Nos últimos dez anos, a imunoterapia com células T tornou-se um dos desenvolvimentos mais promissores no tratamento do câncer. Esses tratamentos funcionam treinando o sistema imunológico do próprio paciente para identificar 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, particularmente porque a terapia com células T funciona bem apenas num pequeno número de tipos de cancro e não funciona na maioria dos outros por razões que permanecem obscuras. Tendo uma ideia deles maneira de trabalhar pode ajudar a disponibilizar esses tratamentos para muito mais pacientes.
Cientistas da Universidade Rockefeller descobriram agora detalhes importantes sobre o receptor de células T (TCR), um complexo proteico incorporado na membrana celular que desempenha um papel central na terapia com células T. Usando crio-EM, pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular estudaram o receptor sob condições bioquímicas projetadas para se assemelharem ao seu ambiente nativo. Eles descobriram que o TCR se comporta como uma caixa automática, permanecendo compacto até encontrar um antígeno ou outra partícula suspeita, momento em que se desdobra rapidamente. Este comportamento é contrário ao que estudos anteriores de crio-EM do receptor mostraram.
Resultados publicados em Comunicações 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 moldar a próxima geração de tratamentos”, diz o primeiro autor Ryan Noti, instrutor de investigação clínica no laboratório Waltz e membro especial do Departamento de Medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcoma, ou cancros que surgem nos tecidos moles ou nos ossos.
“O receptor de células T é realmente a base de quase todas as imunoterapias para o cancro, por isso é surpreendente que utilizemos este sistema, mas não tenhamos ideia de como funciona realmente – e é aí que entra a ciência básica”, diz Waltz, especialista mundial em imagens crio-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que já saiu do meu laboratório.”
Como as células T detectam ameaças
O laboratório de Walz se concentra na criação de imagens detalhadas de complexos macromoleculares, especialmente as proteínas encontradas nas membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com seu ambiente. O TCR é um desses complexos. Composto por diversas proteínas, permite que as células T reconheçam antígenos exibidos pelos complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. É nesse processo de reconhecimento que a terapia com células T se baseia para mobilizar o sistema imunológico contra o câncer.
Embora os cientistas conheçam as partes individuais do TCR há anos, os primeiros passos que desencadeiam a sua ativação permanecem indefinidos. Noti, que trabalha como médico e investigador, considerou esta lacuna particularmente preocupante porque muitos dos seus pacientes com sarcoma não beneficiaram da imunoterapia com células T.
“Determinar isso nos ajudaria a entender como a informação vai do exterior da célula, onde esses antígenos são apresentados pelo HLA, para o interior da célula, onde a sinalização envolve a célula T”, afirma.
Naughty recebeu seu Ph.D. em microbiologia estrutural na Rockefeller antes de mudar para oncologia, e sugeriu que Waltz explorassem juntos essa questão sem resposta.
Restauração do ambiente natural do TCR
A equipe de Walz é conhecida por criar ambientes de membrana especiais 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 afetam a forma como a proteína é incorporada”, diz Waltz.
Para este estudo, os investigadores optaram por observar o TCR em condições que se assemelham muito às encontradas no interior de uma célula viva. Eles colocaram o receptor em um nanodisco, um pequeno pedaço de membrana em forma de disco mantido em solução por uma proteína de estrutura enrolada em sua borda. Montar o receptor completo foi difícil, e “fazer todas essas oito proteínas adequadamente em um nanodisco foi um desafio”, diz Noti.
Estudos estruturais anteriores do TCR basearam-se em um detergente que frequentemente remove a membrana circundante. Waltz observa que esta foi a primeira vez que um complexo receptor foi reconstituído em um ambiente de membrana para imagens detalhadas.
Vendo a ativação do receptor
Depois que o TCR foi incorporado ao nanodisco, os pesquisadores usaram o crio-EM para visualizá-lo. As imagens mostraram que o receptor permanece fechado e compacto quando inativo. No entanto, quando encontra uma molécula apresentadora de antígeno, a estrutura se abre e se expande para fora, assemelhando-se a um movimento amplo.
O resultado surpreendeu a equipe. “Os dados disponíveis quando iniciamos este estudo retratavam este complexo como aberto e estendido em repouso”, explica Noti. “Até onde se sabia, o receptor de células T não sofreu nenhuma alteração conformacional ao se ligar a esses antígenos. Mas descobrimos que isso acontece ao se abrir como uma espécie de caixa de surpresas.”
Os pesquisadores acreditam que essa descoberta foi possível por dois fatores. Primeiro, eles recriaram cuidadosamente o ambiente da membrana do TCR in vivo usando a mistura lipídica correta. Em segundo lugar, eles reinseriram o receptor na membrana usando nanodiscos antes de realizar imagens crio-EM. Eles descobriram que a membrana intacta mantém o receptor em uma posição fechada até que ocorra a ativação. Em estudos anteriores, um detergente poderia superar esta limitação, permitindo que o receptor se abrisse prematuramente.
“Era importante usarmos uma mistura lipídica que se assemelhasse à membrana nativa das células T”, diz Waltz. “Se tivéssemos usado apenas o modelo lipídico, também não teríamos visto esse estado de repouso fechado”.
Implicações para o tratamento do câncer e vacinas
A equipe acredita que suas descobertas podem ajudar a melhorar os tratamentos que dependem de receptores de células T. “O desenvolvimento da próxima geração de imunoterapias está no topo da lista de necessidades clínicas não atendidas”, diz Noti. “Por exemplo, a terapia adotiva com células T tem sido usada com sucesso para tratar alguns sarcomas muito raros, por isso é concebível que possamos usar o nosso conhecimento para reprogramar a sensibilidade destes receptores, ajustando o limiar para a sua ativação.”
Walz também vê aplicações potenciais além da terapia do câncer. “Essa informação também pode ser usada para desenvolver uma vacina”, acrescenta. “As pessoas da área agora podem usar nossas estruturas para ver detalhes mais sutis das interações entre os diferentes antígenos apresentados pelos receptores HLA e de células T. Essas diferentes formas de interação podem ter algum efeito sobre o funcionamento do receptor – e como ele pode ser otimizado.”
