Суперразрешающая микроскопия раскрывает наноразмерную архитектуру взаимодействия антител с рецепторами
Новое исследование показывает, как организация рецепторов на уровне отдельных молекул в клеточном контексте определяет функцию антител, открывая новые пути для разработки иммунотерапий рака.
Терапевтические антитела изменили лечение рака, однако точные молекулярные механизмы, лежащие в основе их терапевтического действия, оставались неясными. Команда под руководством Ральфа Юнгманна (профессор молекулярной физики жизни в LMU и руководитель исследовательской группы по молекулярной визуализации и бионанотехнологиям в Институте биохимии Макса Планка) впервые детально изучила, как терапевтические антитела изменяют организацию рецепторов на уровне отдельных молекул и как это влияет на их функцию.
Используя Resolution Enhancement by Sequential Imaging (RESI) — новую технику суперразрешающей микроскопии, способную визуализировать отдельные белки, — исследователи напрямую получили изображения наноразмерной архитектуры рецепторов CD20 и их взаимодействия с широко используемыми анти-CD20 антителами, такими как Ритуксимаб и Обинутузумаб.
«Впервые мы можем визуализировать в интактных клетках, как комплексы антитело-рецептор организуются на уровне отдельных белков, — объясняет Юнгманн, старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications. — Эти наноразмерные паттерны напрямую коррелируют с терапевтической функцией и предоставляют основу для рационального дизайна антител».
Визуализация комплексов антитело-рецептор с разрешением на уровне одного белка
Терапевтические моноклональные антитела действуют через несколько механизмов: активацию иммунных клеток, запуск системы комплемента или прямое индуцирование гибели клеток. Эти эффекты зависят от того, как антитела связываются и реорганизуют рецепторы на поверхности клетки. Однако традиционные методы визуализации не обладали достаточным разрешением, чтобы раскрыть эти структуры в их естественном клеточном контексте.
Команда Юнгманна преодолела этот барьер, внедрив многоцелевую 3D RESI-визуализацию. Этот метод маркирует рецепторы и антитела ортогональными ДНК-штрихкодами и последовательно визуализирует их с субнанометровой точностью. Это позволило команде разрешить организацию рецепторов CD20 и связанных с ними антител непосредственно на клеточной мембране.
«Теперь мы можем напрямую увидеть, как структурные изменения в дизайне антител преобразуются в различные паттерны рецепторов и клеточные ответы, — говорит Изабель Пахмайр, первый автор исследования. — Это открывает дверь для структурированного развития антител следующего поколения».
Новая эра для исследований антител
Помимо CD20, технология RESI способна исследовать практически любой мембранный рецептор и терапевтическое антитело с молекулярным разрешением непосредственно в интактных клетках. Поскольку RESI визуализирует целые клетки с высокой пропускной способностью, она позволяет проводить систематический анализ кандидатов в антитела с разрешением, ранее доступным только для крио-ЭМ, но теперь — непосредственно в клеточной среде и с уникальной молекулярной специфичностью.
В перспективе команда планирует комбинировать RESI с визуализацией множества рецепторов и внутриклеточных сигнальных молекул для картирования целых терапевтических путей. «Впервые RESI объединяет структуру наноразмерных рецепторов с их функцией в клеточном контексте, — резюмирует Юнгманн. — Эта технология обладает потенциалом для фундаментального преобразования иммунотерапий».