Identificati i Chaperoni che ottimizzano la presentazione immunitaria degli antigeni / Chaperones That Optimize Immune Presentation of Antigens Identified
Identificati i Chaperoni che ottimizzano la presentazione immunitaria degli antigeni / Chaperones That Optimize Immune Presentation of Antigens Identified
I ricercatori del Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) hanno identificato varianti di una molecola chaperone nota come TAPBPR che ottimizza il legame e la presentazione di antigeni estranei nella popolazione umana. I risultati, hanno suggerito, potrebbero sbloccare nuove applicazioni in aree come la terapia cellulare e l'immunizzazione, dove è importante una presentazione robusta al sistema immunitario.
"Le conoscenze acquisite dai nostri studi possono guidare la progettazione di varianti TAPBPR ingegnerizzate con specificità HLA ed efficienza catalitica su misura per applicazioni di scambio di peptidi sia in vitro che in vivo", ha affermato Nikolaos G. Sgourakis, PhD, professore associato presso il Center for Computational and Medicina genomica al CHOP. Sgourakis è l'autore corrispondente dell'articolo pubblicato dal team su Science Advances , intitolato " Le interazioni xeno tra proteine MHC-I e chaperoni molecolari consentono lo scambio di ligandi su un ampio repertorio di allotipi HLA ".
Le proteine del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I (MHC-I) si trovano sulla superficie delle cellule in tutti i vertebrati mandibolari e svolgono un ruolo essenziale nel sistema immunitario. L'MHC-I visualizza frammenti peptidici di proteine dall'interno della cellula sulla superficie cellulare, "presentandoli" efficacemente al sistema immunitario, che esegue costantemente la scansione del corpo alla ricerca di antigeni estranei o tossici. Quando vengono identificati peptidi estranei, innescano una cascata che consente alle cellule T citotossiche di eliminare gli intrusi.
Affinché un peptide venga presentato al sistema immunitario, deve essere caricato su una proteina MHC-I ripiegata. Diverse molecole facilitano questo processo, comprese le proteine note come chaperoni molecolari, che aiutano il ripiegamento di MHC-I. E come hanno notato gli autori, "il ripiegamento dell'MHC-I ed il caricamento del peptide sono soggetti ad un complesso controllo di qualità cellulare".
Tapasin e una molecola simile nota come TAPBPR sono entrambi chaperoni molecolari che facilitano il ripiegamento di MHC-I ed il caricamento del peptide. "Gli accompagnatori immunologici tapasin e la proteina legante TAP, correlata (TAPBPR) svolgono un ruolo chiave nell'ottimizzazione del peptide antigenico e nel controllo di qualità delle molecole del complesso maggiore di istocompatibilità di classe I nascente (MHC-I)", ha spiegato il gruppo. Poiché TAPBPR funziona in modo indipendente al di fuori del complesso di caricamento del peptide (PLC), è adatto per applicazioni cliniche che coinvolgono lo scambio di peptidi, come il caricamento di peptidi immunogenici su molecole MHC-I e la generazione di librerie per rilevare cellule T che riconoscono peptidi o antigeni da cellule infette o cancerose. "TAPBPR, un omologo di tapasin, che funziona al di fuori del PLC, svolge un ruolo complementare nell'ottimizzazione pMHC-I e nel controllo di qualità", ha continuato il gruppo.
Tuttavia, ad oggi, lo scambio di peptidi mediato da TAPBPR ha funzionato solo per un insieme limitato di allotipi comuni di MHC-I umano, noto come antigene leucocitario umano (HLA), che ha un'utilità più ampia limitata, hanno sottolineato gli autori. "Lo scambio di peptidi mediato da TAPBPR è stato dimostrato solo per un insieme limitato di allotipi HLA comuni, principalmente dai supertipi A02 e A24, limitando un'ampia adozione di queste tecnologie nelle applicazioni biomediche".
Nel corso del tempo, i sottotipi HLA, che includono HLA-A, HLA-B e HLA-C, si sono evoluti in modo tale che non tutti gli alleli interagiscono ugualmente bene con TAPBPR. Questo è stato un ostacolo allo sviluppo ed al miglioramento di nuove terapie con l'aiuto di chaperoni molecolari, poiché alcuni allotipi HLA non interagiscono con queste molecole.
