سیستم ایمنی ما یک ابزار نظارتی قدرتمند دارد

سلول‌های T که پپتیدهای خاص بیماری (قطعات پروتئینی کوچک) را که توسط مولکول‌هایی به نام MHC I (کمپلکس سازگاری بافتی اصلی کلاس I) روی سطح سلول‌ها ارائه می‌شوند، شناسایی می‌کنند. اگر این سلول‌های T یک پپتید ویروسی، مرتبط با سرطان یا غیرطبیعی دیگر را شناسایی کنند، پاسخ ایمنی را آغاز می‌کنند. این یک سیستم دفاعی طبیعی و ظریف است.

اما استفاده از این سیستم در ایمونوتراپی دقیق، بسیار دشوار بوده است. زیرا:

هر انسان مجموعه‌ای متفاوت از آلوتیپ‌های MHC I (تغییرات ژنتیکی) دارد، که طراحی درمان‌های یک‌اندازه-مناسب-همه را دشوار می‌کند.

گیرنده‌های سلول T (TCRها) مهندسی آن‌ها دشوار است – اتصال دهنده‌های ضعیفی هستند، اغلب با اهداف ناخواسته واکنش متقاطع نشان می‌دهند و به انواع MHC خاص بسیار محدود هستند.

آنتی‌بادی‌ها، در حالی که همه‌کاره هستند، برای اتصال به کمپلکس پپتید-MHC I با دقت لازم تلاش می‌کنند.

در نتیجه یک فرصت عظیم استفاده نشده در هدف قرار دادن نشانگرهای بیماری داخل سلولی، مانند نئوآنتی‌ژن‌های سرطان یا پروتئین‌های ویروسی – که معمولاً برای ایمونوتراپی‌های فعلی نامرئی هستند.

معرفی TRACeR-I: شناسایی هدفمند کمپلکس آنتی‌ژن-MHC I برای MHC I

این پلتفرم یک سیستم پروتئینی مهندسی شده de novo است که:

به کمپلکس‌های خاص پپتید-MHC I (pMHC I) با دقت بی‌سابقه‌ای متصل می‌شود.

در آلوتیپ‌های متنوع MHC مانند HLA-A، HLA-B و HLA-C کار می‌کند.

می‌تواند به سرعت برای اهداف پپتیدی مختلف سفارشی شود.

از توسعه اتصال دهنده‌های سلول T دو اختصاصی (BiTEs) و سلول‌های CAR-T پشتیبانی می‌کند.

این سیستم نه تنها به MHC متصل می‌شود، بلکه تماس‌های اختصاصی متعددی را در سراسر پپتید ایجاد می‌کند، که به آن دقت لیزری می‌دهد. این بسیار متفاوت از TCRها یا آنتی‌بادی‌ها است، که معمولاً فقط به چند “نقاط داغ” برای شناسایی تکیه می‌کنند.

طراحی TRACeR-I

TRACeR-I از یک پلتفرم هدف‌گیری MHC II قبلی (TRACeR-II) الهام گرفته شده است، که از یک داربست سوپرآنتی‌ژن باکتریایی استفاده می‌کرد. اما از آنجا که پپتیدهای MHC I شکل “برآمده” دارند (برخلاف MHC II)، TRACeR-I باید با موارد زیر ساخته شود:

یک جهت‌گیری اتصال موازی

یک سطح شناسایی مقعر که توسط یک حلقه انعطاف‌پذیر به نام ARE (عنصر شناسایی آنتی‌ژن) ایجاد شده است.

با استفاده از نرم‌افزار طراحی پروتئین (Rosetta، RifDock، PatchDock) و نمایش سطح مخمر، محققان انواع TRACeR را مهندسی کردند که می‌توانستند با اختصاصیت و قدرت به اهداف مختلف pMHC I متصل شوند – در عرض چند روز پس از غربالگری.

اثبات عملکرد TRACeR-I: اهداف ویروس و سرطان

برای نشان دادن قدرت TRACeR-I، تیم اتصال دهنده‌هایی را برای موارد زیر طراحی کرد:

NY-ESO-1 – یک آنتی‌ژن بیضه-سرطان که در چندین تومور بیان می‌شود.

