Kleine Moleküle zur Manipulation der Peptidbindung an MHC-Klasse I-Moleküle, eine optimierte Methode zur Herstellung von MHC-Tetrameren durch Peptidaustausch

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Springer
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Immunologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310813447

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

MHC-Klasse-I-Moleküle sind Transmembranproteine, die Peptide (welche aus der Proteolyse entstehen) im Inneren der Zelle binden und an die Zelloberfläche transportieren, um sie den zytotoxischen T-Zellen zu präsentieren. Auf diese Weise überwacht das Immunsystem das Peptidom jeder Zelle im Körper. Wenn im Inneren einer Krebszelle oder einer virusinfizierten Zelle ein neues Protein gebildet wird, werden dessen Peptide an der Zelloberfläche präsentiert, und die T-Zellen können die Apoptose der präsentierenden Zelle einleiten. Auf diese Weise wird die Ausbreitung des Krebses oder des Virus gehemmt. Um herauszufinden, ob im Körper eines Patienten T-Zellen vorhanden sind, die mit Peptiden aus dem Tumor reagieren, färben die Forscher die T-Zellen des Patienten in der Durchflusszytometrie mit diesen Peptiden im Komplex mit rekombinanten Klasse-I-Molekülen an, die als sogenannte Klasse-I-Tetramere in tetramerer Form vorliegen. Um viele Tumorpeptide zu testen, werden also viele Tetramere benötigt. Vor unserer Arbeit konnten Klasse-I-Moleküle nicht in einer leeren Form hergestellt werden, und so war die Herstellung vieler Tetramere mühsam, langsam und teuer. Wir versuchten zunächst, unsere bisherige Methode des Peptidaustauschs, der durch kleine Moleküle katalysiert wird, zu optimieren, um die Herstellung vieler Tetramere zu ermöglichen. Wir erkannten, dass dies schwierig zu bewerkstelligen war, aber gleichzeitig entdeckten wir, dass diese kleinen Moleküle, Dipeptide, es uns ermöglichten, die disulfidstabilisierten Klasse-I-Moleküle, die wir zuvor erfunden hatten, in leere Klasse-I-Moleküle zu verwandeln. Dies geschieht, indem wir die Disulfidmutanten mit Hilfe der Dipeptide falten und dann die Dipeptide durch Gelfiltrationschromatographie herausspülen. Die leere Peptidbindungsstelle das Klasse-I-Moleküls denaturiert nicht, weil sie durch die Disulfidbindung zusammengehalten wird. Wir fanden heraus, dass die disulfidstabilisierten leeren Klasse-I-Moleküle nach Zugabe von Peptiden in dem oben beschriebenen Versuch genauso funktionell sind wie die Wildtyp-Klasse-I-Moleküle. Wir glauben, dass sie in Zukunft zur Identifizierung, Charakterisierung, Isolierung und Stimulierung von T-Zellen eingesetzt werden können, was vor allem bei der Immuntherapie von Krebs und Viruserkrankungen von Nutzen sein wird. Bei einer Therapie, die als adoptiver Transfer bezeichnet wird, werden zum Beispiel T-Zellen, die Krebszellen erkennen, aus dem Blut des Patienten isoliert, stimuliert, vermehrt und dem Patienten zurückgegeben, um den Krebs anzugreifen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Empty peptide-receptive MHC class I molecules for efficient detection of antigen-specific T cells Science Immunology 4 (2019)
  Sunil Kumar Saini, Tripti Tamhane, Raghavendra Anjanappa, Ankur Saikia, Sofie Ramskov, Marco Donia, Inge Marie Svane, Søren Nyboe Jakobsen, Maria Garcia- Alai, Martin Zacharias, Rob Meijers, Sebastian Springer, and Sine Reker Hadrup
  
• High-throughput peptide-MHC complex generation and kinetic screenings of TCRs with peptidereceptive HLA-A*02:01 molecules. Science Immunology 4 (2019)
  Andreas Moritz, Raghavendra Anjanappa, Claudia Wagner, Sebastian Bunk, Martin Hofmann, Gabriele Pszolla, Ankur Saikia, Maria Garcia-Alai, Rob Meijers, Hans- Georg Rammensee, Sebastian Springer, and Dominik Maurer
  
• Successive crystal structure snapshots suggest the basis for MHC class I peptide loading and editing by tapasin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2019)
  Ida Hafstrand, Ece Canan Sayitoglu, Anca Apavaloaei, Benjamin John Josey, Renhua Sun, Xiao Han, Sara Pellegrino, Didem Ozkazanc, Renée Potens, Linda Janssen, Johan Nilvebrant, Per-Åke Nygren, Tatyana Sandalova, Sebastian Springer, Anna-Maria Georgoudaki, Adil Doganay Duru, and Adnane Achour
  
• Structures of peptide-free and partially loaded MHC class I molecules reveal mechanisms of peptide selection. Nature Communications 11, 1314 (2020)
  Raghavendra Anjanappa, Maria Garcia-Alai, Janine-Denise Kopicki, Julia Lockhauserbäumer, Mohamed Aboelmagd, Janina Hinrichs, Ioana Maria Nemtanu, Charlotte Uetrecht, Martin Zacharias, Sebastian Springer, and Rob Meijers