Per risolvere questo problema, i ricercatori CHOP hanno analizzato tre diverse proteine TAPBPR: una umana, una di pollo ed una di topo. "Sebbene le strutture previste di TAPBPR di specie diverse siano notevolmente simili, non è stato affrontato se diversi ortologhi possano mediare lo scambio di peptidi sulle proteine MHC-I umane", hanno osservato. I loro studi hanno dimostrato che, a differenza del TAPBPR umano, il TAPBPR di pollo si è co-evoluto con i suoi geni di classe I, in modo da mantenere un'elevata affinità tra gli allotipi MHC-I. Nella loro analisi, i ricercatori hanno scoperto che il TAPBPR di pollo era in grado di reagire con più allotipi HLA, molti dei quali non erano in grado di legarsi al TAPBPR umano. Hanno anche dimostrato che TAPBPR stabilizza il solco MHC-I vuoto in una conformazione "aperta", aumentando la sua affinità per il caricamento del peptide.
Allo stesso tempo, in stretta collaborazione con i ricercatori dell'Università dell'Illinois guidati da Erik Procko, PhD, il gruppo di ricerca ha utilizzato la scansione mutazionale profonda per caratterizzare gli effetti di centinaia di mutazioni puntiformi sul TAPBPR umano e ha trovato una variante che imita la sequenza del pollo. Come il TAPBPR di pollo, questa variante ha potenziato lo scambio di peptidi in un'ampia gamma di tipi di HLA.
"Sebbene la natura altamente polimorfica delle molecole MHC-I renda difficile progettare chaperoni" universali ", il nostro gruppo di ricerca ha dimostrato che sia un ortologo di pollo di TAPBPR che una variante umana con aggiustamenti minori potrebbero migliorare lo scambio di peptidi tra più HLA rilevanti per la malattia, ” disse Sgourakis. "Questi ortologi TAPBPR potrebbero essere utilizzati in varie impostazioni immunoterapeutiche del cancro per restringere il repertorio del peptide e aumentare l'immunogenicità".
Nel loro documento, gli autori hanno concluso: "Sebbene la natura altamente polimorfica delle molecole MHC-I metta in discussione l'ingegnerizzazione di chaperoni" universali ", abbiamo dimostrato un epitopo di legame TAPBPR relativamente conservato su MHC-I e la possibilità di progettare e ingegnerizzare off- varianti TAPBPR standard con aggiustamenti minimi per consentire lo scambio di peptidi su allotipi HLA di scelta. Inoltre, hanno suggerito, "gli ortologi TAPBPR possono anche essere utilizzati in varie impostazioni immunoterapeutiche del cancro per restringere il repertorio del peptide, aumentando così l'immunogenicità del neoepitopo".
ENGLISH
Researchers at Children’s Hospital of Philadelphia (CHOP) have identified variants of a chaperone molecule known as TAPBPR that optimizes the binding and presentation of foreign antigens across the human population. The findings, they suggested, could unlock new applications in areas such as cell therapy and immunization, where robust presentation to the immune system is important.
“The knowledge gained by our studies can guide the design of engineered TAPBPR variants with tailored HLA specificity and catalytic efficiency for peptide exchange applications both in vitro and in vivo,” said Nikolaos G. Sgourakis, PhD, associate professor in the Center for Computational and Genomic Medicine at CHOP. Sgourakis is corresponding author of the team’s published paper in Science Advances, which is titled, “Xeno interactions between MHC-I proteins and molecular chaperones enable ligand exchange on a broad repertoire of HLA allotypes.”
Class I major histocompatibility complex (MHC-I) proteins are found on the surface of cells in all jawed vertebrates and play an essential role in the immune system. The MHC-I displays peptide fragments of proteins from within the cell on the cell surface, effectively “presenting” them to the immune system, which is constantly scanning the body for foreign or toxic antigens. When foreign peptides are identified, they trigger a cascade that allows cytotoxic T cells to eliminate intruders.
