T-celler är skickliga på att döda cytomegalovirus (CMV)-infekterade celler med hjälp av en T-cellsreceptor (TCR) som känner igen intracellulära CMV-associerade proteiner som blir synliga på cellytan. Däremot antikroppar flyter fritt genom kroppen, binder hårt till utsöndrade proteiner och membranproteiner och taggar dem för igenkänning av andra immunceller. Detta arbete kombinerade cellinriktningsegenskaperna hos en TCR och den täta bindningen av en antikropp med andra modifieringar för att skapa en ny molekyl som kan detektera och märka CMV-infekterade celler. Detta hybridprotein representerar en ny strategi för att identifiera och möjligen eliminera CMV-infekterade celler. Kredit:Jennifer Maynard/Ellen Wagner/University of Texas
Forskare har konstruerat "antikroppsliknande" T-cellsreceptorer som specifikt kan fastna på celler infekterade med cytomegalovirus, eller CMV, ett virus som orsakar livslång infektion hos mer än hälften av alla vuxna vid 40 års ålder. Dessa receptorer representerar ett nytt potentiellt behandlingsalternativ, kan hjälpa utvecklingen av CMV-vacciner och kan också användas för att rikta in sig mot hjärntumörer.
I det friska immunförsvaret, CMV ligger vilande när T-celler cirkulerar genom kroppen och upptäcker infekterade celler. Medan antikroppar bara känner igen proteiner på ytan av celler, T-celler använder sina membranbundna T-cellsreceptorer, eller TCR, för att upptäcka sjukdomsassocierade proteiner som gömmer sig inuti cellmembranet. TCR kan sedan berätta för T-celler att förstöra den infekterade cellen, vilket normalt är fallet med CMV. Dock, för immunförsvagade patienter, denna försvarsmekanism minskar kraftigt och viruset kan bli livshotande.
Forskare har använt T-celler för att behandla sjukdomar tidigare, men att konstruera och transplantera hela T-celler är både kostsamt och invasivt. I en ny studie publicerad i Journal of Biological Chemistry , ett team av ingenjörer tog ett alternativt tillvägagångssätt, producera CMV-detekterande TCR som, som antikroppar, flyter fritt genom kroppen och binder tätt till sina sjuka mål.
"Just nu har vi en molekyl som ser ut som en antikropp men den binder till en (CMV-associerad) peptid som normalt skulle kännas igen av en TCR, sa Jennifer Maynard, en professor i kemiteknik vid University of Texas i Austin och senior författare till studien. "Antikroppar kan normalt inte komma åt dessa molekyler så det är en stor sak."
För att producera terapeutiska biomolekyler, forskare använder ofta bakterie- eller jästceller som miniatyrfabriker. Dock, dessa celltyper har haft minimal framgång i att generera stabila humana TCR. Eftersom receptorerna utvecklades i däggdjursceller, främmande celltypers molekylära maskineri introducerar ofta defekter, sa Maynard. För att ge TCR en mer lämplig miljö, författarna använde äggstocksceller från kinesisk hamster.
"Dessa proteiner är verkligen svåra att arbeta med, så vi tänkte att vi bara ska behålla dem i den miljö där de är glada, och de är glada på ytan av en däggdjurscell, sa Maynard.
TCR skapar naturligtvis lösa band med sina mål, men författarna ville att deras skulle binda och inte släppa taget. För att stärka dessa förbindelser, författarna muterade slumpmässigt DNA från TCR-komponenten som detekterar CMV-peptiden. De infogade sedan många versioner av det muterade DNA:t i hamsterceller, som sedan tillverkade omkring en miljon olika typer av TCR, sa Maynard.
Forskarna mätte sedan vilken muterad version som etablerade den starkaste bindningen genom att exponera de otaliga TCR-variationerna som uttrycks på ytan av hamstercellerna för CMV-peptiden.
"Vi hittade en som var vår favorit, " sa Maynard. "Vi förbättrade bindningsaffiniteten 50 gånger."
Sedan var utmaningen att frigöra TCR från T-cellmembranet. För att uppnå detta, forskarna redigerade ytterligare DNA så att TCR skulle fästa till proteinet som utgör stammen av "Y"-formade antikroppar. Och för att hjälpa dessa proteiner att hålla sin form, de lade till en bindning inuti TCR och förhindrade även sockerarter från att fästa. Sammanlagt, dessa förändringar verkade göra susen, sa Maynard.
Dessa "antikroppsliknande" TCR kan användas för att spåra sjukdomsprogression hos patienter eller för att utvärdera hur väl utvecklande vacciner fungerar. Dessa TCR kan också återställa en del av det förlorade immunsvaret hos patienter med nedsatt immunförsvar genom att instruera deras celler att attackera CMV-infektioner, sa Maynard.
En annan stor möjlighet för denna nya molekyl är att behandla glioblastom. Även om hjärntumörerna inte producerar många distinkta markörer, de undertrycker immunförsvaret, som hos CMV-infekterade patienter kan återuppliva viruset i cancercellerna, sa Maynard.
"Vårt protein kan användas för att specifikt rikta glioblastomceller, och det skulle ge en mycket unik markör, "Sa Maynard. "Vi skulle använda detta för att övervaka eller döda några av dessa tumörceller."
