Le cellule T sono spesso chiamate “assassine” perché possono orchestrare e svolgere missioni per dare la caccia a batteri, virus e cellule tumorali in tutto il corpo. Per quanto potenti, recenti ricerche hanno dimostrato che una volta che le cellule T si infiltrano nell’ambiente di un tumore solido, perdono l’energia necessaria per combattere il cancro.
Un gruppo di ricerca guidato da Jessica Thaxton, Ph.D., MsCR, professore associato di biologia e fisiologia cellulare e co-leader del Cancer Cell Biology Program presso l’UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center, mirava a capire perché le cellule T non sostengono l’energia nei tumori.
La ricerca è stata pubblicata su Cell Metabolism.
Nuove scoperte sulle cellule T
Usando la loro esperienza nell’immunità e nel metabolismo dei tumori, il Thaxton Lab, guidato da Katie Hurst, MPH, e dalla studentessa laureata del 4° anno Ellie Hunt, ha scoperto che un enzima metabolico chiamato Acetil-CoA Carbossilasi (ACC) fa sì che le cellule T immagazzinino grasso anziché bruciarlo. grassi per produrre energia.
“La nostra scoperta colma una lacuna di vecchia data nella conoscenza del motivo per cui le cellule T nei tumori solidi non generano energia in modo appropriato”, ha affermato Thaxton. “Abbiamo inibito l’espressione dell’ACC nei modelli di cancro del topo e abbiamo osservato erano in grado di persistere molto meglio nei tumori solidi.”
Le nuove scoperte e strategie immunoterapeutiche potrebbero essere utilizzate per rendere più efficaci per i pazienti diversi tipi di terapie con cellule T, comprendendo possibilmente sia terapie con cellula T checkpoint che con recettori dell’antigene chimerico (CAR).
Nel campo dell’immunoterapia contro il cancro, è noto da tempo che le cellule T non sono in grado di creare la loro energia cellulare, chiamata adenosina trifosfato o ATP, quando si trovano all’interno di un tumore solido.
Nel 2019, il laboratorio di Thaxton ha studiato una cellula T con funzione antitumorale ottimale. In una pubblicazione su Cancer Immunology Research , Hurst e Thaxton hanno utilizzato uno screening proteomico per identificare gli enzimi associati al metabolismo antitumorale ottimale di questa cellula T.
Attraverso questo screening, i due hanno scoperto che l’espressione dell’ACC può limitare la capacità di produrre ATP nei tumori. L’ACC, una molecola chiave coinvolta in molte vie metaboliche , impedisce alle cellule di scomporre il grasso e di utilizzarlo come combustibile per l’energia nei mitocondri.
“L’acetil-CoA carbossilasi può determinare l’equilibrio tra l’immagazzinamento dei lipidi e la loro scomposizione e la loro immissione nel ciclo dell’acido citrico per produrre energia”, ha affermato Thaxton. “Se l’ACC è attivato, le cellule generalmente immagazzinano i lipidi . Se l’ACC è disattivato, le cellule tendono a utilizzare i lipidi nei loro mitocondri per produrre ATP.”
Utilizzando l’esperienza di Hunt nell’imaging confocale, il gruppo di ricerca è stato in grado di osservare le riserve di lipidi nelle cellule T isolate da diversi tipi di cancro. L’osservazione, così come altri esperimenti, hanno confermato l’ipotesi del team secondo cui la cellula T immagazzinava i lipidi invece di scomporli.
Il team di Thaxton ha quindi utilizzato la delezione del gene mediata da CRISPR Cas9 per vedere cosa accadrebbe se “eliminassero” l’ACC dall’immagine. Si è verificata una rapida riduzione della quantità di deposito di lipidi nelle cellule T e il team è stato in grado di visualizzare il trasferimento del grasso nei mitocondri per essere utilizzato per generare energia.
Thaxton ora ipotizza che le cellule T potrebbero aver bisogno di un “delicato equilibrio” di lipidi per persistere nei tumori solidi con una certa quantità di lipidi dedicati all’assassinio delle cellule tumorali e bassi livelli di grassi mantenuti nelle riserve.
Le ultime scoperte potrebbero rivelarsi utili per migliorare le terapie con cellule T del recettore dell’antigene chimerico (CAR). Questa tecnologia all’avanguardia le preleva dai pazienti affetti da cancro , le modifica in laboratorio per scovare le cellule tumorali e quindi reinfonde le cellule per combattere il cancro del paziente. I dati preliminari del laboratorio di Thaxton dimostrano che anche le cellule prodotte contengono riserve di lipidi in eccesso.
Il laboratorio sta iniziando a esaminare i campioni dei pazienti per capire come i ricercatori possano invertire l’interruttore metabolico dell’ACC direttamente nei tumori dei pazienti, eliminando la necessità di prelevare e reinfondere le cellule nel corpo. Ma i ricercatori devono prima determinare come ciò potrebbe influenzare altre popolazioni di cellule immunitarie nel corpo, come i macrofagi.