For a peptide to be presented to the immune system, it needs to be loaded on a folded MHC-I protein. Several molecules facilitate this process, including proteins known as molecular chaperones, which assist with MHC-I folding. And as the authors noted, “MHC-I folding and peptide loading are subject to intricate cellular quality control.”
Tapasin and a similar molecule known as TAPBPR are both molecular chaperones that facilitate MHC-I folding and peptide loading. “Immunological chaperones tapasin and TAP binding protein, related (TAPBPR) play key roles in antigenic peptide optimization and quality control of nascent class I major histocompatibility complex (MHC-I) molecules,” the team explained. Because TAPBPR functions independently outside of the peptide-loading complex (PLC), it is well-suited for clinical applications that involve peptide exchange, such as loading immunogenic peptides on MHC-I molecules and generating libraries to detect T cells that recognize peptides or antigens from infected or cancerous cells. “TAPBPR, a homolog of tapasin, which functions outside the PLC, plays a complementary role in pMHC-I optimization and quality control,” the team continued.
However, to date, TAPBPR-mediated peptide exchange has only worked for a limited set of common allotypes of human MHC-I, known as human leukocyte antigen (HLA), which has limited wider utility, the authors pointed out. “TAPBPR-mediated peptide exchange has only been demonstrated for a limited set of common HLA allotypes, mainly from the A02 and A24 supertypes, limiting a wide adoption of these technologies in biomedical applications.”
Over time, HLA subtypes, which include HLA-A, HLA-B, and HLA-C, have evolved such that not all alleles interact equally well with TAPBPR. This has been a roadblock in developing and enhancing novel therapies with the help of molecular chaperones, as some HLA allotypes do not interact with these molecules.
To solve this problem, the CHOP researchers analyzed three different TAPBPR proteins: one from humans, one from chickens, and one from mice. “Although predicted structures of TAPBPR from different species are remarkably similar, whether different orthologs can mediate peptide exchange on human MHC-I proteins has not been addressed,” they noted. Their studies showed that, unlike human TAPBPR, chicken TAPBPR co-evolved with its class I genes, so that it maintains high affinity across MHC-I allotypes. In their analysis, the researchers found that chicken TAPBPR was able to react with multiple HLA allotypes, many of which were not able to bind to human TAPBPR. They also demonstrated that TAPBPR stabilizes the empty MHC-I groove in an “open” conformation, boosting its affinity for peptide loading.
Simultaneously, in close collaboration with researchers at the University of Illinois led by Erik Procko, PhD, the research team used deep mutational scanning to characterize the effects from 100s of point mutations on human TAPBPR and found a variant that mimics the chicken sequence. Like the chicken TAPBPR, this variant enhanced peptide exchange across a broad range of HLA types.
“Although the highly polymorphic nature of MHC-I molecules makes it challenging to engineer ‘universal’ chaperones, our research team demonstrated that both a chicken ortholog of TAPBPR and a human variant with minor adjustments could enhance peptide exchange across multiple disease-relevant HLAs,” said Sgourakis. “These TAPBPR orthologs could be utilized in various cancer immunotherapeutic settings to narrow the peptide repertoire and increase immunogenicity.”
In their paper, the authors concluded, “Although the highly polymorphic nature of MHC-I molecules challenges the engineering of ‘universal’ chaperones, we demonstrated a relatively conserved TAPBPR-binding epitope on MHC-I and the possibility of designing and engineering off-the-shelf TAPBPR variants with minimal adjustments to enable peptide exchange on HLA allotypes of choice.” Moreover, they suggested, “TAPBPR orthologs can also be used in various cancer immunotherapeutic settings to narrow the peptide repertoire, thereby increasing neoepitope immunogenicity.”
Da:
https://www.genengnews.com/immunology/chaperones-that-optimize-immune-presentation-of-antigens-identified/?MailingID=%DEPLOYMENTID%&utm_medium=newsletter&utm_source=GEN+Daily+News+Highlights&utm_content=01&utm_campaign=GEN+Daily+News+Highlights_20230227&oly_enc_id=8653B6936723E0S
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