محققان CHOP مولکول های پایدار و جهانی MHC-I را در یک بازه زمانی کوتاه تر مهندسی می کنند

پروتئین های مجتمع اصلی سازگاری بافتی کلاس I (MHC-I) نقش اساسی در سیستم ایمنی تمام مهره داران فک دار دارند. MHC-I قطعات پپتیدی پروتئین‌ها را از داخل سلول روی سطح سلول نشان می‌دهد و آنها را به سیستم ایمنی ارائه می‌کند، که دائماً بدن را برای آنتی‌ژن‌های خارجی یا سمی اسکن می‌کند. هنگامی که پپتیدهای خارجی شناسایی می شوند، آبشاری ایجاد می کنند که به سلول های T سیتوتوکسیک اجازه می دهد تا متجاوزان را از بین ببرند. این فرآیند در توسعه واکسن‌ها و ایمونوتراپی مورد استفاده قرار گرفته است که در آن محققان قطعات پپتیدهای منحصر به فرد ویروس‌ها یا سرطان را شناسایی می‌کنند و سپس سلول‌های T را که آن اهداف را تشخیص می‌دهند و پاسخ ایمنی را آغاز می‌کنند، غربال می‌کنند.

با این حال، فرآیند فعلی استفاده از مولکول‌های MHC-I به عنوان پروب در ساخت واکسن و ایمونوتراپی پر زحمت است. مولکول‌های MHC-I بسیار ناپایدار هستند و ساختن تنها یکی از این مولکول‌ها می‌تواند یک هفته طول بکشد و اسکن کتابخانه‌های بزرگ پپتیدها را به شیوه‌ای کارآمد ممنوع می‌کند. اکنون، محققان بیمارستان کودکان فیلادلفیا (CHOP) به طور بالقوه این مشکل را با مهندسی مولکول‌های پایدار و جهانی MHC-I که می‌توانند به سرعت در مقیاس تولید شوند، حل کرده‌اند و به محققان این امکان را می‌دهد تا نه تنها واکسن‌ها و درمان‌های ایمنی را سریع‌تر توسعه دهند، بلکه مولکول‌هایی را نیز شناسایی کنند. می تواند به طور گسترده در سراسر جمعیت کار کند. این یافته ها امروز در مجله منتشر شد مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.

نیکولاس جی. اسگوراکیس، نویسنده ارشد، دکترا، دانشیار در این باره گفت: «یافته‌های این مقاله پتانسیل ایجاد انقلابی در این زمینه را دارد، هم از نظر روشی که ما این مولکول‌ها را تولید می‌کنیم و هم از نظر سرعتی که می‌توانیم از نظر ایمنی درمانی مؤثر و جهانی غربالگری کنیم. مرکز پزشکی محاسباتی و ژنومی در بیمارستان کودکان فیلادلفیا. ما دیگر به دلیل بی ثباتی این مولکول ها و زمان طولانی تولید آنها محدود نیستیم. این مولکول های تثبیت شده MHC-I می تواند روند غربالگری و متعاقب آن توسعه درمان های موثر را تسریع بخشد.

محققان به رهبری اعضای آزمایشگاه اسگوراکیس، یی سان، مایکل سی یانگ و کلر اچ وودوارد، مولکول های MHC-I را با تمرکز بر ساختار سه بعدی آنها تثبیت کردند. مولکول های کلاسیک MHC-I از سه بخش اصلی تشکیل شده اند: یک آنتی ژن پپتیدی متشکل از 8 تا 15 اسید آمینه. یک زنجیره سبک که برای همه مولکول های MHC-I یکسان است. و یک زنجیره سنگین بسیار چندشکل. در انسان، MHC-I آنتی ژن لکوسیتی انسانی یا HLA نامیده می شود که به دلیل سازگاری تکاملی ثابت در جمعیت انسانی گسترش یافته و شامل بیش از 35000 گونه می شود، با انواع باقیمانده های مختلف که روی شیارهایی قرار دارند که پپتیدها می توانند در آن متصل شوند. از آنجایی که HLA بسیار چندشکل است، انواع مختلف HLA مجموعه‌های پپتیدی متفاوتی را نشان می‌دهند، چاپرون‌های مولکولی مختلفی را متصل می‌کنند و گیرنده‌های سلول T (TCRs) متفاوتی را نشان می‌دهند که در نهایت پاسخ‌های ایمنی و حساسیت به بیماری را مشخص می‌کنند. بنابراین، یافتن اهداف جهانی و ایمونوتراپی که در سراسر جمعیت انسانی کار می کنند، چالش برانگیز بوده است.

