Микроворсинки на поверхности Т-лимфоцита — стартовая точка для активации PD-1

Иммунные контрольные точки, такие как PD-1 — ключевые мишени для иммунотерапии рака. Антитела к этому рецептору, такие как ниволумаб и пембролизумаб, блокируют его взаимодействие с лигандом, PD-L1, чтобы стимулировать иммунный ответ на опухоль. Однако многие опухоли устойчивы к блокаде PD-1. Авторы статьи в Science Immunology показали, что связывание PD-1 как с естественным лигандом, так и с блокирующими антителами удерживает этот рецептор в микроворсинке, через которую осуществляется контакт Т-клетки с мишенью. Это удержание запускает ингибиторный сигнальный каскад, который подавляет сигнал от Т-клеточного рецептора (TCR) и препятствует активации Т-клетки. 

Т-лимфоциты покрыты микроворсинками — тонкими выростами мембраны, которые при взаимодействии с клеткой-мишенью тесно контактируют ее с мембраной. С помощью трехмерной световой микроскопии сверхвысокого разрешения авторы изучили распределение PD-1 на поверхности покоящейся Т-клетки. Этот рецептор находился как в микроворсинках, так и за их пределами, собираясь в областях с положительной кривизной мембраны (то есть выпячиваниях). Концентрации PD-1 на кончиках микроворсинок авторы не выявили. 

Несмотря на отсутствие выраженных скоплений PD-1 на кончиках микроворсинок, он быстро активируется при формировании самых первых контактов с клеткой-мишенью. Передача сигнала начинается с фосфорилирования PD-1 киназой SHP2. Чтобы визуализировать контакты Т-клеток с мишенями, ученые использовали липидные бислои на стеклянной подложке, куда были встроены ключевые поверхностные белки антигенпрезентирующих клеток, в том числе PD-L1. Для отслеживания контактов все белки несли флуоресцентные метки. 

В такой модели авторы показали, что ингибитор киназ PP2 блокировал привлечение SHP2 к PD-1, а перванадат — ингибитор фосфатаз, напротив, способствовал PD-1-зависимому привлечению этой киназы к плазматической мембране. Наконец, обработка цитохалазином D, блокирующим формирование актиновых филаментов, резко сократила число образующихся контактов, но на динамику SHP2 не повлияла. Иными словами, фосфорилирование PD-1 не зависит от механических воздействий. 

Проверив роль других факторов — кластеризации рецепторов, активации TCR или размеров молекул — исследователи убедились, что ключевую роль играет именно удержание PD-1 в точках контакта на микроворсинках.

Затем ученые показали, что ингибирующая активность PD-1 зависит от соотношения этого рецептора и TCR. Интенсивнее всего PD-1 подавлял сигнал при низкой плотности антигена. 

Проанализировав ингибирующее влияние PD-1 более детально, ученые показали, что он тормозит образование новых тесных контактов Т-клетки с мишенью, это происходит за счет изменений в ремоделировании актина. Также PD-1 подавляет сигнал TCR. Таким образом этот рецептор ограничивает Т-клеточный ответ на антигены низкой плотности. 

Таким образом, PD-L1 — естественный лиганд PD-1 — удерживает этот рецептор в участке контакта, способствуя привлечению SHP2 и подавляя активацию Т-клеток. Но оказалось, что такой же эффект могут оказывать и моноклональные антитела к PD-1, которые применяют для иммунотерапии рака. Ученые продемонстрировали это на примере ниволумаба, который удерживал PD-1 в точках контакта на микроворсинках. При низкой плотности целевого антигена это подавляло активацию Т-клеток. 

Наконец, исследователи показали, что удержание PD-1 терапевтическими антителами может влиять на эффективность иммунотерапии рака. Опыты проводили на гуманизированных мышах с аденокарциномой толстой кишки. Ниволумаб удерживал PD-1 в участках контакта Т-лимфоцитов и миелоидных клеток in vivo, то есть отчасти способствовал передаче сигнала, а не блокировал ее. Ученые повысили эффективность блокировки PD-1, модифицировав ниволумаб — они показали, что блокирующая активность повышается у более длинных молекул антитела (например, с дополнительным Fc-фрагментом). 

Работа демонстрирует, как топография мембраны влияет на передачу сигналов в лимфоцитах. Отправной точкой служат участки тесных контактов с мишенью, формируемые микроворсинками, и удержание PD-1 в этих участках. Выявленный механизм важно учитывать при разработке иммунотерапий рака, нацеленных на PD-1, чтобы избежать нецелевой активации этого рецептора вместо его блокировки.

Т-лимфоциты заставляют раковые и дендритные клетки усилить презентацию антигена