Les secrets d’une cellule peuvent être divulgués par sa surface, ornée de dizaines à des centaines de milliers de molécules qui aident les cellules immunitaires à distinguer l’ami de l’ennemi. Certaines de ces molécules en saillie sont des antigènes qui déclenchent l’attaque du système immunitaire, mais il peut être difficile pour les scientifiques d’identifier ces antigènes, qui varient souvent d’un individu à l’autre, dans la forêt moléculaire.
Une équipe de scientifiques de Stanford dirigée par Polly Fordyce, une chercheuse de l’Institut à Sarafan ChEM-H, a développé une nouvelle méthode pour prédire plus rapidement et plus précisément quels antigènes conduiront à une forte réponse immunitaire. Leur approche, qui a été rapportée dans Méthodes naturelles le 5 septembre, pourrait aider les scientifiques à développer des immunothérapies plus efficaces contre le cancer.
Les cellules T, une classe de cellules immunitaires, rampent et écrasent d’autres cellules alors qu’elles patrouillent dans le corps, en utilisant des récepteurs de cellules T pour lire moléculairement des peptides ou de courts morceaux de protéines – qui sont enchâssés dans des protéines plus grosses appelées complexes majeurs d’histocompatibilité (pMHC) qui se projettent à partir des surfaces cellulaires. Les cellules hôtes saines affichent un éventail de pMHC qui ne déclenchent pas de réponse immunitaire, mais une fois que les cellules T reconnaissent les peptides indiquant la maladie, elles s’activent pour trouver et tuer les cellules portant ces signatures étrangères. Comprendre comment les cellules T distinguent avec sensibilité ces peptides antigéniques des peptides hôtes pour éviter de tuer par erreur les cellules hôtes est depuis longtemps un mystère.
« La cellule AT peut détecter un seul peptide antigénique parmi une mer de 10 000 ou 100 000 peptides non antigéniques affichés sur les surfaces cellulaires », a déclaré Fordyce, professeur adjoint de bioingénierie et de génétique.
La clé de la sélectivité réside dans le crawl des lymphocytes T. Le glissement des cellules T exerce un stress sur les liens entre les récepteurs et les peptides, et dans la plupart des cas, ce stress supplémentaire est suffisant pour rompre ce lien. Mais parfois, cela a l’effet inverse. Chris Garcia, co-auteur de l’étude et professeur de physiologie moléculaire et cellulaire et de biologie structurale, et d’autres avaient déjà montré que les peptides les plus antigéniques sont ceux dont les interactions avec les récepteurs des lymphocytes T se renforcent en réponse au glissement.
« C’est un peu comme un piège à doigts chinois », a déclaré Fordyce. « Lorsque vous tirez un peu sur l’interaction récepteur-antigène, la liaison dure en fait plus longtemps. »
Mimétisme cellulaire
L’identification des meilleures paires antigène-récepteur nécessite d’appliquer simultanément cette force de glissement ou de cisaillement entre un peptide et une cellule T et de mesurer l’activation des cellules T, idéalement des milliers de fois pour obtenir des données reproductibles pour de nombreuses paires possibles de récepteurs peptide/cellule T. Mais les méthodes existantes demandent beaucoup de temps et peuvent entraîner la mesure d’un seul peptide avec des centaines de lymphocytes T par jour.
Le premier auteur de l’étude, le chercheur postdoctoral Yinnian Feng, a développé une astuce qui permet à l’équipe de mesurer 20 peptides uniques interagissant avec des milliers de lymphocytes T en moins de cinq heures.
Pour créer un système simplifié qui imite les cellules avec des peptides pendants, ils ont construit de petites perles sphériques à partir d’un matériau qui se dilate lors du chauffage et ont attaché quelques molécules d’un pMHC à peptides donné à leurs surfaces. Après avoir déposé une cellule T au sommet de chaque perle et attendu suffisamment longtemps pour que les récepteurs se lient aux peptides, ils ont ensuite très légèrement chauffé la perle. L’expansion de la perle augmente la distance entre les points d’attache et l’étirement correspondant de la cellule T imite la force qu’elle subirait en glissant le long des cellules du corps. Après avoir exercé cette force, l’équipe a ensuite mesuré l’activité des lymphocytes T.
Ils pourraient faire des centaines d’expériences individuelles en parallèle en utilisant des billes étiquetées chacune avec une couleur unique, permettant de suivre plusieurs pMHC différents. Ils ont pris deux séries d’images en mosaïque sur chaque diapositive après chaque exécution : une série qui leur indique quel pMHC une perle donnée affiche et une autre qui leur indique à quel point chaque cellule T au sommet de cette perle est active. Le recoupement de ces images leur indique quels antigènes ont conduit aux réponses des lymphocytes T les plus fortes.
Dans cette démonstration de leur plate-forme, l’équipe a montré, avec 21 peptides uniques, que leurs résultats confirmaient les peptides activateurs et non activateurs connus pour un récepteur de lymphocyte T et découvraient un antigène jusqu’alors inconnu qui induisait une forte réponse des lymphocytes T. En collaboration avec le laboratoire Garcia, ils ont également déjà commencé à relever un défi en immunothérapie : les récepteurs des lymphocytes T qui forment les interactions d’affinité les plus élevées avec les antigènes dans le laboratoire sont souvent également activés par des peptides non antigéniques dans le corps, un effet secondaire dangereux. qui conduit à la destruction des cellules saines. À l’aide de leur technologie, l’équipe a caractérisé les récepteurs des lymphocytes T conçus pour reconnaître spécifiquement les antigènes tumoraux sans réactivité hors cible. Dans les travaux futurs, ils prévoient de créer des bibliothèques de plus de 1 000 peptides pour découvrir de nouveaux antigènes.
Ils espèrent que cette approche, rapide et nécessitant peu de cellules, ou une forme optimisée de celle-ci, pourra un jour être utilisée pour améliorer les immunothérapies personnalisées.
« Cette plate-forme peut aider à améliorer les efforts visant à concevoir des cellules T qui ciblent spécifiquement les cellules cancéreuses, ainsi qu’à déterminer quels antigènes sont capables d’activer puissamment les propres cellules T d’un patient pour cibler plus efficacement les cellules cancéreuses », a déclaré Fordyce.