برای تثبیت MHC-I و مفید ساختن آن برای بارگیری و غربالگری پپتید جهانی، محققان بر روی زنجیره سبک مولکول تمرکز کردند، زیرا در انواع HLA حفظ شده است. زنجیره سبک نقش مهمی در تثبیت مولکول های MHC-I ایفا می کند. به محض اینکه زنجیره سبک از بین می‌رود، مولکول MHC-I را وادار می‌کند تا از هم جدا شود، در این مرحله اساساً برای بازیافت برای بارگیری پپتید در آینده فرستاده می‌شود و به عنوان نوعی کلید «روشن/خاموش» برای مولکول MHC-I عمل می‌کند. . برای بهره برداری از این مهندسی بنیادی، محققان زنجیره سنگین را به زنجیره سبک متصل کردند و MHC-I را در ترکیبی که “باز” ​​و پذیرای پپتیدها است، تثبیت کردند.

محققان پایداری این مولکول‌های مهندسی شده MHC-I را از طریق خصوصیات بیوفیزیکی، با استفاده از تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) تأیید کردند و نشان دادند که مولکول‌های باز MHC-I آن‌ها هنگام بارگیری با پپتیدها، حتی آنهایی که میل ترکیبی کم تا متوسط ​​دارند، پایداری بیشتری دارند. محققان همچنین نشان دادند که مولکول های مهندسی شده MHC-I آنها تبادل پپتید را در چندین آلوتیپ HLA ترویج می کنند و نمایندگان پنج HLA-A، شش سوپرتیپ HLA-B و مولکول HLA-Ib را پوشش می دهند که اشکال مختلف دارند. یکی از اجزای کلیدی استفاده از این سیستم برای فعال کردن یک پلت فرم تبادل پپتید با توان عملیاتی بالا، طراحی پپتیدهای “جایگزین” سفارشی حاوی تغییرات اسید آمینه غیرطبیعی بود که با همکاری نزدیک با آزمایشگاه بیولوژیست شیمیایی جورج برسلم، دکترا، انجام شد. دانشگاه پنسیلوانیا.

دکتر اسگوراکیس گفت: “پلتفرم باز MHC-I از حداقل تغییرات پروتئینی برای افزایش واکنش های تبادل لیگاند در تمام آلوتیپ های HLA شناخته شده و همچنین مولکول های الیگومورفیک MR1 که متابولیت های ناهنجاری را ارائه می دهند که با بسیاری از تومورها مرتبط هستند، تقویت می کند.” این مولکول‌های جدید می‌توانند ابزار همه‌کاره‌ای برای غربالگری اپی توپ‌های آنتی‌ژنی باشند که امکان شناسایی گیرنده‌های فرکانس پایین و آنتی‌بادی‌های مهندسی شده برای توسعه درمان‌های هدفمند را فراهم می‌آورند.

این کار از طریق کمک های مالی توسط NIAID (5R01AI143997)، NIDDK (5U01DK112217) و NIGMS (5R35GM125034 و R35GM142505) حمایت شد. پشتیبانی اضافی از طریق کمک هزینه پروژه آزمایشی مرکز سرطان فاکس چیس و کمک های مالی NIH P30CA006927 و T32GM132039 ارائه شد.