Neki kancerozni tumori otimaju proteine koji deluju kao „kočnice“ našeg imunološkog sistema i koriste ih da formiraju neku vrstu štita od imunološkog prepoznavanja. Stvoreni su imunoterapijski tretmani koji isključuju ove „kočnice“ i omogućavaju našem telu da napadne ćelije raka koje izgledaju strano.
Da bi dalje unapredili takve tretmane, istraživači sa Univerziteta Stanford i Univerziteta u Njujorku objavili su novu strukturu jednog od ovih kočionih proteina, LAG-3. Njihov rad sadrži ključne detalje o strukturi molekula, kao i informacije o tome kako LAG-3 protein funkcioniše.
Iako je više od deset imunoterapije koje ciljaju LAG-3 u razvoju, a jedna je već odobrena od strane FDA, znanje o strukturi i funkciji LAG-3 je nepotpuno.
„S obzirom na količinu vremena i resursa koji se ulažu u razvoj terapeutika koji ciljaju na LAG-3, zapanjujuće je da još uvek nemamo potpuno razumevanje kako ovaj protein funkcioniše“, rekla je Dženifer Kohran, profesorka Addie and Al Macovski u Tehničkom fakultetu i profesor bioinženjeringa, i ko-stariji autor studije koja detaljno opisuje LAG-3, objavljenu u PNAS.
Dobivanje jasne slike proteina možda ne izgleda kao velika stvar, ali kada su u pitanju proteini, forma često stvara funkciju. Ako znate kako protein izgleda na atomskoj skali, možete početi da razumete kako on u interakciji sa drugim molekulima i dizajnirate eksperimente da biste dalje zaključili kako funkcioniše. Studije poput ovih su ključne za razvoj lekova koji mogu optimalno blokirati funkciju svoje mete.
Proteini poput LAG-3, koji se nazivaju imunološke kontrolne tačke, postoje da spreče naš imuni sistem da napada stvari koje ne bi trebalo. U teoriji, naš imuni sistem bi prirodno trebalo da prepozna tumorske ćelije kao strane. Ali proteinski štit kontrolne tačke može pružiti zaštitu od raka.
Trenutne imunoterapije nisu hemijski lekovi, to su laboratorijski proizvedena antitela koja se vezuju za određene delove ovih kontrolnih tačaka i u suštini ih isključuju. Kada se kontrolna tačka isključi, naš imuni sistem može ponovo prepoznati i ciljati rak.
Već postoje odobreni tretmani antitela koji ciljaju na dva proteina kontrolne tačke: CTLA-4 i PD-1. I jedno i drugo isključuje naš imuni sistem, ali na različite načine. Pošto su CTLA-4 i PD-1 bili prva dva pronađena proteina kontrolne tačke, oni su prilično dobro proučeni, a različiti pristupi njihovoj inhibiciji za terapiju raka doneli su naučnicima Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu 2018.
Čini se da LAG-3 funkcioniše na potpuno drugačiji način. Naučnici se nadaju da bi te razlike mogle da ga učine boljom ili komplementarnom metom za lečenje određenih vrsta raka, rekao je Džek Silberštajn, doktor imunologije sa Stanforda. učenik koji je zajedno vodio rad.
Zbog toga je Silberštajn rekao: „Postojalo je sve ovo uzbuđenje na terenu. Grupe su žurile da prave antitela protiv LAG-3, ne znajući u potpunosti kako LAG-3 ili ta antitela funkcionišu.“
Silberstein i kolege, uključujući i one u Stenfordovom centru znanja o makromolekularnoj strukturi ChEM-H i Nacionalnoj laboratoriji za akceleratore SLAC, počeli su da rade na strukturi LAG-3 2019. godine. Strukturu LAG-3 objavila je druga grupa 2022. dajući početni uvid proteina, ali su mu nedostajali ključni detalji oko molekula šećera koji su ključni za funkciju LAG-3 i detaljne informacije o tome kako je struktura LAG-3 povezana sa njegovom biološkom aktivnošću.
Kada je Silberštajn prvi put započeo ovaj projekat, „brzo sam shvatio zašto nema objavljene strukture. To je izuzetno težak protein za rad.“
A tehnika koju je Silberštajn koristio da dobije strukturu, nazvana rendgenska kristalografija, izuzetno je izbirljiva. Prvo, Silberštajn je morao da uzgaja kristal u potpunosti napravljen od LAG-3 proteina. Zatim su, u saradnji sa Irimpan Mathevsom iz SLAC National Accelerator Laboratori, ispalili rendgenske zrake na kristal kako bi stvorili 3D sliku molekula.
LAG-3 je vretenast, fleksibilan protein, tako da je teško naterati molekule da se slažu na uredan način. Silberstein procenjuje da je napravio više od 10.000 kristala, od kojih je 3.000 ispaljeno rendgenskim zracima pre nego što je tim konačno rešio strukturu.
„Bila je to veoma intenzivna, tri godine, udari glavom o zid“, rekao je Silberštajn.
Ali isplatilo se. Struktura tima je potvrdila da LAG-3 postoji kao dimer, sa dva molekula LAG-3 koja se spajaju da formiraju funkcionalni protein kontrolne tačke. Ostatak šećera koji je bio neuhvatljiv u prethodnim strukturalnim naporima je ključni element u interfejsu LAG-3 dimera i pomaže u promovisanju drugačije orijentacije LAG-3 proteina.
Sa opisanom strukturom, kolege sa Univerziteta u Njujorku, uključujući MD, Ph.D. student Jasper Du i docent za patologiju Jun Vang zajedno su vodili kritičke eksperimente koji su dodatno razjasnili funkciju LAG-3. Druge kolege sa Njujorškog univerziteta, uključujući Kun-Vei Chan i Ksiang-Peng Kong, pomogli su u sprovođenju studija elektronske mikroskopije kako bi se detaljno objasnio poremećaj formiranja dimera LAG-3 antitelima.
Dodatni rad tima otkrio je, po prvi put, da antitelo koje se koristi skoro 20 godina da bi se pokazala terapeutska efikasnost u modelima tumora kod životinja blokira aktivnost LAG-3 vezivanjem za interfejs između dva LAG-3 molekula , ometajući LAG-3 od formiranja njegovog funkcionalnog dimera. Intrigantno je da se LAG-3 antitela u kliničkom razvoju vezuju za druge oblasti proteina, daleko od ovog interfejsa dimera.
Nikada neće postojati samo jedan „lek“, jer su svi kanceri različiti i uključuju niz različitih biohemijskih puteva. Silberstein i Cochran zamišljaju budućnost u kojoj se koristi niz hirurških, hemijskih i imunoloških pristupa tretmanu, vođeni osnovnim naučnim otkrićima i medicinskim inovacijama. Dodatni tretmani usmereni na LAG-3 mogu biti deo te slike.
