Normalerweise ist das Immunsystem in der Lage ist, zu differenzieren zwischen gesunden und entarteten Zellen. Peptide, die Fragmente erstellt, die durch die Synthese und Abbau von Proteinen innerhalb jeder Zelle auf der Oberfläche als Antigene fungieren als Signale an Immunzellen, ob die Zelle allein gelassen werden sollte oder markiert Sie für die Zerstörung und Entfernung.
Weil Krebs-Zellen zeigen eine kleine Anzahl von tumor-assoziierten Antigenen und Antigenen, die durch genetische Mutationen, Sie können gezielt durch das Immunsystem. Aber Krebszellen entwickeln Strategien für die Umgehung der Erkennung durch das Immunsystem. Krebs-Immuntherapien entgegenzuwirken jene Strategien, aber nur für einige Krebserkrankungen, und nur bei einigen Patienten. Diejenigen, die nicht arbeiten, produzieren leistungsstarke Ergebnisse.
Forscher und Kliniker untersuchen, wie die Verbesserung der Erfolgsquote der Immuntherapie für weitere Krebsarten und Patienten. In diesem bemühen sind Sie die Kombination von immun -, zielgerichtete Therapien, kleine Moleküle entworfen, um hemmen ausgewählten protein-targets in der Zelle. Zur Gestaltung von effektiven Kombinationen, ein besseres Verständnis von, wie zielgerichtete Therapien ändern die immunopeptidome—das repertoire der surface-Präsentation von Peptid-Antigenen ist erforderlich.
Ein team von Forschern, darunter Koch-Instituts-Mitglieder, Wald, Weiß, Ned C. und Janet Bemis Reis-Professor und Mitglied des “ MIT Center for Precision Krebs-Medizin, und Douglas Lauffenburger, Ford Professor of Biological Engineering, Chemical Engineering und Biologie, eine Technik entwickelt für die präzise Quantifizierung von Veränderungen in der immunopeptidome.
In einer Studie unter der Leitung von Studentin Lauren Stopfer und erscheint in Nature Communications, verwendeten die Forscher die Plattform zu analysieren, die Wirkung von CDK4/6-Inhibitoren, einer Klasse von bekannten Anti-Krebs-Agenten, die auf der immunopeptidome von Melanom-Zelllinien. Neben der Identifikation von potentiellen antigen-targets für die Medikamentenentwicklung, deren Ergebnisse hervorgehoben, die das Potenzial der CDK4/6-Inhibitoren zu einen wirksamen partner für bestimmte Arten der Immuntherapie. Letztlich ist die Plattform könnte helfen, Krebs-Forscher entwerfen neue zielgerichtete Medikamente und Immuntherapien oder klinischen Studien für Kombinationen dieser Therapien.
Hochwertige Quantifizierung
Derzeit, um zu untersuchen, wie sich eine Zelle ändert Ihren immunopeptidome in Reaktion auf die Exposition gegenüber einem Medikament oder einer anderen Störung, führen Forscher eine Technik, bekannt als Massenspektrometrie zur Quantifizierung der foldchange, oder relative änderung in der Größe zwischen den nachfolgenden Messungen der expression von Peptid-Antigene. Jedoch, die meisten aktuellen Massenspektrometrie-basierten Methoden nicht bieten eine komplette—oder auch zuverlässig und genau—Bild von immunopeptidome Dynamik.
Der Prozess der Vorbereitung einer Probe für die Massenspektrometrie-Analyse kann dazu führen, dass erhebliche Verluste von Antigenen. Isolierung des relativ kleinen Anzahl von antigen-Peptiden aus der gesamte Inhalt der Zellen, gibt es signifikante Unterschiede in der Anteil der Peptid-Antigene erholte sich von Probe zu Probe oder von Peptid zu Peptid. Bestehende Methoden für die Bilanzierung, wie viele Antigene sind verloren sind aufwändig und haben nur begrenzte Wirksamkeit.
Foldchange allein wird nicht geben die Größe der änderung in der Peptid-antigen levels. Zum Beispiel, eine drei-fachen Anstieg der Antigene kann bedeuten, dass eine Erhöhung von 10 auf 30-Antigene, oder es kann bedeuten, eine Zunahme von 1.000 bis 3.000. Da verschiedene Medikamente erfordern unterschiedliche Antigene zu präsentieren, in unterschiedlichen Mengen, um wirksam zu werden, eine genaue Zählung der änderung der antigen erforderlich ist, zu identifizieren, Medikamente, entlocken die optimale Reaktion in der Zelle. Zudem ist die Messung kann untergraben werden, indem zugrunde liegende „noise“ in der Beispiel—Daten, die cloud-der relative Anteil der beobachtbaren „signal“ produziert, indem das antigen von Interesse.
