Structura unei proteine, recent publicată, ar putea ajuta la explicarea modului în care funcţionează unele tratamente de imunoterapie anticancer. Descrierea moleculară a unei proteine poate fi esenţială pentru înţelegerea funcţiei sale. Oamenii de ştiinţă de la Stanford şi NYU au investigat acum o nouă structură a proteinei LAG-3 care ar putea permite dezvoltarea de noi tratamente împotriva cancerului.
Unele tumori canceroase deturnează proteine care acţionează ca „frâne" asupra sistemului imunitar şi le folosesc pentru a forma un fel de scut împotriva recunoaşterii imunitare.
Au fost create tratamente de imunoterapie care dezactivează aceste „frâne" şi permit organismului să atace celulele cu aspect străin cum sunt cele canceroase.
Pentru a avansa şi mai mult astfel de tratamente, cercetătorii de la Stanford şi de la Universitatea din New York au publicat structura uneia dintre aceste proteine frână, denumită LAG-3.
Cercetarea conţine detalii cheie ale structurii moleculei, precum şi informaţii despre modul în care funcţionează proteina LAG-3.
Deşi peste o duzină de imunoterapii care vizează LAG-3 sunt în curs de dezvoltare, iar unele dintre ele sunt deja aprobate de autorităţile de reglementare în domeniul sănătăţii, cunoştinţele despre structura şi funcţia LAG-3 au rămas incomplete.
„Având în vedere cantitatea de timp şi resursele alocate dezvoltării de terapii care vizează LAG-3, este uimitor faptul că nu avem încă o înţelegere completă a modului în care funcţionează această proteină", a declarat Jennifer Cochran, profesor de bioinginerie şi coautor principal al studiului care detaliază LAG-3, publicat recent în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS.
Descrierea unei proteine la scară atomică poate furniza informaţii cercetătorilor despre cum interacţionează cu alte molecule. Astfel de studii sunt esenţiale pentru dezvoltarea unor medicamente care pot bloca în mod optim funcţia ţintei unor astfel de proteine.
O structură cheie
Proteinele precum LAG-3, numite puncte de control imunitar, există pentru a împiedica sistemul imunitar să atace lucruri pe care nu ar trebui să le atace.
În teorie, sistemul nostru imunitar ar trebui să recunoască în mod natural celulele tumorale ca fiind străine. Dar un scut proteic de control poate oferi cancerului o acoperire.
Imunoterapiile actuale nu sunt medicamente chimice, ci anticorpi fabricaţi în laborator care se ataşează la anumite părţi ale acestor puncte de control şi, în esenţă, le dezactivează.
Odată ce punctul de control este dezactivat, sistemul nostru imunitar poate recunoaşte şi ţinti din nou cancerul.
Există deja tratamente aprobate cu anticorpi care vizează două proteine de control: CTLA-4 şi PD-1.
Ambele opresc sistemul imunitar, dar în moduri diferite. Deoarece CTLA-4 şi PD-1 au fost primele două proteine ale punctelor de control imunitar descoperite, acestea sunt destul de bine studiate, iar diferitele abordări pentru inhibarea lor pentru terapia cancerului le-au adus oamenilor de ştiinţă Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină în 2018.
Însă proteina LAG-3 pare să funcţioneze într-un mod cu totul diferit.
Oamenii de ştiinţă speră că aceste diferenţe ar putea face din ea o ţintă mai bună sau complementară pentru tratarea anumitor tipuri de cancer, a declarat Jack Silberstein, doctorandul în imunologie de la Stanford care a făcut parte din grupul de cercetare.
„A existat toată această emoţie în domeniu. Grupurile s-au grăbit să creeze anticorpi împotriva LAG-3, fără să ştie în totalitate cum funcţionează LAG-3 sau acei anticorpi", explică cercetătorul.
Echipa de la Stanford, împreună cu colaboratori de la Centrul de cunoaştere a structurii macromoleculare ChEM-H şi de la Laboratorul Naţional de Accelerare SLAC, au început să lucreze la structura LAG-3 în 2019.
O structură a LAG-3 a fost publicată de un alt grup în 2022, oferind o primă perspectivă asupra proteinei, dar îi lipseau detalii cheie în jurul moleculelor de zahăr, care sunt esenţiale pentru funcţia LAG-3, precum şi informaţii detaliate despre modul în care structura LAG-3 este legată de activitatea sa biologică.
Un proces minuţios
Când echipa a început acest proiect, a realizat rapid de ce nu exista o structură publicată. „Este o proteină cu care este extrem de dificil de lucrat", spune Silberstein.
Tehnica pe care echipa a folosit-o pentru a obţine structura, numită cristalografie cu raze X, este extrem de pretenţioasă.
În primul rând, cercetătorii au trebuit să crească un cristal făcut în întregime din proteina LAG-3. Apoi, în colaborare cu laboratorul SLAC National Accelerator, au ţintit cristalul cu raze X pentru a crea o imagine 3D a moleculei.
LAG-3 este o proteină flexibilă şi filiformă, astfel încât este dificil ca moleculele să se suprapună în mod ordonat.
Echipa estimează că a realizat mai mult de 10.000 de cristale, dintre care 3.000 au fost ţintite cu raze X înainte ca echipa să reuşească să obţină structura în întregime corectă a proteinei.
„A fost o muncă foarte intensă, de trei ani de zile", a menţionat Silberstein. Dar a dat roade.
Structura echipei a confirmat faptul că LAG-3 există sub formă de dimer, două molecule LAG-3 reunindu-se pentru a forma proteina funcţională a punctului de control. Reziduul de zahăr care a fost evaziv în eforturile structurale anterioare este un element cheie în interfaţa dimerului LAG-3 şi ajută la promovarea unei orientări diferite a proteinei LAG-3.
Odată descrisă structura, colegii de la Universitatea din New York au condus împreună experimente esenţiale pentru a elucida mai bine funcţia LAG-3. Cercetătorii au efectuat studii cu microscopul electronic pentru a detalia întreruperea formării dimerului de către anticorpii LAG-3.
Lucrările suplimentare ale echipei au scos la iveală, pentru prima dată, faptul că un anticorp care a fost folosit timp de aproape 20 de ani pentru a demonstra eficacitatea terapeutică în modelele tumorale animale blochează activitatea LAG-3 prin legarea la interfaţa dintre două molecule LAG-3, împiedicând proteina să-şi formeze dimerul funcţional.
În mod curios, anticorpii LAG-3 în curs de dezvoltare clinică se leagă de alte zone ale proteinei, departe de această interfaţă.
Nu va exista niciodată un singur tratament, deoarece cancerele sunt toate diferite şi implică o serie de căi biochimice diverse.
Echipa de la Stanford îşi imaginează un viitor în care se vor folosi o multitudine de abordări terapeutice chirurgicale, chimice şi imunologice, determinate de descoperirile din ştiinţele fundamentale şi de inovaţiile medicale. Tratamente suplimentare care vizează LAG-3 ar putea foarte bine să facă parte din acest tablou, spun ei.
Foto: Cercetătorii din laboratorul Stanford, Jack Silberstein (centru), au condus efortul de a capta o imagine la scară atomică a proteinei LAG-3. Această proteină a câştigat recent popularitate pentru utilizarea în anumite tratamente împotriva cancerului, dar cunoaşterea structurii şi funcţiei sale a rămas incompletă, până acum. Credit imagine: Christophe Wu.