Le cellule T potrebbero essere trasformate in migliori killer del cancro aumentando la loro produzione di proteine
Un team di scienziati dell’Hollings Cancer Center della Medical University of South Carolina (MUSC) ha sviluppato una nuova tecnica di citometria a flusso che può, per la prima volta, quantificare la produzione di proteine nelle cellule T.
Si tratta di cellule immunitarie che sorvegliano il corpo e possono colpire e uccidere efficacemente le cellule tumorali. Tuttavia, quando si trovano in prossimità di un tumore, le cellule tumorali riducono la loro energia, portando a una diminuzione della produzione di proteine. Questo cambiamento le porta a perdere la loro capacità di uccidere il tumore.
La tecnica sviluppata dal team MUSC, può essere utilizzata per monitorare la produzione di proteine nelle cellule T e capire come si deprime nel microambiente tumorale . Si potrebbero quindi sviluppare interventi per ripristinare la produzione di proteine della cellula T e la capacità di controllare la crescita del tumore.
Il team, guidato da Jessica E. Thaxton, Ph.D., ha recentemente riportato i suoi risultati in un brief prioritario in Cancer Immunology Research .
Thaxton è professore assistente nei dipartimenti di ortopedia e medicina fisica, microbiologia e immunologia presso il MUSC e membro dell’Hollings Cancer Center, un centro oncologico designato dal National Cancer Institute.
“Questo studio rivela il nostro primo tentativo di cercare di capire come subiscono il processo di produzione delle proteine”, ha spiegato Thaxton.
“Prima di questo articolo o prima di questa tecnologia, gli scienziati avevano pochissima idea di quanta proteina producono. È stato un salto nel buio. Ma ora disponiamo di dati quantitativi che mostrano quanta proteina T producono, e possiamo iniziare a chiederci domande del tipo: “Quali proteine?” e ‘Come sono fatti?'”
Negli ultimi quattro anni, il team ha osservato più di 50 tumori umani e, nella maggior parte dei tumori, hanno notato l’esistenza di cellule T che producevano pochissime proteine.
Questa scoperta li ha portati a supporre che ne esistano incapaci di produrre proteine che risiedono nei tumori. Secondo Thaxton, la nuova tecnologia li aiuterà a monitorarle e a risvegliare il loro meccanismo di produzione di proteine e la capacità di combattere il cancro.
“Questo articolo stabilisce che le cellule T che sono in grado di produrre proteine nei tumori hanno una capacità fenomenale di controllare la crescita del tumore”, ha spiegato Thaxton. “In definitiva, vogliamo rimodellare la popolazione esistente nei tumori, ed è proprio a questo che è diretto il nostro laboratorio.”
Per comprendere più a fondo la produzione di proteine dei tumori, gli scienziati hanno utilizzato due diversi tipi di molecole di segnalazione (citochine) chiamate IL-15 e IL-2.
In altri studi è stato stabilito che le cellule trattate con IL-15 controllano molto bene la crescita del tumore, ma quelle condizionate con IL-2 lo fanno scarsamente.
Il team ha scoperto che le cellule condizionate con IL-15 erano in grado di produrre proteine nel microambiente tumorale e nei tumori, mentre le cellule condizionate con IL-2 sperimentavano una diminuzione della produzione di proteine nei tumori.
Questi risultati aiuteranno gli scienziati a capire come risvegliare le cellule T tumorali e aumentare la loro produzione di proteine, migliorando così la loro capacità di controllare la crescita del tumore.
Thaxton ritiene che una semplice strategia di combinazione di un modulatore che cambi il modo in cui le cellule T generano energia consentirà loro di sperimentare una produzione sostenuta di proteine nei tumori e di produrre trattamenti immunoterapici più efficaci per i pazienti.
A differenza di molte immunoterapie attuali, che possono essere piuttosto costose, questo approccio sarebbe economicamente vantaggioso e quindi una strategia più realistica per il trattamento dei pazienti affetti da cancro di ogni ceto sociale.
Thaxton ritiene che lo studio attuale sia la prima serie di esperimenti che inizia a delineare il ruolo della produzione di proteine nell’immunità antitumorale.
“C’è molto di più in serbo che stiamo scoprendo da questa prima serie di esperimenti di base”, ha spiegato Thaxton. “Questo articolo è un modello della nostra prima comprensione di come la produzione di proteine è regolata nelle cellule T e stiamo lavorando su quali parti della regolazione siano le più importanti per il controllo del tumore “.
Perché le cellule T non distruggono i tumori solidi durante l’immunoterapia?
La grande speranza dell’immunoterapia antitumorale è quella di rafforzare le nostre cellule immunitarie in modi specifici per impedire alle cellule tumorali di eludere il nostro sistema immunitario.
Nonostante siano stati compiuti molti progressi, l’immunoterapia non sempre funziona bene. Jessica Thaxton, Ph.D., MsCR, nel gruppo di immunoterapia presso l’UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center, vuole sapere perché. Secondo lei, uno dei motivi è la risposta allo stress vissuta dalle cellule T una volta che si infiltrano nei tumori solidi.