„Die Leute sagen, Sie brauchen eine bestimmte Anzahl von Peptid-antigen, um für eine Immuntherapie zu arbeiten, aber jetzt, diese Zahl ist in der Regel basierend auf anekdotische Beweise“, sagt Weiß. „Um wirklich fundierte Entscheidungen über die Immuntherapie-Optionen, es muss die Möglichkeit bestehen, zu quantifizieren Antigene sehr genau und sehr zuverlässig.“
Die neue Plattform ermöglicht die genaue Quantifizierung von Peptid-Antigene, präsentiert auf der Zelloberfläche, Buchhaltung für die variation in der Verarbeitung der Proben und geben die absolute Anzahl der detektierbaren Peptide. Mit einem breit verfügbaren UV-Licht-Technologie basiert, fügt die Methode Peptiden beladen mit schweren Isotopen in gentechnisch veränderte Versionen der Moleküle präsentieren Antigene auf der Zelloberfläche, Klasse I major histocompatibility complexes (MHCs). Die markierten Peptid-MHC (pMHC) – komplexe werden dann Hinzugefügt, um die Proben für den Inhalt von ganzen Zellen. Wenn die antigen-Peptide extrahiert werden, die schwere isotope-labeled Peptide, die verwendet werden können, zu berücksichtigen, für wie viele Antigene verloren gegangen zu sein, Verarbeitung.
Um zu bestimmen, wie viele ein bestimmtes antigen präsentiert Zellen, schwere Isotop gekennzeichnet pMHCs können Hinzugefügt werden, um Proben von dem Inhalte der Zellen bei verschiedenen Konzentrationen. Die daraus resultierende Standardkurve, oder Grafik, können verwendet werden, um die Extrapolation der Anzahl von Peptid-Antigene.
Machen Antigene zählen
Die Forscher nutzten die neue Plattform, um zu quantifizieren, wie CDK4/6-Inhibitoren verändern das repertoire von Antigenen präsentiert auf der Oberfläche von Melanomzellen.
Melanom kann effektiv behandelt werden mit einer Klasse der Immuntherapie genannt immun-checkpoint-blockade-Hemmer, aber so viele wie 40 Prozent der Patienten reagieren nicht auf diese Therapien. Jüngste Studien haben vorgeschlagen, dass die checkpoint-blockade Immuntherapien wirksamer sein kann, die in mehr Patienten in Kombination mit anderen Anti-Krebs-Agenten, besonders diejenigen, die eine Immunantwort stimulieren, wie CDK4/6-Inhibitoren. CDK4/6-Inhibitoren sind gedacht, um das Immunsystem zu stärken, die Reaktion auf den Krebs zum Teil durch die Steigerung der expression von MHCs, damit rendering Krebszellen besser sichtbar für das Immunsystem.
Forscher profiliert Peptid-antigen-repertoires in vier Zell-Linien aus Melanom behandelt, mit dem CDK4/6-inhibitor palbociclib bei niedrigen und hohen Dosierungen, zu finden, dass niedrige Dosen von palbociclib führte zu einer größeren Steigerung der MHC-Präsentation als in den höheren-Dosis-Therapie. Bei niedrigeren Dosen, die immunopeptidome zeigte Erhöhungen der tumor-assoziierten Peptid-Antigene von intrazellulären Signalwege bekannt, die betroffen durch die Hemmung von CDK4 und CDK6. Diese Ergebnisse fügen einem wachsenden Körper der Beweise, die CDK4/6 verwendet werden könnte, zusammen mit checkpoint-blockade zu erhöhen, das Immunsystem die Fähigkeit zur Reaktion auf Tumoren, und vorschlagen, dass CDK4/6-Inhibitoren und andere Behandlungen, wie Sie verwendet werden könnten, zu Stimmen, die Peptide präsentiert werden, um das Immunsystem.
Die Forscher waren auch in der Lage zu erkennen ein antigen, ein Serin-phosphoryliertes IRS2-Peptid, das tritt ausschließlich bei malignen Tumoren. Sie fanden heraus, dass es wurde zum Ausdruck gebracht, auf einem hohen Niveau, die belegen, dass die Plattform könnte auch genutzt werden, um zu helfen, Krebs-Forscher identifizieren Immuntherapie Ziele.
Wegen seiner Empfindlichkeit und Geschwindigkeit, die neue Plattform könnte verwendet werden, in die Klinik zu entwickeln Behandlungskonzepte, die auf einer patientenspezifischen basis. Die Multiplex-Plattform analysieren können viele Proben gleichzeitig, so dass für die kurze Zeit, die Skala kritisch zu klinischen Studien. Seine Empfindlichkeit ermöglicht den Einsatz auf kleinen Proben, einschließlich Proben von den einzelnen Patienten‘ Tumoren. Analyse von Peptid-antigen-repertoire Veränderungen können verwendet werden, um die Optimierung der Reihenfolge und das timing von Therapien für die größte Wirkung, neben der Kalibrierung von Krebs-Zellen antigen-Präsentation für die Ausrichtung von Immuntherapien.