Un nuovo strumento migliora il controllo dell’attività cellulare

Una strada per raggiungere questo obiettivo sono i recettori cellulari, che funzionano come slot di accensione su una cellula, richiedendo chiavi – come ormoni specifici, farmaci o antigeni – per avviare specifiche attività cellulari. Esistono già recettori sintetici che ci danno un certo controllo su questa sequenza di eventi, i più famosi sono i recettori dell’antigene chimerico utilizzati nella terapia del cancro con cellule CAR-T. Ma i recettori sintetici esistenti sono limitati nella varietà di chiavi che possono accettare e nelle attività che possono innescare.

Ora, dettagliato in un articolo pubblicato il 4 dicembre in NaturaI ricercatori di Stanford hanno sviluppato un nuovo recettore sintetico che accoglie una gamma più ampia di input e produce una serie più diversificata di output.

Questa innovazione, chiamata “Recettori ingegnerizzati accoppiati a proteine ​​G programmabili con antigene” (PAGER), è costruita attorno ai recettori accoppiati a proteine ​​G, un insieme di oltre 800 proteine ​​nel corpo umano che attivano interruttori molecolari all’interno della cellula, chiamati G -proteine, per controllare molte funzioni vitali. I ricercatori hanno dimostrato la versatilità del PAGER controllando con successo l’attività neuronale, innescando risposte immunitarie e fornendo trattamenti terapeutici in esperimenti di laboratorio.

“Penso che PAGER abbia un potenziale di impatto, sia nel campo della biologia dei recettori accoppiati alle proteine ​​G, sia nei circuiti sintetici o nelle terapie cellulari”, ha affermato Alice Ting, professoressa di genetica presso la Facoltà di Medicina e di biologia presso la Facoltà di Lettere e Filosofia. e Scienze e autore senior dell’articolo. “Quando metti una tecnologia sul mercato, è sempre emozionante vedere tutti i modi creativi in ​​cui le persone usano e trasformano la tecnologia in modi che non avresti mai nemmeno immaginato. C’è molto di più che è possibile.”

Tenendo le chiavi

Sebbene i recettori accoppiati alle proteine ​​G possano attivare varie attività cellulari, i ricercatori li avevano precedentemente evitati per applicazioni programmabili perché personalizzare le loro “chiavi” era impegnativo, richiedendo letteralmente ai ricercatori di dirigere l’evoluzione dei recettori per anni per creare solo l’opzione desiderata.

“I recettori accoppiati alle proteine ​​G, normalmente, possono essere attivati ​​da piccole molecole specifiche che si legano in una tasca del recettore”, ha spiegato Nicholas Kalogriopoulos, ricercatore post-dottorato nel laboratorio Ting e co-autore principale dell’articolo. “Essenzialmente, quello che abbiamo fatto è stato fondere qualcosa che blocca quella tasca, e si apre solo quando lega qualcosa che hai scelto.”

In altre parole, i ricercatori hanno aggiunto uno strato di sicurezza – un nanocorpo accoppiato con un antagonista peptidico – che protegge l’accensione. Come il proprietario di un’auto che valuta se prestarla a un amico, il nanobody e l’antagonista peptidico consentono l’inserimento della chiave solo a determinate condizioni. Questa configurazione non solo limita l’accesso al recettore ma permette anche di scambiare il “proprietario” per modificare i criteri di accesso. Questa modularità, combinata con l’abbondante influenza delle proteine ​​G, significa che PAGER potrebbe consentire un’incredibile diversità di risposte cellulari.

Funziona tutto

Per mettere alla prova PAGER, i ricercatori hanno collaborato con Ivan Soltesz, professore James R. Doty di Neurochirurgia e Neuroscienze presso la Stanford Medicine, e Yulong Li, Professore Boya presso l’Università di Pechino, entrambi coautori dell’articolo.

“L’ambiente molto collaborativo di Stanford ha accelerato lo studio. Penso che abbia davvero portato al successo dell’esperimento e del progetto”, ha affermato Reika Tei, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio Ting e co-autrice principale dell’articolo.

Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato PAGER per alterare l’attività neuronale in una coltura cellulare e in una sezione del cervello di topo, controllare la migrazione delle cellule T, modificare lo stato infiammatorio dei macrofagi (un tipo di cellula immunitaria) e secernere anticorpi terapeutici in risposta a la presenza di antigeni tumorali.

“Non ci aspettavamo che tutte e quattro le applicazioni funzionassero subito, ma è stato così, il che mi ha fatto sentire davvero bene con la tecnologia”, ha affermato Ting. “Non avevamo alcuna applicazione in cui lo abbiamo provato e non ha funzionato, il che non è una promessa per tutti che funzionerà per loro, ma era robusto.”

I prossimi passi di PAGER prevedono l’esplorazione di diverse applicazioni, la semplificazione della sua struttura e il miglioramento della sua capacità di operare in modo autonomo, come la somministrazione automatica di farmaci in seguito al legame con i recettori. Sebbene sia ancora in fase iniziale, i ricercatori sono fiduciosi nel potenziale del PAGER, soprattutto ora che altri laboratori iniziano a sperimentarlo.

“Abbiamo reso PAGER facilmente programmabile e ci piacerebbe applicarlo a tutti i tipi di luoghi, ma non abbiamo le competenze per farlo”, ha affermato Kalogriopoulos. “Abbiamo bisogno di persone che studino effettivamente la biologia di una malattia specifica o di una funzione cellulare perché conoscono gli input e gli output corretti. Quindi sono davvero entusiasta che le persone lo prendano e inizino a usarlo.”

Kalogriopoulos, Ting, Ravalin e Tei sono inventori di un brevetto provvisorio (domanda di brevetto provvisoria statunitense n.: 63/516,900) relativo a questo lavoro. Ting è un consulente scientifico di Third Rock Ventures e Nereid Therapeutics.