Uma troca oculta de células T pode fazer a imunoterapia contra o câncer funcionar para mais pessoas

Cientistas da Universidade Rockefeller descobriram agora detalhes cruciais sobre o receptor de células T (TCR), um complexo proteico incorporado na membrana celular que desempenha um papel central nas terapias com células T. Usando crio-EM, pesquisadores do Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular estudaram o receptor em um ambiente bioquímico projetado para se parecer muito com seu meio 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 abre rapidamente. Este comportamento contradiz o que estudos anteriores de crio-EM do receptor haviam mostrado.

As descobertas, publicadas em Comunicações da Naturezapoderia ajudar os pesquisadores a melhorar e expandir o uso de imunoterapias com células T.

“Esta nova compreensão fundamental de como funciona o sistema de sinalização pode ajudar a reprojetar a próxima geração de tratamentos”, diz o primeiro autor Ryan Notti, instrutor de investigação clínica no laboratório de Walz e membro especial do Departamento de Medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcomas, ou cancros que surgem em tecidos moles ou ossos.

“O receptor de células T é realmente a base de praticamente todas as imunoterapias oncológicas, por isso é notável que usemos o sistema, mas não tenhamos ideia de como ele realmente funciona – e é aí que entra a ciência básica”, diz Walz, especialista mundial em imagens crio-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes já realizados em 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 nas membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com o ambiente. O TCR é um desses complexos. Composto por múltiplas proteínas, permite que as células T reconheçam antígenos exibidos pelos complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. Este processo de reconhecimento é o que as terapias com células T dependem 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 a sua ativação permanecem indefinidos. Notti, que trabalha como médico e investigador, considerou esta lacuna especialmente preocupante porque muitos dos seus pacientes com sarcoma não estavam a beneficiar de imunoterapias com células T.

“Determinar isso nos ajudaria a entender como a informação chega de fora da célula, onde esses antígenos estão sendo apresentados pelos HLAs, para o interior da célula, onde a sinalização ativa a célula T”, diz ele.

Notti obteve seu Ph.D. em microbiologia estrutural na Rockefeller antes de passar para a oncologia, e sugeriu a Walz que investigassem juntos essa questão sem resposta.

Reconstruindo o Ambiente Natural do TCR

A equipe de Walz é conhecida por criar ambientes de membrana personalizados 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 têm influência na proteína incorporada”, diz Walz.

Para este estudo, os investigadores decidiram observar o TCR em condições que se assemelham muito às do interior de uma célula viva. Eles colocaram o receptor em um nanodisco, uma pequena seção de membrana em forma de disco mantida em solução por uma proteína-estrutura enrolada em sua borda. Montar o receptor completo foi difícil, e “colocar todas essas oito proteínas adequadamente montadas no nanodisco foi um desafio”, diz Notti.

Estudos estruturais anteriores do TCR basearam-se em detergente, que muitas vezes remove a membrana circundante. Walz observa que esta foi a primeira vez que o complexo receptor foi restaurado em um ambiente de membrana para imagens detalhadas.

Vendo o receptor ligado

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. Quando encontra uma molécula apresentadora de antígeno, entretanto, a estrutura se abre e se estende para fora, assemelhando-se a um movimento de amplo alcance.

O resultado surpreendeu a equipe. “Os dados que estavam disponíveis quando iniciamos esta pesquisa retratavam este complexo como sendo aberto e ampliado em seu estado dormente”, explica Notti. “Tanto quanto se sabia, o receptor de células T não sofreu nenhuma alteração conformacional ao se ligar a esses antígenos. Mas descobrimos que sim, abrindo-se como uma espécie de caixa de surpresas.”

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 reinseriram o receptor em uma membrana usando nanodiscos 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, o detergente pode ter removido esta restrição, permitindo que o receptor se abrisse prematuramente.

“Era importante usarmos uma mistura lipídica semelhante à da membrana das células T nativas”, diz Walz. “Se tivéssemos usado apenas um modelo lipídico, também não teríamos visto esse estado dormente fechado.”

Implicações para terapias e vacinas contra o câncer

A equipe acredita que suas descobertas podem ajudar a melhorar os tratamentos que dependem de receptores de células T. “A reengenharia da próxima geração de imunoterapias está no topo das paradas em termos de necessidades clínicas não atendidas”, diz Notti. “Por exemplo, as terapias adotivas com células T estão sendo usadas com sucesso para tratar certos sarcomas muito raros, então poderíamos imaginar usar nossos insights para reprojetar a sensibilidade desses receptores, ajustando seu limiar de ativação”.

Walz também vê aplicações potenciais além da terapia do câncer. “Esta informação também pode ser usada para o desenho de vacinas”, acrescenta. “As pessoas da área agora podem usar nossas estruturas para ver detalhes refinados sobre as interações entre os diferentes antígenos apresentados pelos receptores HLA e de células T. Esses diferentes modos de interação podem ter alguma implicação no funcionamento do receptor – e nas maneiras de otimizá-lo.”