Les protéines du complexe majeur d’histocompatibilité de classe I (CMH-I) jouent un rôle essentiel dans le système immunitaire de tous les vertébrés à mâchoires. Le MHC-I affiche des fragments peptidiques de protéines de l’intérieur de la cellule à la surface de la cellule, les « présentant » au système immunitaire, qui scanne constamment le corps à la recherche d’antigènes étrangers ou toxiques. Lorsque des peptides étrangers sont identifiés, ils déclenchent une cascade qui permet aux lymphocytes T cytotoxiques d’éliminer les intrus. Ce processus a été exploité dans le développement de vaccins et d’immunothérapie, où les chercheurs identifient des fragments de peptides uniques aux virus ou au cancer, puis criblent les lymphocytes T qui reconnaissent ces cibles et déclenchent une réponse immunitaire.
Cependant, le processus actuel d’utilisation des molécules MHC-I comme sondes dans le développement de vaccins et d’immunothérapies est laborieux. Les molécules du CMH-I sont extrêmement instables et la fabrication d’une seule de ces molécules peut prendre une semaine, ce qui rend prohibitif l’analyse efficace de grandes bibliothèques de peptides. Maintenant, des chercheurs de l’hôpital pour enfants de Philadelphie (CHOP) ont potentiellement résolu ce problème en concevant des molécules MHC-I universelles stables qui peuvent être produites rapidement à grande échelle, permettant aux chercheurs non seulement de développer des vaccins et des immunothérapies plus rapidement, mais aussi d’identifier des molécules qui peut fonctionner largement à travers la population. Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
« Les découvertes de cet article ont le potentiel de révolutionner ce domaine, à la fois dans la façon dont nous fabriquons ces molécules et dans la vitesse à laquelle nous pouvons dépister des immunothérapies efficaces et universelles », a déclaré l’auteur principal Nikolaos G. Sgourakis, PhD, professeur agrégé en le Centre de médecine computationnelle et génomique de l’Hôpital pour enfants de Philadelphie. « Nous ne sommes plus limités par l’instabilité de ces molécules et les longs délais de fabrication. Ces molécules MHC-I stabilisées pourraient accélérer le processus de criblage et le développement ultérieur de thérapies efficaces. »
Dirigés par les membres du Sgourakis Lab Yi Sun, Michael C. Young et Claire H. Woodward, les chercheurs ont stabilisé les molécules du CMH-I en se concentrant sur leur structure 3D. Les molécules MHC-I classiques sont composées de trois parties principales : un antigène peptidique composé de 8 à 15 acides aminés ; une chaîne légère qui est la même pour toutes les molécules du CMH-I ; et une chaîne lourde hautement polymorphe. Chez l’homme, le MHC-I est appelé antigène leucocytaire humain, ou HLA, qui s’est développé en raison de l’adaptation évolutive constante de la population humaine pour inclure plus de 35 000 variantes, avec une variété de résidus différents situés sur le sillon où les peptides peuvent se lier. Parce que HLA est si polymorphe, différents types de HLA affichent différents répertoires de peptides, se lient à différents chaperons moléculaires et affichent différents récepteurs de cellules T (TCR), qui définissent finalement les réponses immunitaires et la sensibilité aux maladies. Ainsi, trouver des cibles universelles et des immunothérapies qui fonctionnent dans toute la population humaine a été difficile.
Pour stabiliser le MHC-I et le rendre utile pour le chargement et le criblage universels de peptides, les chercheurs se sont concentrés sur la chaîne légère de la molécule, car elle est conservée dans tous les types HLA. La chaîne légère joue un rôle important dans la stabilisation des molécules du CMH-I. Dès que la chaîne légère tombe, elle déclenche le désassemblage de la molécule MHC-I, auquel cas elle est essentiellement envoyée pour être recyclée pour le futur chargement de peptides, servant en quelque sorte d’interrupteur « marche/arrêt » pour la molécule MHC-I. . Pour exploiter cette ingénierie fondamentale, les chercheurs ont attaché la chaîne lourde à la chaîne légère, stabilisant le MHC-I dans une conformation « ouverte » et réceptive aux peptides.
Les chercheurs ont confirmé la stabilité de ces molécules MHC-I modifiées par caractérisation biophysique, en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN), montrant que leurs molécules MHC-I ouvertes ont une stabilité améliorée lorsqu’elles sont chargées de peptides, même ceux d’affinité faible à modérée. Les chercheurs ont également démontré que leurs molécules MHC-I modifiées favorisent l’échange de peptides entre plusieurs allotypes HLA, couvrant des représentants de cinq supertypes HLA-A, six supertypes HLA-B et des molécules HLA-Ib, qui ont de nombreuses formes différentes. Un élément clé de l’utilisation de ce système pour permettre une plate-forme d’échange de peptides à haut débit a été la conception de peptides « placeholder » personnalisés contenant des modifications d’acides aminés non naturelles, qui a été réalisée en étroite collaboration avec le laboratoire du biologiste chimique George Burslem, PhD, au Université de Pennsylvanie.
« La plate-forme ouverte MHC-I exploite des modifications protéiques minimales pour améliorer les réactions d’échange de ligands sur tous les allotypes HLA connus, ainsi que sur les molécules oligomorphes MR1 qui présentent des métabolites aberrants associés à de nombreuses tumeurs », a déclaré le Dr Sgourakis. « Ces nouvelles molécules pourraient être un outil polyvalent pour le criblage d’épitopes antigéniques, permettant la détection de récepteurs à basse fréquence et d’anticorps modifiés pour le développement de thérapies ciblées. »
Ce travail a été soutenu par des subventions du NIAID (5R01AI143997), du NIDDK (5U01DK112217) et du NIGMS (5R35GM125034 et R35GM142505). Un soutien supplémentaire a été fourni par le biais d’une subvention de projet pilote du Fox Chase Cancer Center et des subventions NIH P30CA006927 et T32GM132039.
