ao seu ambiente nativo. Eles descobriram que o TCR se comporta como uma caixa de boneca, permanecendo compacto até encontrar um antígeno ou outra partícula suspeita, momento em que se abre rapidamente. Este comportamento contradiz os resultados mostrados por estudos anteriores de crio-EM deste receptor.
Os resultados da pesquisa foram publicados em comunicações da naturezapoderia ajudar os pesquisadores a melhorar e expandir o uso da imunoterapia com células T.
“Esta nova compreensão fundamental de como funcionam os sistemas de sinalização pode ajudar a redesenhar a próxima geração de tratamentos”, disse o primeiro autor Ryan Notti, instrutor de pesquisa clínica no laboratório de Walz e pesquisador distinto do Departamento de Medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcomas, ou cânceres que surgem em tecidos moles ou ossos.
“O receptor de células T é na verdade a base para quase toda imunoterapia tumoral, por isso é notável que trabalhemos com este sistema, mas não saibamos realmente como ele funciona – é aí que entra a ciência básica”, disse Walz, especialista mundial em imagens crio-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que meu laboratório realizou até agora.”
Como as células T detectam ameaças
O laboratório de Waltz se concentra na geração de imagens detalhadas de complexos macromoleculares, particularmente proteínas encontradas nas membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com o ambiente. O TCR é um sistema muito complexo. É composto por múltiplas proteínas que permitem às células T reconhecer antígenos exibidos pelos complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. A terapia com células T depende deste processo de reconhecimento para mobilizar o sistema imunológico para combater o câncer.
Embora os cientistas tenham compreendido várias partes do TCR durante anos, os primeiros passos que desencadeiam a sua ativação permanecem indefinidos. Notti, que é médico e investigador, considera esta disparidade particularmente preocupante porque muitos dos seus pacientes com sarcoma não beneficiam da imunoterapia com células T.
“Determinar isso nos ajudará a entender como a informação chega do exterior da célula (onde os HLAs apresentam esses antígenos) para o interior da célula (onde a sinalização ativa as células T)”, disse ele.
Noti recebeu seu Ph.D. Ele obteve seu doutorado em microbiologia estrutural na Universidade Rockefeller antes de ingressar na oncologia e sugeriu a Walz que estudassem juntos essa questão sem resposta.
Reconstruindo o ambiente natural do TCR
O grupo de Walz é conhecido por criar ambientes de membrana personalizados que imitam de perto o ambiente natural das proteínas de membrana. “Podemos alterar a composição bioquímica, a espessura, a tensão e a curvatura da membrana, o tamanho – sabemos que todos esses parâmetros afetam a proteína incorporada”, disse Walz.
Neste estudo, os investigadores decidiram observar os TCRs em condições muito semelhantes às encontradas no interior das células vivas. Eles colocaram o receptor em um nanodisco, uma pequena porção de membrana em forma de disco que é mantida em solução por proteínas de estrutura enroladas em suas bordas. Montar o receptor completo é difícil, e “montar adequadamente todas as oito proteínas no nanodisco é um desafio”, disse Noti.
Estudos estruturais anteriores de TCRs basearam-se em detergentes que muitas vezes removem a membrana circundante. Waltz observa que esta é a primeira vez que os complexos receptores foram restaurados ao seu ambiente de membrana para imagens detalhadas.
Veja os receptores ligados
Depois de incorporar o TCR no nanodisco, os pesquisadores usaram o crio-EM para visualizá-lo. As imagens mostram que os receptores permanecem fechados e compactos quando inativos. No entanto, quando encontra uma molécula apresentadora de antígeno, a estrutura se abre e se estende para fora, assemelhando-se a um movimento amplo.
Os resultados surpreenderam a equipe. “Quando iniciamos este estudo, os dados disponíveis descreviam este complexo como aberto e em expansão em seu estado inativo”, explica Noti. “Tanto quanto todos sabemos, os receptores de células T não sofrem quaisquer alterações conformacionais quando se ligam a estes antígenos. Mas descobrimos que sim, abrindo-se como uma espécie de caixa de boneca”.
Os pesquisadores acreditam que dois fatores tornaram essa descoberta possível. Primeiro, eles recriaram cuidadosamente o ambiente da membrana in vivo do TCR usando a mistura lipídica correta. Em segundo lugar, eles usaram nanodiscos para reinserir os receptores na membrana 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 podem ter removido esta restrição, permitindo que os receptores se abrissem prematuramente.
“O importante é que usamos uma mistura de lipídios semelhante às membranas nativas das células T”, disse Walz. “Se usássemos apenas lipídios modelo, também não veríamos esse estado dormente fechado”.
Impacto nos tratamentos e vacinas contra o câncer
A equipe acredita que suas descobertas podem ajudar a melhorar os tratamentos que dependem de receptores de células T. “Redesenhar as imunoterapias da próxima geração está no topo da lista em termos de necessidades clínicas não atendidas”, disse Noti. “Por exemplo, a terapia adotiva com células T tem sido usada com sucesso para tratar alguns sarcomas muito raros, então poderíamos imaginar usar nossos insights para redesenhar a sensibilidade desses receptores, ajustando seu limiar de ativação”.
Walz também vê aplicações potenciais além do tratamento do câncer. “Essa informação também pode ser usada no projeto de vacinas”, acrescentou. “As pessoas da área agora podem usar nossa estrutura para ver os detalhes das interações entre o HLA e os diferentes antígenos apresentados pelos receptores de células T. Esses diferentes padrões de interação podem ter implicações para a função do receptor e formas de otimizá-lo.”
