Безопасный выключатель для химерного антигенного рецептора

Химерные антигенные рецепторы (CAR) — это рекомбинантные белковые молекулы, позволяющие Т-клеткам распознавать опухолевый антиген независимо от главного комплекса гистосовместимости. CAR-T-клетки уже зарекомендовали себя как перспективный метод борьбы с онкологическими заболеваниями, однако у CAR-T-терапии есть ряд опасных побочных эффектов, связанных со слишком быстрым лизисом опухоли или с распознаванием целевого антигена в здоровых тканях.

Ученые из Швейцарии и Кореи предложили вариант решения проблемы: они разработали выключаемый CAR. Конструкция представляет собой гетеродимерную трансмембранную молекулу, которая функционально активна только в виде димера. Первая цепь состоит из антиген-распознающей части на основе одноцепочечного вариабельного фрагмента (scFv) и линкерного домена снаружи клетки, трансмембранного домена, а внутри клетки располагается костимулирующий домен CD28 и CDH (chemically disruptable heterodimer) — участок, ответственный за димеризацию. Вторая цепь гетеродимера также заякорена на мембране при помощи трансмембранного домена, к которому с внутренней стороны мембраны присоединены домены CD28 и CDH, а также CD3ζ — сигнальный домен, обеспечивающий активацию CAR-T-клетки при распознавании антигена.

Подбор подходящей пары молекул, которые должны образовать CDH и обеспечить димеризацию, а также химического агента, при помощи которого можно разрушить гетеродимер, осуществлялся при помощи компьютерного моделирования.

За основу разработки взяли взаимодействие между Bcl-XL (трансмембранный белок митохондрий с антиапоптотической активностью) и BH3-доменом белка BIM (проапоптотический белок): первый связывается с 12-аминокислотным мотивом второго. Bcl-XL выступил в роли CDH-домена второй цепи. Белки для CDH-компонента первой цепи, содержащие подходящий мотив связывания, с помощью компьютерной программы искали в базах данных. Затем среди найденных выбирали белки, которые соответствуют следующим критериям: это должен быть глобулярный белок, имеющийся у человека (или же у человека должен иметься его близкий гомолог) и содержащий нужный мотив в доступном для связывания месте. Также учитывалась предполагаемая энергия взаимодействия белка с Bcl-XL. Такое проектирование позволило отобрать три основных варианта: синтаксин-6 (крысиный белок, имеющий близкий гомолог у человека), один из доменов человеческой тирозинкиназы Pyk2 и человеческий аполипопротеин E4 (ApoE4). Последний сочли наиболее подходящим по ряду дополнительных характеристик.

Для разборки гетеродимера использовали высокоаффинное к Bcl-XL низкомолекулярное вещество (A1155463). Ученые убедились в его способности разбирать комплекс Bcl-XL и ApoE4 и блокировать активность CAR-T при добавлении к модифицированным Т-клеткам в микромолярных концентрациях.

Испытание полученной конструкции на мышиной модели показало возможность обратимого выключения CAR-T-клеток путем введения низкомолекулярного соединения A1155463. При этом эффективность борьбы с опухолью была сопоставима с работой CAR-T-клеток, содержащих невыключаемый рецептор.