Découverte à haut débit de nouveaux circuits cellulaires synthétiques pour les épitopes T restreints par le MHC de classe I et II

Contexte de la recherche et problématique

Ces dernières années, les technologies de découverte d’antigènes ont fait des progrès significatifs, notamment dans l’application des récepteurs de cellules T humaines (TCRs) dans la reconnaissance restreinte du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe I. Cependant, les études et technologies sur la restriction du MHC de classe II et l’activité des TCRs chez la souris sont relativement retardées. Cette limitation entrave le traitement et la recherche de nombreuses maladies liées au système immunitaire telles que le cancer, les maladies infectieuses et les maladies auto-immunes. Cet article vise à rapporter une nouvelle méthode de découverte d’antigènes pour les TCRs, à savoir la cartographie des peptides antigéniques par TCR (TCR mapping of Antigenic Peptides, TCR-MAP), afin de combler cette lacune de recherche.

Source de l’article

Cet article a été coécrit par Ayano C. Kohlgruber, Mohammad H. Dezfulian, Brandon M. Sie, Charlotte I. Wang, Tomasz Kula, Uri Laserson, H. Benjamin Larman et Stephen J. Elledge. Les institutions participantes incluent le Brigham and Women’s Hospital, la Harvard Medical School, le Boston Children’s Hospital, le Massachusetts General Hospital, l’Icahn School of Medicine at Mount Sinai et la Johns Hopkins School of Medicine. Cet article a été accepté le 5 novembre 2023, publié le 16 avril 2024, et publié dans 《Nature Biotechnology》。

Méthodologie et processus de recherche

Aperçu de la méthode

Le TCR-MAP est une méthode utilisant des circuits synthétiques de stimulation du TCR pour activer des étiquettes extracellulaires des cellules immunitaires. Plus précisément, en utilisant des circuits synthétiques dans les cellules Jurkat immortalisées, il active des étiquettes médiées par Sortase sur des cellules présentatrices d’antigènes (APC) modifiées, permettant ainsi aux APC étiquetées d’être purifiées et décodées directement par séquençage. Cette méthode permet de sonder des TCRs restreints par le MHC de classe I et II avec une très grande sensibilité et un débit élevé.

Processus détaillé

1. Modification génétique des cellules Jurkat : Les cellules Jurkat sont d’abord génétiquement modifiées pour exprimer des circuits synthétiques, y compris mCD40L-Srta. Cette construction s’exprime après activation des TCRs et catalyse l’étiquetage des APC reconnues.

2. Modification des APC cibles : Par transduction, les APC cibles exprimeront des peptides traités et des molécules MHC cibles. Lorsque ces peptides sont reconnus par le TCR, l’étiquette est transférée à la surface des APC.

3. Validation expérimentale :

   • Tout d’abord, des essais ont été réalisés en utilisant des peptides issus du cytomégalovirus humain (CMV) pour démontrer que la méthode pourrait identifier et étiqueter spécifiquement les peptides.
   • Dans une autre validation, des expériences avec l’antigène CTAG1B/NY-ESO-1 associé au cancer / testicule ont montré que cette méthode possédait une haute spécificité et sensibilité dans la détection des peptides cancéreux.
   • De même, des tests sur un modèle de souris utilisant le TCR OT-I et l’épitome SIINFEKL établis ont prouvé que ce système est également applicable sur des modèles murins.

Algorithmes et analyse de données

L’étude a également utilisé des modèles de calcul complexes et des algorithmes d’analyse de données, y compris la cytométrie en flux et l’analyse bio-informatique, afin de déterminer précisément la réponse des étiquettes antigéniques. Elle a également intégré des logiciels développés en interne pour le traitement des données, afin d’assurer la précision et la reproductibilité des résultats.

Résultats principaux

1. Capture efficace des interactions TCR-MHC : Le TCR-MAP a efficacement capturé les interactions spécifiques entre les molécules MHC de classe I et II et les TCRs, avec une sensibilité et spécificité vérifiées par l’étiquetage de surface cellulaire.

2. Détection à haut débit des réactions auto-immunes et virales : Ce système a démontré sa capacité à détecter de manière sensible et à haut débit les réactions auto-immunes ou virales, ce qui est adapté pour la découverte d’antigènes dans le contexte du cancer, des maladies infectieuses et des maladies auto-immunes.

3. Cartographie étendue des réponses : Dans des expérimentations impliquant des bibliothèques de protéines humaines, virales et murines, le TCR-MAP a montré une capacité de cartographie antigénique efficace, particulièrement dans des environnements antigéniques complexes.

4. Détection sensible et possibilité d’expansion future : Les résultats expérimentaux ont démontré la sensibilité du TCR-MAP face à des antigènes à faible ou à haute affinité, ouvrant la voie à des applications potentielles dans les bibliothèques clonotypiques de TCR diversifiées. De plus, ce système a montré un potentiel dans la capture d’antigènes non-peptidiques tels que les lipides ou les métabolites.

Conclusion et signification

Valeur scientifique

La méthode TCR-MAP développée dans cette étude propose une méthode nouvelle, efficace, flexible et sensible permettant de décrypter les antigènes spécifiques des TCR à haut débit. Elle surmonte de nombreuses limitations des méthodes traditionnelles, y compris la dépendance aux cellules T primaires et l’exigence de destruction des cellules cibles.

Valeur appliquée

Le potentiel d’application étendu du TCR-MAP inclut la découverte d’antigènes et le traitement dans les domaines du cancer, des maladies infectieuses et des maladies auto-immunes, avec une importance particulière pour les maladies auto-immunes et le traitement des tumeurs.

Points forts de la recherche

• Flexibilité et spécificité : Cette méthode est applicable à divers modèles humains et murins et est pertinente pour les TCRs restreints par MHC I et II.
• Haut débit et sensibilité : En permettant une découverte d’antigènes efficace et un marquage précis, elle améliore la sensibilité et la spécificité des détections.
• Utilisabilité inter-espèces : Cette étude a prouvé que le TCR-MAP est efficace pour différents espèces, facilitant les études de recherche fondamentale et appliquée.

Le TCR-MAP offre une méthode innovante, flexible et efficace de découverte d’antigènes, et promet des avancées significatives dans la recherche en immunologie, les applications cliniques et d’autres domaines connexes.