Nos últimos dez anos, a imunoterapia com células T se destacou como um dos avanços mais promissores no tratamento do câncer. Essas terapias funcionam ao treinar o sistema imunológico do paciente para identificar e eliminar células prejudiciais. Apesar do seu sucesso, os cientistas têm lutado para explicar completamente como esses tratamentos funcionam em nível molecular. Essa falta de entendimento tem dificultado o progresso, especialmente porque as terapias com células T são eficazes apenas para um pequeno número de tipos de câncer e falham na maioria dos outros, por razões que permanecem obscuras. Compreender seu modus operandi poderia tornar essas terapias eficazes para muitos mais pacientes.
Cientistas da Universidade Rockefeller agora revelaram detalhes cruciais sobre o receptor de células T (TCR), um complexo proteico inserido na membrana celular que desempenha um papel central nas terapias com células T. Utilizando cryo-EM, pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular estudaram o receptor em um ambiente bioquímico projetado para se assemelhar ao seu contexto nativo. Eles descobriram que o TCR se comporta como um jack-in-the-box, permanecendo compacto até encontrar um antígeno ou outra partícula suspeita, momento em que se abre rapidamente. Esse comportamento contradiz o que estudos anteriores de cryo-EM tinham revelado sobre o receptor.
As descobertas, publicadas na Nature Communications, podem ajudar os pesquisadores a aprimorar e expandir o uso das imunoterapias com células T.
“Essa nova compreensão fundamental de como o sistema de sinalização funciona pode ajudar a reengenheirar a próxima geração de tratamentos”, diz o autor principal Ryan Notti, instrutor em investigação clínica no laboratório de Walz e bolsista especial no 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 realmente a base de praticamente todas as imunoterapias oncológicas, então é notável que usamos o sistema, mas não temos ideia de como ele realmente funciona – e é aí que a ciência básica entra”, afirma Walz, um especialista mundial em imagens por cryo-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que já saíram do meu laboratório.”
Como as Células T Detectam Ameaças
O laboratório de Walz se concentra na produção de imagens detalhadas de complexos macromoleculares, especialmente proteínas encontradas em membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com o ambiente. O TCR é um desses complexos. Composto por várias proteínas, ele permite que as células T reconheçam antígenos exibidos pelos complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. Esse processo de reconhecimento é o que as terapias com células T utilizam para mobilizar o sistema imunológico contra o câncer.
Embora os cientistas conheçam as partes individuais do TCR há muitos anos, os primeiros passos que desencadeiam sua ativação permanecem elusivos. Notti, que atua tanto como médico quanto como pesquisador, considerou essa lacuna especialmente preocupante, pois muitos de seus pacientes com sarcoma não estavam se beneficiando das imunoterapias com células T.
“Determinar isso nos ajudaria a entender como a informação se desloca do exterior da célula, onde esses antígenos estão sendo apresentados pelos HLAs, para o interior da célula, onde a sinalização ativa a célula T,” afirma.
Notti obteve seu doutorado em microbiologia estrutural na Rockefeller antes de se mudar para oncologia e sugeriu a Walz que investigassem essa questão não respondida juntos.
Reproduzindo o Ambiente Natural do TCR
A equipe de Walz é reconhecida por criar ambientes de membrana personalizados que se assemelham intimamente às condições naturais das proteínas da membrana. “Podemos alterar a composição bioquímica, a espessura da membrana, a tensão e curvatura, o tamanho – todos os tipos de parâmetros que sabemos que influenciam a proteína embutida”, comenta Walz.
Para este estudo, os pesquisadores se propuseram a observar o TCR em condições que se assemelham de perto ao interior de uma célula viva. Eles colocaram o receptor em um nanodisco, uma pequena seção em forma de disco de membrana mantida em solução por uma proteína de suporte envolta em sua borda. Montar o receptor completo foi desafiador, e “conseguir que todas essas oito proteínas fossem corretamente montadas no nanodisco foi complicado”, diz Notti.
Estudos estruturais anteriores do TCR haviam dependido de detergente, que frequentemente remove o membrane circundante. Walz observa que esta foi a primeira vez que o complexo do receptor foi restaurado a um ambiente de membrana para imagens detalhadas.
Visualizando o Receptor Ativar
Uma vez que o TCR estava inserido no nanodisco, os pesquisadores utilizaram cryo-EM para visualizá-lo. As imagens mostraram que o receptor permanece fechado e compacto quando inativo. Contudo, quando encontra uma molécula que apresenta antígeno, a estrutura se abre e se estende, assemelhando-se a um movimento amplo.
O resultado surpreendeu a equipe. “Os dados disponíveis quando começamos esta pesquisa mostravam esse complexo como estando aberto e estendido em seu estado dormente”, explica Notti. “Até onde se sabia, o receptor de células T não sofria mudanças conformacionais ao se ligar a esses antígenos. Mas descobrimos que ele realmente muda, abrindo-se como um tipo de jack-in-the-box.”
Os pesquisadores acreditam que dois fatores tornaram essa descoberta possível. Primeiro, recriaram cuidadosamente o ambiente de membrana in vivo do TCR utilizando a mistura lipídica adequada. Segundo, reinseriram o receptor em uma membrana usando nanodiscs antes de realizar a imagem por cryo-EM. Eles descobriram que uma membrana intacta mantém o receptor em uma posição fechada até que ocorra a ativação. Em estudos anteriores, o detergente pode ter removido essa restrição, permitindo que o receptor se abrisse prematuramente.
“Era importante que usássemos uma mistura lipídica que se assemelhasse à da membrana nativa da célula T”, afirma Walz. “Se tivéssemos apenas usado um modelo lipídico, não teríamos visto esse estado dormente fechado.”
Implicações para Terapias e Vacinas contra o Câncer
A equipe acredita que suas descobertas poderão aprimorar tratamentos que dependem de receptores de células T. “Reengenheirar a próxima geração de imunoterapias é uma das principais necessidades clínicas não atendidas”, diz Notti. “Por exemplo, as terapias com células T adotivas estão sendo usadas com sucesso para tratar certos sarcomas muito raros, então pode-se imaginar usar nossos insights para reengenheirar a sensibilidade desses receptores ajustando seu limiar de ativação.”
Walz também vê aplicações potenciais além da terapia do câncer. “Essas informações podem ser utilizadas para o design de vacinas também”, acrescenta. “As pessoas na área podem agora usar nossas estruturas para ver detalhes refinados sobre as interações entre diferentes antígenos apresentados pelo HLA e os receptores das células T. Esses diferentes modos de interação podem ter implicações sobre como o receptor funciona – e formas de otimizá-lo.”
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