Functional Immunopeptidomics by Characterizing Immunopeptides Against HLAs, TCRs, and Antibodies

El cuerpo humano mantiene una vigilancia constante y silenciosa contra el cáncer a través de un sofisticado sistema de vigilancia. En el corazón de esta defensa se encuentran proteínas especializadas llamadas antígenos leucocitarios humanos, o HLA, que actúan como ventanas de exhibición en la superficie de cada célula. Estas ventanas sostienen diminutos fragmentos de las proteínas que hay dentro de la célula, permitiendo que las células inmunitarias las escaneen en busca de señales de problemas. Si una célula es sana, los fragmentos parecen normales. Si una célula es cancerosa, puede mostrar fragmentos que están mutados o alterados químicamente, señalando al sistema inmunitario para que ataque. Durante años, los científicos que buscaban nuevos tratamientos contra el cáncer se han centrado casi exclusivamente en encontrar estos fragmentos mutados, con la esperanza de diseñar terapias que enseñen al sistema inmunitario a reconocerlos. Sin embargo, este enfoque choca con un muro en muchos cánceres comunes, como el cáncer de riñón, donde las células no portan muchas mutaciones. En estos casos, el sistema inmunitario aún logra combatir la enfermedad, lo que sugiere que el cuerpo está reconociendo algo más: quizás fragmentos que están modificados químicamente de formas únicas, o proteínas que son simplemente sobreproducidas por el tumor. El desafío ha sido que las herramientas utilizadas para encontrar estos objetivos requieren grandes cantidades de tejido y a menudo pasan por alto los fragmentos específicos con los que el sistema inmunitario está interactuando realmente, dejando a los investigadores con una lista de objetivos potenciales que pueden no ser los verdaderos impulsores de la respuesta inmunitaria.

Un equipo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins ha desarrollado una nueva forma de abordar este problema, que funciona con cantidades diminutas de tejido y se centra en lo que el sistema inmunitario está haciendo realmente. En lugar de simplemente catalogar cada fragmento que reposa pasivamente en la superficie de una célula, su método separa los fragmentos que están siendo agarrados activamente por receptores inmunitarios de aquellos que simplemente están allí sentados. Probaron este enfoque en treinta muestras de tejido de cáncer de riñón, incluyendo tumores y tejido sano tomados de los mismos pacientes. El proceso comienza triturando apenas diez miligramos de tejido congelado hasta convertirlo en un líquido. Este líquido se pasa luego por una serie de filtros, cada uno diseñado para capturar un tipo diferente de interacción inmunitaria. Primero, el sistema captura fragmentos unidos por anticuerpos, luego aquellos sostenidos por un tipo específico de receptor inmunitario, seguido de los fragmentos generales exhibidos por las principales ventanas de la célula. Crucialmente, los investigadores también tomaron los receptores inmunitarios que habían capturado y los mezclaron de nuevo con los fragmentos aislados en un tubo de ensayo para ver cuáles se adherirían de forma natural. Esto les permitió distinguir entre fragmentos que están meramente presentes y aquellos que son funcionalmente importantes.

Los resultados revelaron un panorama de objetivos mucho más rico de lo visto anteriormente. A partir de estas pequeñas muestras, el equipo identificó casi treinta y nueve mil fragmentos únicos exhibidos por el primer tipo de ventana inmunitaria y casi veintisiete mil fragmentos únicos exhibidos por el segundo tipo. Más importante aún, cuando observaron los fragmentos que estaban siendo unidos activamente por receptores inmunitarios, descubrieron que estos tenían mucha más probabilidad de ser únicos del tumor y estar ausentes en el tejido sano. De hecho, el método de capturar estas interacciones activas aumentó la pureza de los objetivos específicos del tumor hasta cinco veces en comparación con el simple hecho de observar todos los fragmentos en la superficie. Los investigadores también descubrieron que muchos de estos objetivos importantes no estaban mutados en absoluto. En su lugar, eran proteínas normales que habían sido alteradas químicamente, como tener un grupo fosfato unido, o eran proteínas que el tumor estaba produciendo en exceso. Algunos de estos objetivos aparecían repetidamente en diferentes pacientes, incluyendo proteínas llamadas NNMT, TMBIM6, RPL3, VIM y ENPP3, lo que sugiere que son objetivos fiables para la terapia.

El estudio también reveló una diferencia sorprendente en cómo se regulan los dos tipos de ventanas inmunitarias. Para el primer tipo de ventana, el número de fragmentos exhibidos en la superficie está directamente relacionado con la cantidad de maquinaria proteica presente en la célula; cuando la célula produce más de la maquinaria, exhibe más fragmentos de una manera lineal y predecible. Esto es impulsado por un interruptor maestro en el núcleo de la célula que enciende toda la línea de producción. Sin embargo, el segundo tipo de ventana se comporta de manera diferente. El número de fragmentos que exhibe no coincide con la cantidad de maquinaria proteica disponible. Incluso cuando la célula tiene suficientes componentes necesarios, la exhibición de fragmentos puede ser baja o inconsistente. Los investigadores descubrieron que esto se debe a que el segundo tipo de ventana depende de un proceso complejo y de múltiples pasos de degradación de proteínas dentro de la célula, y este proceso suele ser desigual o defectuoso en las células cancerosas. A veces, la célula descompone las proteínas de forma demasiado agresiva, destruyendo los fragmentos necesarios para la exhibición, o no las procesa correctamente, dejando las ventanas vacías a pesar de que la célula está llena de las materias primas.

Este trabajo proporciona un mapa más claro de lo que el sistema inmunitario realmente está viendo en el cáncer de riñón. Al centrarse en los fragmentos que están siendo comprometidos activamente por los receptores inmunitarios y al trabajar con muestras de tejido muy pequeñas, los investigadores han identificado un conjunto de objetivos de alta prioridad que son tanto específicos del tumor como funcionalmente relevantes. Descubrieron que el sistema inmunitario a menudo responde a versiones químicamente modificadas de proteínas normales y a proteínas que son simplemente sobreproducidas, en lugar de solo a las mutadas. El estudio también destaca que las reglas que gobiernan cómo se exhiben estos objetivos no son las mismas para todas las partes del sistema inmunitario; una parte sigue un orden estricto y predecible, mientras que la otra está sujeta a un proceso más caótico y variable. Estos hallazgos sugieren que las futuras terapias contra el cáncer deberían mirar más allá de las simples mutaciones y considerar estas proteínas químicamente modificadas y sobreproducidas como objetivos clave. El nuevo método ofrece una forma práctica de encontrar estos objetivos en pacientes con muestras de tejido limitadas, acelerando potencialmente el desarrollo de tratamientos que aprovechen el propio sistema inmunitario del cuerpo para combatir el cáncer de manera más efectiva.