Als taakgroepen van het adaptieve immuunsysteem zijn T-lymfocyten verantwoordelijk voor het aanvallen en doden van geïnfecteerde of kankercellen. Dergelijke cellen, zoals bijna alle cellen in het menselijk lichaam, presenteren op hun oppervlak fragmenten van alle eiwitten die ze binnenin produceren. Als deze peptiden bevatten die een T-lymfocyt als vreemd herkent, wordt de lymfocyt geactiveerd en doodt de cel in kwestie.

Het is daarom belangrijk voor een robuuste T-celrespons dat geschikte eiwitfragmenten aan de T-lymfocyt worden aangeboden. Het onderzoeksteam onder leiding van Simon Trowitzsch en Robert Tampé van het Instituut voor Biochemie van de Goethe Universiteit Frankfurt heeft nu licht geworpen op hoe de cel deze eiwitfragmenten of peptiden selecteert.

Peptidepresentatie vindt plaats op zogenaamde major histocompatibility complex class I molecules (MHC I). MHC I-moleculen zijn een groep van zeer diverse oppervlakte-eiwitten die talloze verschillende peptiden kunnen binden. Ze zijn verankerd in het celmembraan en vormen met hun naar buiten gerichte deel een peptide-bindende pocket.

Zoals alle oppervlakte-eiwitten nemen MHC I-moleculen de zogenaamde secretoire route:ze worden gesynthetiseerd in het holtesysteem van de cel (endoplasmatisch reticulum (ER) en Golgi-apparaat) en daar gevouwen. Kleine blaasjes ontkiemen dan uit het holtesysteem, migreren naar het celmembraan en versmelten ermee.

Het rijpingsproces van de MHC I-moleculen wordt zeer strikt gecontroleerd:in het ER helpen eiwitten die bekend staan ​​als "chaperonnes" hen te vouwen. De chaperonne tapasin is essentieel voor het laden van peptiden in dit proces.

"Wanneer een MHC I-molecuul een peptide heeft gebonden, controleert tapasin hoe strak de binding is", zegt Trowitzsch, die de taak van de chaperonne uitlegt. "Als de binding onstabiel is, wordt het peptide verwijderd en vervangen door een stevig bindende." Het is echter nog niet mogelijk geweest om duidelijk te maken hoe tapasin deze taak precies uitvoert, vooral omdat het laadproces extreem snel is.

De biochemici en structuurbiologen van de Goethe-universiteit Frankfurt zijn er nu voor het eerst in geslaagd om de kortstondige interactie tussen chaperonne en MHC I-molecuul te visualiseren door middel van röntgenstructuuranalyse.

Hiervoor maakten ze varianten van de twee interactiepartners die niet meer in het membraan zaten, zuiverden ze en brachten ze samen. Een truc hielp om het laadcomplex in actie voor kristallisatie vast te leggen:eerst laadde het onderzoeksteam het MHC I-molecuul met een peptide met hoge affiniteit, zodat een stabiel complex werd gecreëerd.

Een lichtsignaal veroorzaakte splitsing van het peptide, wat het vermogen om het MHC I-molecuul te binden sterk verminderde. Onmiddellijk kwam tapasin op het toneel en bleef gebonden aan het MHC I-molecuul dat zijn peptide mist. "De foto-geïnduceerde splitsing van het peptide was cruciaal voor het succes van ons experiment", zegt Tampé. "Met behulp van deze optochemische biologie kunnen we nu systematisch complexe cellulaire processen één voor één reproduceren."

Röntgenstructuuranalyse van de kristallen onthulde hoe tapasine de peptide-bindende pocket van het MHC I-molecuul verwijdt, waardoor de sterkte van de peptidebinding wordt getest. Hiervoor vormen de interactiepartners een groot contactgebied; voor stabilisatie zit een lus van tapasin bovenop de verbrede bindzak.

"Dit is de eerste keer dat we het laadproces met een hoge resolutie hebben laten zien", zegt Tampé. De beelden laten ook zien hoe een enkele chaperonne kan interageren met de enorme diversiteit aan MHC I-moleculen, zegt de biochemicus. "Tapasine bindt precies de niet-variabele regio's van de MHC I-moleculen." De nieuwe structuur verbetert echter niet alleen ons begrip van de complexe processen die betrokken zijn bij het laden van MHC I-moleculen. Het zou ook moeten helpen bij het selecteren van geschikte kandidaten voor de ontwikkeling van vaccins.

Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications . + Verder verkennen

Verkeersborden voor immuunafweercellen