EBV (ویروس اپشتین-بار)

SARS-CoV-2 (ویروس COVID-19)

آنها این اتصال دهنده‌ها را در برابر آلوتیپ‌های متعدد MHC I، مانند:

HLA-A*02:01

HLA-B*08:01

HLA-C*07:02

آزمایش کردند. که نتیجه بدین صورت می باشد:

عدم واکنش متقاطع با پپتیدهای نامرتبط (تا غلظت 50 میکرومولار)

اختصاصیت بالا برای پپتید هدف (حتی زمانی که روی همان آلل HLA ارائه می‌شود)

قدرت اتصال در محدوده نانومولار

دقت در سطح اتمی

از طریق کریستالوگرافی، محققان ساختار TRACeR-I متصل به هدف خود (NY-ESO-1/HLA-A*02:01) را حل کردند و آنها دریافتند:

یک ساختار دایمر مبادله شده دامنه که کمپلکس پپتید-MHC را مانند دو گیره در هم قفل شده در بر می‌گیرد.

تعاملات گسترده با تمام طول پپتید (نه فقط چند اسید آمینه)

پیوندهای هیدروژنی و جیب‌های آب‌گریز که اختصاصیت عالی TRACeR را توضیح می‌دهند.

حتی زمانی که آنها اسیدهای آمینه منفرد را در پپتید هدف جهش دادند، TRACeR-I هنوز هم می‌توانست بین تفاوت‌های ظریف تمایز قائل شود – یک پیشرفت بزرگ نسبت به TCRها.

مسلح کردن TRACeR: BiTEs و CAR-T

TRACeR-I فقط برای مطالعه نیست – می‌توان آن را به درمان‌های واقعی متصل کرد.

TRACeR-BiTEs:

به یک قطعه ضد CD3 متصل شده تا سلول‌های T را جذب کند.

با موفقیت سلول‌های لنفوم مثبت NY-ESO-1 را از بین برد.

هیچ کشتار خارج از هدف را نشان نداد، حتی در سلول‌هایی با MHC مشابه اما بدون پپتید.

TRACeR-CAR-Ts:

در سلول‌های T برای کشتار هدفمند مهندسی شده است.

در رده‌های لنفوم مشتق شده از بیمار مؤثر ثابت شد.

اختصاصیت و عملکرد در بین اهداکنندگان مختلف ثابت بود.

سازگاری در بین جمعیت‌های متنوع:

یک مانع بزرگ در ایمونوتراپی، تنوع HLA است. اما TRACeR-I:

نشان داده شد که به پپتیدهای ارائه شده توسط آلوتیپ‌های A، B و C MHC متصل می‌شود.

با استفاده از داده‌های ساختاری از مناطق محافظت شده (“اولیگومورفیک”) MHC طراحی شده است، که آن را به طور گسترده‌تری قابل استفاده می‌کند.

این نشان می‌دهد که TRACeR-I می‌تواند برای استفاده در طیف گسترده‌ای از بیماران، در میان نژادها و زمینه‌های ژنتیکی، سازگار شود – یک برد بزرگ برای پزشکی دقیق عادلانه.

ایمنی و ایمنی‌زایی:

از آنجا که TRACeR-I از یک پروتئین باکتریایی مشتق شده است، تیم ایمنی‌زایی آن را در موش‌ها آزمایش کرد. یافته‌ها:

پاسخ ایمنی بسیار خفیف (کمتر از IgG انسانی)

هیچ مدرکی از اثرات سمی وجود ندارد.

عدم فعال شدن سیستمیک سلول T

و این از توسعه بیشتر آن به عنوان یک عامل درمانی پشتیبانی می‌کند.

یک جعبه ابزار جدید برای ایمونوتراپی‌های نسل بعدی

TRACeR-I یک فناوری تغییر دهنده پارادایم است که زیست‌شناسی ساختاری، مهندسی پروتئین و ایمونوتراپی را به هم متصل می‌کند. این چالش‌های دیرینه در هدف قرار دادن آنتی‌ژن‌های بیماری داخل سلولی را حل می‌کند – چیزی که آنتی‌بادی‌ها و TCRهای سنتی با آن دست و پنجه نرم می‌کنند.

با TRACeR-I، دانشمندان می‌توانند:

به سرعت اتصال دهنده‌های خاص پپتید را برای نئوآنتی‌ژن‌های تومور، اپی‌توپ‌های ویروسی یا سایر اهداف داخل سلولی ایجاد کنند.

سلول‌های CAR-T و BiTEs سفارشی را با اختصاصیت بی‌نظیر بسازند.

تشخیص‌ها و درمان‌هایی را برای انواع متنوع HLA طراحی کنند.

این یک پلتفرم ظریف است که دنیای غیرقابل دسترس هدف قرار دادن پپتید-MHC I را به واقعیت تبدیل می‌کند.

منبع :Targeting peptide antigens using a multiallelic MHC I-binding system