La plataforma cuantifica con precisión los antígenos presentes en las superficies celulares
La estudiante de posgrado y autora principal Lauren Stopfer en el laboratorio. Crédito: Lauren Stopfer
Normalmente, el sistema inmunitario es capaz de diferenciar entre células sanas y anormales. Los péptidos, fragmentos creados por la síntesis y descomposición de proteínas dentro de cada célula, se presentan en la superficie como antígenos y actúan como señales para las células inmunitarias, ya sea que la célula se deje sola o se señale para su destrucción y eliminación.
Debido a que las células cancerosas muestran una pequeña cantidad de antígenos asociados con el tumor y antígenos que resultan de mutaciones genéticas, el sistema inmunitario puede atacarlas. Sin embargo, las células cancerosas pueden desarrollar estrategias para evadir la detección por parte del sistema inmunitario. Las inmunoterapias contra el cáncer contrarrestan esas estrategias, pero solo para algunos tipos de cáncer y solo en algunos pacientes. Los que funcionan producen resultados poderosos.
Los investigadores y los médicos están explorando cómo mejorar la tasa de éxito de las inmunoterapias para más tipos de cáncer y pacientes. En este esfuerzo, están combinando inmunoterapias con terapias dirigidas, pequeñas moléculas diseñadas para inhibir proteínas seleccionadas en la célula. Para diseñar combinaciones efectivas, se necesita una mejor comprensión de cómo las terapias dirigidas cambian el repertorio de antígenos peptídicos de presentación de superficie del inmunopeptidoma.
Un equipo de investigadores que incluye a los miembros del Instituto Koch Forest White, Ned C. y Janet Bemis Rice El profesor y miembro del Centro de Medicina del Cáncer de Precisión del MIT, y Douglas Lauffenburger, profesor de Ingeniería Biológica, Ingeniería Química y Biología de Ford, desarrollaron una técnica para cuantificar con precisión los cambios en el inmunopeptidoma.
En un estudio dirigido por la estudiante graduada Lauren Stopfer y que aparece en Nature Communications, los investigadores utilizaron la plataforma para analizar el efecto de los inhibidores de CDK4/6, una clase de agentes anticancerígenos conocidos, en el inmunopeptidoma de las líneas celulares de melanoma. Además de identificar objetivos de antígenos potenciales para el desarrollo de fármacos, sus resultados destacaron el potencial de los inhibidores de CDK4/6 para convertirse en un socio eficaz para ciertos tipos de inmunoterapias. En última instancia, la plataforma podría ayudar a los investigadores del cáncer a diseñar nuevos medicamentos dirigidos e inmunoterapias o ensayos clínicos para combinaciones de estos tipos de terapias.
Cuantificación de alta calidad
Actualmente, para examinar cómo una célula cambia su inmunopeptidoma en respuesta a la exposición a un fármaco u otra perturbación, los investigadores realizan una técnica conocida como espectrometría de masas para cuantificar el cambio, o cambio relativo en magnitud entre mediciones posteriores, de la expresión de antígenos peptídicos. Sin embargo, la mayoría de los métodos actuales basados en espectrometría de masas no brindan una imagen completa o incluso precisa y confiable de la dinámica del inmunopeptidoma.
El proceso de preparación de una muestra para el análisis de espectrometría de masas puede ocasionar pérdidas sustanciales de antígenos. Al aislar el número relativamente pequeño de péptidos antigénicos del contenido total de las células, puede haber una variación significativa en la proporción de antígenos peptídicos recuperados de muestra a muestra o de péptido a péptido. Los métodos existentes para contabilizar cuántos antígenos se pierden son laboriosos y tienen una eficacia limitada.
Foldchange por sí solo no indica la magnitud de un cambio en los niveles de antígeno peptídico. Por ejemplo, un aumento de tres veces en los antígenos puede significar un aumento de 10 a 30 antígenos, o puede significar un aumento de 1000 a 3000. Debido a que diferentes fármacos requieren que diferentes antígenos estén presentes en diferentes cantidades para ser efectivos, se necesita un recuento exacto del cambio en el antígeno para identificar los fármacos que provocan la respuesta óptima en la célula. Además, la medición puede verse socavada por el «ruido» subyacente en los datos de la muestra que puede nublar la proporción relativa de la «señal» observable producida por el antígeno de interés.
«La gente dirá que necesita un cierto número de un antígeno peptídico para que una inmunoterapia funcione, pero, en este momento, ese número generalmente se basa en evidencia anecdótica», dice White. «Para tomar decisiones verdaderamente informadas sobre las opciones de inmunoterapia, debe haber una manera de cuantificar los antígenos de manera muy precisa y confiable».
