Nos últimos dez anos, a imunoterapia com células T se consolidou como uma das inovações mais promissoras no tratamento do câncer. Essas terapias treinam o sistema imunológico do paciente para identificar e eliminar células nocivas. Apesar do seu sucesso, os cientistas enfrentam dificuldades em elucidar como esses tratamentos funcionam em nível molecular. Essa falta de compreensão tem retardado o avanço, uma vez que as terapias com células T são eficazes apenas para um número limitado de tipos de câncer, falhando na maioria dos outros, por razões que ainda não foram esclarecidas. Entender seu modus operandi pode contribuir para tornar essas terapias mais eficazes para um número maior de pacientes.
Pesquisadores da Universidade Rockefeller descobriram agora detalhes cruciais sobre o receptor de célula T (TCR), um complexo proteico inserido na membrana celular que desempenha um papel central nas terapias com células T. Utilizando a criomicroscopia eletrônica (cryo-EM), a equipe da Laboratório de Microscopia Eletrônica Molecular estudou o receptor em um ambiente bioquímico que retrata de forma fiel o seu ambiente nativo. Eles descobriram que o TCR se comporta como um “jack-in-the-box”, permanecendo compacto até encontrar um anticorpo ou outra partícula suspeita, momento em que se abre rapidamente. Esse comportamento contradiz o que estudos anteriores de cryo-EM haviam demonstrado sobre o receptor.
As descobertas, publicadas na revista Nature Communications, podem auxiliar os pesquisadores a aprimorar e expandir o uso das imunoterapias com células T.
“Esta nova compreensão fundamental de como o sistema de sinalização funciona pode ajudar a reengenheirar a próxima geração de tratamentos”, afirma o autor principal, Ryan Notti, instrutor em investigação clínica no laboratório de Walz e membro especial do Departamento de Medicina do Memorial Sloan Kettering Cancer Center, onde trata pacientes com sarcomas, ou cânceres que surgem em tecidos moles ou ossos.
“O receptor de célula T é realmente a base de praticamente todas as imunoterapias oncológicas, portanto, é notável que utilizamos o sistema, mas não temos ideia de como ele realmente funciona — e é aí que a ciência básica entra”, diz Walz, um expert mundial em imagem cryo-EM. “Este é um dos trabalhos mais importantes que já saíram do meu laboratório.”
Como as Células T Detectam Ameaças
O laboratório de Walz se concentra na produção de imagens detalhadas de complexos macromoleculares, especialmente proteínas encontradas nas membranas celulares que ajudam as células a se comunicarem com o ambiente. O TCR é um desses complexos. Composto por múltiplas proteínas, ele permite que as células T reconheçam antígenos apresentados por complexos de antígeno leucocitário humano (HLA) em outras células. Esse processo de reconhecimento é o que as terapias com células T utilizam para mobilizar o sistema imunológico contra o câncer.
Embora os cientistas conheçam as partes individuais do TCR há muitos anos, os primeiros passos que desencadeiam sua ativação permanecem evasivos. Notti, que atua tanto como médico quanto como pesquisador, considera essa lacuna especialmente preocupante porque muitos de seus pacientes com sarcoma não estavam se beneficiando das imunoterapias com células T.
“Determinar isso nos ajudaria a entender como as informações são transmitidas do exterior da célula, onde os antígenos estão sendo apresentados por HLAs, para o interior da célula, onde a sinalização ativa a célula T”, explica.
Notti obteve seu doutorado em microbiologia estrutural na Rockefeller antes de se mudar para a oncologia e sugeriu a Walz que investigassem essa questão sem resposta juntos.
Reconstruindo o Ambiente Natural do TCR
A equipe de Walz é reconhecida por criar ambientes de membrana personalizados que se assemelham estreitamente às condições naturais das proteínas de membrana. “Podemos alterar a composição bioquímica, a espessura da membrana, a tensão e a curvatura, o tamanho — todos os tipos de parâmetros que sabemos que influenciam a proteína embutida”, diz Walz.
Para este estudo, os pesquisadores se propuseram a observar o TCR em condições que se aproximam das que existem dentro de uma célula viva. Eles inseriram o receptor em um nanodisco, uma pequena seção em forma de disco de membrana mantida em solução por uma proteína de suporte envolta em sua borda. Montar o receptor completo foi um desafio, e “fazer com que todas as oito proteínas estivessem corretamente agrupadas no nanodisco foi complicado”, relata Notti.
Estudos estruturais anteriores do TCR haviam utilizado detergente, que geralmente remove a membrana envolvente. Walz observa que esta foi a primeira vez que o complexo do receptor foi restaurado para um ambiente de membrana para uma imagem detalhada.
Visualizando o Receptor Ativando-se
Uma vez que o TCR foi embutido no nanodisco, os pesquisadores usaram cryo-EM para visualizá-lo. As imagens mostraram que o receptor permanece fechado e compacto quando inativo. Quando encontra uma molécula apresentadora de antígeno, no entanto, a estrutura se abre e se estende, assemelhando-se a um movimento expansivo.
O resultado surpreendeu a equipe. “Os dados disponíveis quando começamos essa pesquisa representavam esse complexo como aberto e estendido em seu estado dormente”, explica Notti. “Até onde se sabia, o receptor de célula T não passava por mudanças conformacionais ao se ligar a esses antígenos. Mas descobrimos que ele realmente se abre, como um tipo de jack-in-the-box.”
Os pesquisadores acreditam que dois fatores tornaram essa descoberta possível. Primeiro, recriaram cuidadosamente o ambiente da membrana in vivo do TCR usando a mistura lipídica adequada. Segundo, reinseriram o receptor em uma membrana usando nanodiscs antes de realizar a imagem por cryo-EM. Eles descobriram que uma membrana intacta mantém o receptor na posição fechada até que a ativação ocorra. Em estudos anteriores, o detergente pode ter removido esse restritivo, permitindo que o receptor se abrisse prematuramente.
“Foi importante que utilizássemos uma mistura lipídica que se parecesse com a da membrana nativa da célula T”, diz Walz. “Se simplesmente tivéssemos utilizado um lipídio modelo, também não teríamos visto esse estado dormente fechado.”
Implicações para Tratamentos Contra o Câncer e Vacinas
A equipe acredita que suas descobertas podem ajudar a melhorar tratamentos que dependem de receptores de células T. “Reengenheirar a próxima geração de imunoterapias é uma das principais necessidades clínicas não atendidas”, diz Notti. “Por exemplo, terapias adotivas de células T estão sendo utilizadas com sucesso para tratar certos sarcomas muito raros, então podemos imaginar usar nossos insights para reengenheirar a sensibilidade desses receptores ajustando seu limiar de ativação.”
Walz também vê aplicações potenciais além da terapia contra o câncer. “Essas informações podem ser usadas para o design de vacinas também”, acrescenta. “As pessoas na área podem agora usar nossas estruturas para observar detalhes refinados sobre as interações entre diferentes antígenos apresentados por HLA e receptores de células T. Essas diferentes maneiras de interação podem ter alguma implicação sobre como o receptor funciona — e formas de otimizá-lo.”
