Super-resolutiemicroscopie onthult nanoschaal architectuur van antilichaam-receptorinteracties

Een nieuwe studie laat zien hoe de single-molecule organisatie van receptoren in een cellulaire context de functie van antilichamen bepaalt, waardoor nieuwe routes worden geopend voor de ontwikkeling van immunotherapieën voor kanker.

Therapeutische antilichamen hebben de behandeling van kanker getransformeerd, maar de exacte moleculaire mechanismen die hun therapeutische effecten aansturen, zijn ongrijpbaar gebleven. Een team onder leiding van Ralf Jungmann (voorzitter professor voor Molecular Physics of Life bij LMU en leider van de Molecular Imaging and Bionanotechnology Research Group aan het Max Planck Institute of Biochemistry) heeft nu een ongekende kijk op de therapeutische antilichamen.

Het gebruik van resolutieverbetering door sequentiële beeldvorming (RESI)-Een nieuwe super-resolutie microscopietechniek die in staat is om afzonderlijke eiwitten te visualiseren-de onderzoekers hebben direct de nanoschaalarchitectuur van CD20-receptoren en hun interacties afgebeeld met veelgebruikte anti-CD20-antilichamen zoals rituximab en Obinutuzumab.

“Voor het eerst kunnen we in intacte cellen visualiseren hoe antilichaam-receptorcomplexen zich organiseren op het niveau van één eiwitten”, legt Jungmann, senior auteur van de studie, uit, gepubliceerd Onlangs in het dagboek Natuurcommunicatie. “Deze patronen op nanoschaal correleren direct met therapeutische functie en bieden een blauwdruk voor rationeel antilichaamontwerp.”

Visualisatie van antilichaam-receptorcomplexen bij resolutie met één eiwitten

Therapeutische monoklonale antilichamen werken door meerdere mechanismen – het betreuren van immuuncellen, het activeren van complementroutes of het direct induceren van celdood. Deze effecten zijn afhankelijk van hoe antilichamen binden en receptoren op het celoppervlak reorganiseren. Traditionele beeldvormingsmethoden ontbraken echter de resolutie om deze regelingen in hun inheemse cellulaire context te onthullen.

Het Jungmann-team overwon deze barrière door multi-target 3D Resi Imaging te implementeren, een methode die receptoren en antilichamen labelt met orthogonale DNA-barcodes en ze opeenvolgend visualiseert bij sub-nanometer precisie. Dit stelde het team in staat om de organisatie van CD20 -receptoren en hun gebonden antilichamen rechtstreeks op het celmembraan op te lossen.

“We kunnen nu direct zien hoe structurele veranderingen in antilichaamontwerp zich vertalen in verschillende receptorpatronen en cellulaire reacties”, zegt Isabelle Pachmayr, eerste auteur van de studie. “Dit opent de deur naar structuurgestuurde ontwikkeling van de volgende generatie monoklonale antilichamen.”

Een nieuw tijdperk voor antilichaamonderzoek

Naast CD20 is deze RESI -technologie in staat om vrijwel elke membraanreceptor en therapeutisch antilichaam te onderzoeken met moleculaire resolutie direct bij intacte cellen. Omdat Resi hele cellen met een hoge doorvoer visualiseert, maakt het systematische analyse van antilichaamkandidaten mogelijk bij een resolutie die voorheen alleen toegankelijk was via cryo-EM, maar nu direct in de cellulaire omgeving en met unieke moleculaire specificiteit.

Vooruitkijkend, het team voorziet dat RESI combineert met de beeldvorming van meerdere receptoren en intracellulaire signaalmoleculen om volledige therapeutische routes in kaart te brengen. “Voor het eerst combineert Resi de structuur van nanoschaalreceptoren met hun functie in een cellulaire context”, vat Jungmann samen. “Deze technologie kan immunotherapieën fundamenteel transformeren.”