Новое исследование показывает, как организация рецепторов на уровне отдельных молекул в клеточном контексте определяет функцию антител, открывая новые пути для разработки иммунотерапии рака.
Трансформация лечения рака терапевтическими антителами
Терапевтические антитела изменили подход к лечению рака, однако точные молекулярные механизмы, лежащие в основе их терапевтического эффекта, оставались неясными. Группа под руководством Ральфа Юнгманна (заведующий кафедрой молекулярной физики жизни в LMU и руководитель группы исследований молекулярной визуализации и бионанотехнологий в Институте биохимии Макса Планка) впервые изучила, как терапевтические антитела изменяют организацию рецепторов на уровне отдельных молекул и как это влияет на функцию антител.
Метод визуализации
Используя метод повышения разрешения с помощью последовательной визуализации (RESI) — новую технику сверхвысокой микроскопии, способную визуализировать отдельные белки, — исследователи напрямую визуализировали наномасштабную архитектуру рецепторов CD20 и их взаимодействие с широко используемыми антителами против CD20, такими как ритуксимаб и обинутузумаб.
«Впервые мы можем визуализировать в интактных клетках, как комплексы антител и рецепторов организуются на уровне отдельных белков», — объясняет Юнгманн, старший автор исследования, которое было опубликовано в журнале Nature Communications. «Эти наномасштабные паттерны напрямую коррелируют с терапевтической функцией и служат основой для разработки рациональных конструкций антител».
Механизмы действия терапевтических моноклональных антител
Терапевтические моноклональные антитела действуют через множество механизмов: активируют иммунные клетки, запускают пути комплемента или напрямую вызывают гибель клеток. Эти эффекты зависят от того, как антитела связываются с рецепторами и реорганизуют их на поверхности клетки. Однако традиционные методы визуализации не позволяли выявить эти механизмы в их нативном клеточном контексте.
Команда Юнгманна преодолела этот барьер, внедрив многоцелевую 3D-визуализацию с помощью RESI — метод, который маркирует рецепторы и антитела с помощью ортогональных ДНК-штрихкодов и последовательно визуализирует их с субнанометровым разрешением. Это позволило команде определить организацию рецепторов CD20 и связанных с ними антител непосредственно на клеточной мембране.
«Теперь мы можем непосредственно увидеть, как структурные изменения в конструкции антител приводят к различным паттернам рецепторов и клеточным ответам», — говорит Изабель Пахмайр, первый автор исследования. «Это открывает двери для разработки моноклональных антител следующего поколения на основе структуры».
Возможности технологии RESI
Помимо CD20, эта технология RESI способна исследовать практически любой мембранный рецептор и терапевтическое антитело с молекулярным разрешением непосредственно в интактных клетках. Поскольку RESI визуализирует целые клетки с высокой пропускной способностью, это позволяет проводить систематический анализ кандидатов в антитела с разрешением, ранее доступным только с помощью крио-ЭМ, но теперь непосредственно в клеточной среде и с уникальной молекулярной специфичностью.
В будущем команда планирует объединить RESI с визуализацией множества рецепторов и внутриклеточных сигнальных молекул для картирования терапевтических путей. «Впервые RESI сочетает структуру наномасштабных рецепторов с их функцией в клеточном контексте», — резюмирует Юнгманн. «Эта технология может коренным образом преобразовать иммунотерапию».
Предоставлено Ludwig Maximilian University of Munich.