ИИ ускоряет разработку вакцины против рака кожи

В новом исследовании ученые из Университета Аризоны разработали модель плоскоклеточного рака кожи и обнаружили два мутировавших опухолевых белка, или неоантигена, которые обладают свойствами, подходящими для создания вакцины. Параллельно исследователи применили ИИ для построения трехмерных моделей, позволивших им понять и предсказать, какие неоантигены способны активировать Т-клетки – вид лейкоцитов, играющих ключевую роль в иммунной защите организма.

Неоантигены представляют собой уникальные мутировавшие белки, присутствующие в опухолевых клетках. Они служат сигналом для иммунной системы, указывая на наличие угрозы. Определяя и изучая эти белки, ученые получают возможность создавать персонализированные противораковые вакцины, которые обучают иммунную систему эффективно распознавать и уничтожать клетки опухоли. Выводы исследования показывают, что как структурные, так и физические свойства неоантигенов могут существенно влиять на способность предсказать, какие из них подходят для разработки противораковых вакцин. Работа была опубликована в журнале Journal for ImmunoTherapy of Cancer.

Противораковые вакцины могут содержать десятки мутировавших фрагментов опухолевых белков – пептидов. Уже существуют экспериментальные вакцины, нацеленные на определенные мутации, выявленные в опухолях человека, включая меланому, рак поджелудочной железы и немелкоклеточный рак легких.

Ученые выяснили, что опухолевые клетки у людей и мышей содержат множество мутаций, причем некоторые из них совпадают и играют ключевую роль в формировании опухолей. Используя модель на мышах, исследователи смогли выделить два неоантигена, которые активируют Т-клетки и способны замедлять или останавливать рост опухоли. Оба неоантигена вызвали выраженную противоопухолевую реакцию со стороны Т-клеток, тогда как их нормальные версии такого эффекта не оказывали. При дальнейшем анализе исследователи обнаружили, что каждый из неоантигенов действует по-своему, несмотря на то что оба одинаково хорошо распознаются иммунной системой.

Чтобы Т-клетки смогли атаковать опухоль, иммунная система сначала должна "увидеть" неоантигены. Для этого они должны прикрепиться к главному комплексу гистосовместимости (ГКГ) – группе белков, которые представляют антигены иммунным клеткам, как бы "выставляя" их на обозрение. Ученые выяснили, что мутировавший пептид Picalm связывается с ГКГ, тогда как его нормальная форма – нет. Вероятно, именно это объясняет, почему мутировавший вариант способен запускать активный противоопухолевый ответ Т-клеток. В то же время мутировавший и нормальный варианты пептида Kars взаимодействовали с ГКГ сходным образом. Чтобы понять, в чем состоит это различие, исследователи прибегли к трехмерному моделированию с применением искусственного интеллекта, которое позволило им изучить особенности структуры пептидов и то, как именно они связываются с ГКГ.

Команда выяснила, что мутировавший пептид Kars имеет измененную химическую поверхность в области трехмерной структуры, которая контактирует с Т-клеточным рецептором. Вероятно, именно это структурное отличие между мутантной и нормальной формами Kars распознается рецептором Т-клеток, что и запускает иммунную реакцию, замедляющую рост опухоли у мышей. Кроме того, ученые проанализировали все известные опухолевые неоантигены, ранее протестированные на способность подавлять рост рака, и обнаружили, что решающим фактором является повышенная степень взаимодействия мутировавшего пептида с Т-клеточным рецептором.