La nueva plataforma permite la cuantificación precisa de los antígenos peptídicos presentados en la superficie celular, contabilizando para la variación en el procesamiento de la muestra y dando un número absoluto de péptidos detectables. Utilizando una tecnología basada en luz ultravioleta ampliamente disponible, el método inserta péptidos cargados con isótopos pesados en versiones modificadas genéticamente de las moléculas que presentan los antígenos en la superficie celular, complejos principales de histocompatibilidad (MHC) de clase I. Los complejos marcados de péptido-MHC (pMHC) se añaden luego a muestras del contenido de células enteras. Cuando se extraen los péptidos antigénicos, los péptidos marcados con isótopos pesados se pueden usar para contabilizar cuántos antígenos se han perdido durante el procesamiento.
Para determinar cuántos antígenos específicos se presentan en las células, los péptidos marcados con isótopos pesados Los pMHC se pueden agregar a muestras de contenido celular en diferentes concentraciones. La curva estándar resultante, o gráfico, se puede usar para extrapolar la cantidad de antígenos peptídicos.
Haciendo que los antígenos cuenten
Los investigadores usaron la nueva plataforma para cuantificar cómo cambian los inhibidores de CDK4/6. el repertorio de antígenos presentados en la superficie de las células del melanoma.
El melanoma se puede tratar de manera efectiva con una clase de inmunoterapia llamada inhibidores del bloqueo del punto de control inmunitario, pero hasta el 40 por ciento de los pacientes no responde a estas terapias. Estudios recientes han sugerido que las inmunoterapias de bloqueo de puntos de control pueden ser más eficaces en más pacientes cuando se combinan con otros agentes anticancerígenos, en particular aquellos que estimulan una respuesta inmunitaria, como los inhibidores de CDK4/6. Se cree que los inhibidores de CDK4/6 fortalecen la respuesta del sistema inmunitario al cáncer en parte al aumentar la expresión de MHC, lo que hace que las células cancerosas sean más visibles para el sistema inmunitario.
Los investigadores perfilaron repertorios de antígenos peptídicos en cuatro líneas celulares de melanoma tratado con el inhibidor de CDK4/6 palbociclib en dosis bajas y altas, encontrando que las dosis bajas de palbociclib dieron como resultado un mayor aumento de presentación de MHC que la terapia de dosis más alta. A dosis más bajas, el inmunopeptidoma mostró aumentos en los antígenos peptídicos asociados a tumores derivados de vías intracelulares que se sabe que se ven afectadas por la inhibición de CDK4 y CDK6. Estos resultados se suman a un creciente cuerpo de evidencia de que CDK4/6 podría usarse junto con el bloqueo de puntos de control para aumentar la capacidad del sistema inmunitario para responder a los tumores, y sugieren que los inhibidores de CDK4/6 y otros tratamientos similares podrían usarse para ajustar qué péptidos se presentan al sistema inmunitario.
Los investigadores también pudieron identificar un antígeno, un péptido IRS2 fosforilado con serina, que se presenta exclusivamente en tumores malignos. Descubrieron que se expresaba en niveles altos, lo que demuestra que la plataforma también podría usarse para ayudar a los investigadores del cáncer a identificar objetivos de inmunoterapia.
Debido a su sensibilidad y velocidad, la nueva plataforma podría usarse en la clínica para desarrollar estrategias de tratamiento sobre una base específica del paciente. La plataforma multiplexada puede analizar muchas muestras en tándem, lo que permite la escala de tiempo corto crítica para los ensayos clínicos. Su sensibilidad permite que se utilice en muestras pequeñas, incluidas muestras de tumores de pacientes individuales. El análisis de los cambios en el repertorio de antígenos peptídicos podría usarse para optimizar el orden y el momento de las terapias para lograr el mayor impacto, además de calibrar la presentación de antígenos de las células cancerosas para la orientación de las inmunoterapias.
«Una de las aplicaciones más prometedoras porque esta herramienta es para comprender mejor cuánto de algunos de estos objetivos de antígenos peptídicos se presentan, no solo en líneas celulares, sino en tumores reales», dice Stopfer. «Saber cuánto antígeno está presente en las células tumorales podría informar qué tipo de terapias desarrollamos y nuestra capacidad para tomar decisiones informadas sobre las opciones de inmunoterapia».
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El mapa integral de inmunidad tumoral abre la inmunoterapia a más pacientes Más información: Lauren E. Stopfer et al. La inmunopeptidómica cuantitativa relativa y absoluta multiplexada revela alteraciones del repertorio de MHC I inducidas por la inhibición de CDK4/6, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-16588-9 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu /newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.
Cita: La plataforma cuantifica con precisión los antígenos presentados en las superficies celulares (2 de junio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-06-platform-precisely- quantifies-antigens-cell.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.