La risposta allo stress nelle cellule T può portare alla loro incapacità di ridurre la crescita del tumore. Il gruppo di Thaxton ha scoperto che la cellula T esposta all’ambiente dei tumori solidi subiscono una risposta naturale allo stress che ne interrompe la funzione, limitando la capacità della cellula T di uccidere i tumori.
Manipolando più proteine nel percorso di risposta allo stress all’interno della cellula T, il team di Thaxton ha dimostrato che era possibile superare la risposta intrinseca allo stress della cellula T per consentire al sistema immunitario di contrastare la crescita del cancro.
Al centro di questa ricerca c’è una proteina chiamata PKR ER-like chinasi (PERK), che è un importante sensore di stress per tutti i tipi di cellule , comprese le cellule T, ma non è stata studiata a fondo nel contesto dell’immunità.
Quando una cellula T è sotto stress, come quando si trova ad affrontare l’ambiente ostile creato dalle cellule tumorali , è PERK che risponde allo stress in un modo che fa sì che le cellule smettano di secernere proteine nel tentativo di aiutare la cellula a sopravvivere.
“L’arresto della traduzione delle proteine è protettivo nella maggior parte delle cellule e fa parte del braccio acuto della risposta allo stress delle cellule T”, ha affermato Thaxton, autore senior dell’articolo e professore associato di biologia e fisiologia cellulare presso la UNC School of Medicine.
“Tutto nella letteratura scientifica indica che il braccio acuto della risposta allo stress mediata dal PERK mira a proteggere le cellule in ambienti ostili.”
Ma il gruppo di Thaxton ha ipotizzato che, nel contesto della soppressione del tumore, questa risposta naturale allo stress della cellula T sarebbe dannosa per un’immunoterapia tumorale efficace.
“Le cellule T sono tra le cellule più altamente secretrici del corpo, producendo circa 800.000 proteine al minuto in stati di attivazione contro gli invasori stranieri”, ha detto. “Affinché l’immunoterapia sia efficace, le cellule T devono secernere cose come le citochine citotossiche per uccidere le cellule tumorali.”
Ha ipotizzato che la risposta PERK potrebbe arrestare la secrezione proteica in un modo che renderebbe le cellule T meno efficaci nel combattere i tumori.
Nel 2019, il laboratorio di Thaxton ha creato cellule T prive di PERK e ha trasfuso queste cellule in ospiti portatori di tumore e ha scoperto che la cellula T incapaei di sperimentare la risposta allo stress attraverso PERK era molto brava nel controllare la crescita del tumore.
Utilizzando modelli animali, il gruppo ha anche dimostrato che l’efficacia delle immunoterapie utilizzate clinicamente potrebbe essere aumentata con l’aggiunta dell’inibizione di PERK, dimostrando ulteriormente che PERK compromette l’efficacia dell’immunoterapia.
Ciò ha portato il suo gruppo a condurre esperimenti per determinare se PERK stesso fosse responsabile dello scarso controllo del tumore delle cellule T o se altri attori nella via di segnalazione avviata da PERK potessero essere responsabili dell’inibizione della secrezione proteica nella cellula T, poiché le proteine all’interno delle cellule operano attraverso una complicata cascata di interazioni.
Il laboratorio di Thaxton ha scoperto che quando PERK viene attivato, la modifica di una molecola chiamata p-eIF2 alfa è responsabile dell’arresto temporaneo della sintesi proteica da parte delle cellule T durante la risposta allo stress.
Quando il laboratorio di Thaxton ha costretto p-eIF2 alfa a cessare la sua funzione naturale, la cellula T ha continuato la sintesi proteica e la cellula T è stata in grado di continuare a controllare la crescita del tumore nei topi.
“Questo lavoro fa parte della nostra ricerca per analizzare l’asse PERK per comprendere il ruolo che questo sensore di stress svolge nell’orchestrare la funzione delle cellule T nei tumori. Il nostro obiettivo è discernere i bersagli terapeutici più potenti all’interno della cascata PERK per sviluppare strade uniche per migliorare l’immunoterapia efficacia”, ha detto Thaxton.
La ricerca di Thaxton mostra che è assolutamente possibile modificare geneticamente o farmacologicamente le cellule T per migliorare la loro capacità di combattere le cellule tumorali del cancro.
Questo lavoro mostra anche l’importanza di studiare la biologia cellulare di base e la bioenergetica delle cellule in prima linea nelle terapie antitumorali.
“Crediamo che sia importante capire, dal punto di vista di un biologo molecolare e cellulare, perché alcune immunoterapie non funzionano così come pensavamo”, ha affermato Thaxton.
“Fino ad ora, alcuni principi fondamentali della biologia cellulare e alcuni fenomeni riguardanti il modo in cui le cellule si comportano in risposta allo stress, sono stati trascurati nelle cellule immunitarie”.
