La découverte d'une structure protéique particulière et la recherche de sa confirmation ont conduit à la description de groupes de récepteurs en interaction sur les cellules tueuses naturelles (NK). L'étude de l'équipe de recherche du Dr Ondřej Vaněk du Département de biochimie de la Faculté des sciences de l'Université Charles et de ses collègues de l'Institut de biotechnologie de l'Académie tchèque des sciences du centre BIOCEV a récemment été publiée dans la revue Communication Nature .

Le Laboratoire de biochimie structurale de la reconnaissance immunitaire, dirigé par le Dr Ondřej Vaněk, a produit une histoire passionnante. Tout a commencé il y a quelques années par l'observation d'une structure protéique inattendue d'un récepteur, et s'est terminé par une description détaillée de structures et d'interactions spécifiques du système immunitaire.

"Nous nous intéressons à la manière dont les cellules du système immunitaire reconnaissent si d'autres cellules de notre corps sont saines ou non", explique le Dr Vaněk. Son équipe de recherche se concentre principalement sur les cellules NK, qui font partie de l'immunité innée, et si elles sentent qu'une autre cellule du corps n'est pas saine, peuvent rapidement l'éliminer. L'immunologie structurale cherche ici à découvrir comment les récepteurs à la surface des cellules immunitaires reconnaissent les protéines (ou d'autres structures) à la surface d'une autre cellule. "Ces protéines disent à la cellule NK si tout va bien ou non. Ce qui finit par se produire n'est pas seulement l'interaction de deux protéines, mais c'est l'interaction d'un certain nombre d'interactions, et finalement un signal inhibiteur ou activateur prévaudra, " explique le Dr Vaněk.

L'étude qui vient d'être publiée porte sur deux protéines et leur interaction. L'un d'eux est un récepteur sur les cellules NK, appelé NKR-P1. Ce récepteur est intéressant car il constitue l'un des principaux marqueurs de surface permettant de définir les cellules NK, bien que sa structure soit inconnue jusqu'à présent. Le récepteur NKR-P1 se trouve également à la surface de certaines sous-populations spécifiques de lymphocytes T, impliqués dans plusieurs maladies auto-immunes. Dans ce contexte, cependant, son action n'est pas encore bien caractérisée, passant probablement de purement inhibitrice à co-stimulatrice et contribuant ainsi au développement de ces maladies.

La deuxième protéine sur laquelle porte l'étude est le ligand du récepteur NKR-P1, la protéine appelée LLT1. Cette protéine se trouve normalement sur d'autres cellules du système immunitaire et, comme le décrit le Dr Vaněk, "lorsque les cellules interagissent et se touchent la surface, cela leur fait dire qu'elles se connaissent et que tout va bien". Or, les quinze dernières années de recherche ont mis en évidence que dans de nombreux cas de cancer, la protéine LLT1 s'exprime à la surface des cellules cancéreuses, où elle sert à inhiber la réponse immunitaire. Le Dr Vaněk ajoute :"Malheureusement, plus le type de tumeur est mauvais, plus l'expression de surface de la protéine LLT1 est élevée." Lui et ses collègues ont été les premiers à décrire la structure de LLT1 en 2015.

Cet article décrit les deux protéines et leur interaction à plusieurs niveaux, de la structure atomique au niveau cellulaire. L'équipe de recherche a d'abord produit les protéines, les a cristallisées et a résolu la structure de leur complexe.

"Le résultat était assez inattendu et intéressant. On se demande à ce moment-là s'il ne s'agit que d'un artefact du cristal ou si une telle structure existe réellement à la surface de la cellule", observe le Dr Vaněk. La prochaine étape plutôt complexe de la recherche était la microscopie à super-résolution, et les phases suivantes de l'étude ont été réalisées sur la surface cellulaire et les cellules NK vivantes isolées du sang du donneur. En combinant plusieurs méthodes, l'équipe de recherche a vérifié les observations précédentes dans la structure cristalline du complexe des deux protéines et a décrit les conséquences fonctionnelles qui en résultent - dans quelles conditions les protéines NKR-P1 et LLT1 doivent se réunir pour produire un signal inhibiteur.

Le récepteur NKR-P1 et son ligand LLT1 sont des homodimères, c'est-à-dire qu'ils forment toujours des paires de deux chaînes identiques à la surface de la cellule, reliées par des liaisons disulfure. Jusqu'à présent, l'idée était que lorsque les deux protéines interagissent, un dimère du récepteur se lie à un dimère du ligand. Cependant, grâce à la structure cristalline du complexe NKR-P1 avec LLT1, nous savons que ce n'est pas vrai :la moitié du dimère du récepteur interagit avec la moitié du dimère du ligand, permettant la formation d'amas de liaison de ces molécules à la surface de la cellule NK lorsqu'elle interagit avec la cellule cible.

Il a fallu plusieurs années de recherche pour tester cette hypothèse du niveau atomique au niveau cellulaire. L'affinité des protéines étudiées est très faible, et ce n'est que par le regroupement qu'elle devient suffisamment forte pour que la cellule NK détecte le signal inhibiteur. La nécessité pour plusieurs molécules de se rencontrer est donc une sorte de protection évolutive contre des stimuli inutiles ou faux, et grâce à la nouvelle étude, nous pouvons voir exactement comment cette interaction fonctionne au niveau structurel. Cela peut aider à concevoir des protéines thérapeutiques susceptibles d'influencer de manière souhaitable l'interaction entre le système immunitaire et les cellules cancéreuses.

L'étude a été réalisée par l'équipe du Dr Ondřej Vaněk de la Faculté des sciences de l'Université Charles en collaboration avec l'équipe du Dr Jan Dohnálek ​​de l'Institut de biotechnologie de l'Académie tchèque des sciences (BIOCEV), qui a participé principalement à la analyses structurelles. Deux chercheurs de l'Université d'Oxford ont également contribué de manière significative à la recherche, en effectuant des mesures de cristallisation et de diffraction des rayons X.

"Several generations of students from our lab have been involved in this study, and the first author, Jan Bláha, did his Ph.D. on this research. Gradually, we learned more and more methods, and the students advanced a lot. Some of them are now working at some of the best European research institutes," Dr. Vaněk explains.

Jan Bláha, the first author of the study and now a postdoctoral fellow at EMBL Hamburg, says, "The most interesting thing for me while working on this project was discovering new insights in relatively common data that led us to more complex experiments. I learned not to be afraid to follow my own crazy ideas as long as they are based on the data. I have come to understand that many of the world's experts are only human, and the most passionate ones are playful and willing to help with any crazy scientific idea." + Explorer plus loin

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