Upptäckten av en märklig proteinstruktur och strävan efter att bekräfta den har lett till beskrivningen av interagerande receptorkluster på naturliga mördarceller (NK). Studien av forskargruppen Dr. Ondřej Vaněk från institutionen för biokemi, naturvetenskapliga fakulteten, Charles University, och hans kollegor från Institute of Biotechnology vid den tjeckiska vetenskapsakademin i centrum BIOCEV publicerades nyligen i tidskriften Nature Communications .

Laboratory of Structural Biochemistry of Immune Recognition, ledd av Dr. Ondřej Vaněk, producerade en spännande historia. Det hela började för några år sedan med att observera en oväntad proteinstruktur hos en receptor, och slutade med en detaljerad beskrivning av specifika strukturer och interaktioner hos immunsystemet.

"Vi är intresserade av hur immunsystemets celler känner igen om andra celler i vår kropp är friska eller ohälsosamma", förklarar Dr Vaněk. Hans forskargrupp fokuserar främst på NK-celler, som är en del av medfödd immunitet, och om de känner att en annan cell i kroppen inte är frisk, kan de snabbt eliminera den. Strukturell immunologi försöker här upptäcka hur receptorer på ytan av immunceller känner igen proteiner (eller andra strukturer) på ytan av en annan cell. "Dessa proteiner talar om för NK-cellen om allt är bra eller inte. Det som slutar med att hända är inte bara interaktionen mellan två proteiner, utan det är samspelet mellan ett antal interaktioner, och i slutändan kommer antingen en hämmande eller en aktiverande signal att råda, " förklarar Dr. Vaněk.

Studien som just publicerats fokuserar på två proteiner och deras interaktion. En av dem är en receptor på NK-celler, kallad NKR-P1. Denna receptor är intressant eftersom den fungerar som en av de viktigaste ytmarkörerna genom vilka NK-celler kan definieras, även om dess struktur har varit okänd fram till nu. NKR-P1-receptorn finns också på ytan av vissa specifika subpopulationer av T-lymfocyter, som är inblandade i flera autoimmuna sjukdomar. I detta sammanhang är emellertid dess verkan ännu inte väl karakteriserad, troligtvis övergår den från rent hämmande till samstimulerande och bidrar därmed till utvecklingen av dessa sjukdomar.

Det andra proteinet som studien fokuserar på är liganden för NKR-P1-receptorn, proteinet som kallas LLT1. Detta protein finns normalt på andra celler i immunsystemet, och som Dr Vaněk beskriver:"När celler interagerar och rör vid varandras yta, får det dem att säga att de känner till varandra och allt är bra." De senaste femton årens forskning har dock visat att LLT1-proteinet i många cancerfall uttrycks på ytan av cancerceller, där det tjänar till att hämma immunsvaret. Dr. Vaněk tillägger, "Tyvärr, ju sämre tumörtyp desto högre ytuttryck av LLT1-protein." Han och hans kollegor var de första som beskrev strukturen för LLT1 2015.

Denna artikel beskriver de två proteinerna och deras interaktion på många nivåer, från atomstrukturen till cellnivån. Forskargruppen producerade först proteinerna, kristalliserade dem och löste strukturen för deras komplex.

"Resultatet var ganska oväntat och intressant. Man undrar i det ögonblicket om detta bara är en artefakt av kristallen eller om en sådan struktur verkligen existerar på cellytan", konstaterar Dr. Vaněk. Nästa ganska komplexa steg i forskningen var superupplösningsmikroskopi, och följande faser av studien utfördes på cellytan och levande NK-celler isolerade från donatorblod. Genom att kombinera flera metoder, verifierade forskargruppen tidigare observationer i kristallstrukturen av komplexet av båda proteinerna och beskrev de resulterande funktionella konsekvenserna - under vilka villkor NKR-P1- och LLT1-proteinerna måste uppfylla för att producera en hämmande signal.

Både NKR-P1-receptorn och dess ligand LLT1 är homodimerer, det vill säga de bildar alltid par av två identiska kedjor på cellytan, förbundna med disulfidbindningar. Hittills har tanken varit att när de två proteinerna interagerar binder en dimer av receptorn en dimer av liganden. Men tack vare kristallstrukturen hos NKR-P1-komplexet med LLT1, vet vi att detta inte är sant:Hälften av receptordimeren interagerar med hälften av liganddimeren, vilket tillåter bildandet av bindande kluster av dessa molekyler på ytan av NK-cellen när den interagerar med målcellen.

Det tog flera år av forskning att testa denna hypotes från atom till cellnivå. Affiniteten hos de studerade proteinerna är mycket svag, och det är bara genom klustring som den blir tillräckligt stark för att NK-cellen ska känna av den hämmande signalen. Nödvändigheten för att flera molekyler ska mötas är alltså ett slags evolutionärt skydd mot onödiga eller falska stimuli, och tack vare den nya studien kan vi se exakt hur denna interaktion fungerar på strukturell nivå. Detta kan hjälpa till att utforma terapeutiska proteiner som önskvärt skulle kunna påverka interaktionen mellan immunsystemet och cancerceller.

Studien utfördes av Dr. Ondřej Vaněks team vid den naturvetenskapliga fakulteten vid Charles University i samarbete med teamet av Dr. Jan Dohnálek ​​från Institute of Biotechnology of the Czech Academy of Sciences (BIOCEV), som huvudsakligen var involverad i strukturella analyser. Två forskare från University of Oxford bidrog också avsevärt till forskningen, genom att utföra kristallisations- och röntgendiffraktionsmätningar.

"Several generations of students from our lab have been involved in this study, and the first author, Jan Bláha, did his Ph.D. on this research. Gradually, we learned more and more methods, and the students advanced a lot. Some of them are now working at some of the best European research institutes," Dr. Vaněk explains.

Jan Bláha, the first author of the study and now a postdoctoral fellow at EMBL Hamburg, says, "The most interesting thing for me while working on this project was discovering new insights in relatively common data that led us to more complex experiments. I learned not to be afraid to follow my own crazy ideas as long as they are based on the data. I have come to understand that many of the world's experts are only human, and the most passionate ones are playful and willing to help with any crazy scientific idea." + Utforska vidare

Immune system:First image of antigen-bound T-cell receptor at atomic resolution