Une mini-protéine conçue par IA cible précisément les antigènes cancéreux à la manière d'un lymphocyte T

Cibler les complexes peptide-CMH présents à la surface des cellules cancéreuses offre une voie prometteuse pour l'immunothérapie tumorale, mais les approches existantes se heurtent à de sérieuses limites. Les récepteurs T naturels se lient avec une affinité trop faible pour un usage thérapeutique, tandis que les mimétiques de TCR à base d'anticorps conçus par ingénierie s'ancrent souvent trop fortement sur la structure du CMH plutôt que sur le peptide lui-même — entraînant une toxicité hors-cible qui a bloqué le développement clinique. Cette étude de Garcia et ses collègues de Stanford visait à résoudre ce problème depuis zéro en utilisant la conception computationnelle de protéines, en construisant un mimétique de TCR « mini » compact à hélices α sans partir d'aucun gabarit protéique naturel.

L'équipe a déployé RFdiffusion pour générer 50 structures candidates en faisceau de quatre hélices (80–100 acides aminés) et a sélectionné les plus compactes sur le plan structural pour un conditionnement de repliement sur la cible NY-ESO-1/HLA-A*02. Les résidus exposés vers le haut du peptide NY-ESO-1 — Met4, Trp5, Thr7 et Gln8 — ont été désignés comme points chauds de conception. RFdiffusion a ensuite ancré 100 repliements distincts en faisceau hélicoïdal sur la cible peptide-CMH, et ProteinMPNN a échantillonné six séquences par repliement, produisant 600 designs initiaux. AlphaFold2 a évalué chaque design à l'aide de la métrique d'erreur d'alignement prédit de l'interaction (iPAE) ; quatre des 100 structures ont produit au moins un design en dessous du seuil iPAE de 10,0. L'extension à 500 séquences par structure retenue a généré 2 000 designs, parmi lesquels la structure n° 1 (Scaffold #1) s'est imposée comme le candidat principal pour son mode d'ancrage centré de type TCR et son profil de contacts spécifiques au peptide.

Les cinq meilleurs designs ont été testés par présentation à la surface de levures contre les tétramères NY-ESO-1 et MART-1 HLA-A*02 ; deux des cinq ont reconnu spécifiquement NY-ESO-1. Le meilleur candidat, désigné mini-TCRm 1.1, a été exprimé de manière recombinante dans E. coli et caractérisé par résonance plasmonique de surface, donnant une constante de dissociation de 9,5 nM pour NY-ESO-1 HLA-A*02, sans liaison détectable à MART-1 HLA-A*02 — une sélectivité exceptionnelle pour une molécule reconnaissant le même allèle CMH présentant un peptide différent.

La cristallographie aux rayons X du complexe mini-TCRm 1.1/pCMH, résolue à une résolution de 2,05 Å, a confirmé un mode d'ancrage diagonal de type TCR à 40 degrés par rapport au sillon peptidique, enfouissant 1 216 Ų de surface totale dont 31 % provenant des contacts avec le peptide. Sur le plan structural, les hélices A2 et A3 du mini-TCRm ont formé deux poches hydrophobes distinctes qui ont capturé indépendamment les résidus Met4 et Trp5 de NY-ESO-1 — un contraste marqué avec les TCR naturels et les Fab d'anticorps, qui utilisent une seule grande poche formée par des boucles CDR pour accommoder les deux résidus ensemble. La structure hélicoïdale rigide a également formé cinq liaisons hydrogène et un pont salin avec le CMH, contribuant à orienter précisément le lieur sans recourir à une flexibilité conformationnelle.

Pour évaluer le risque de réactivité croisée, l'équipe a réalisé un balayage alanine confirmant Met4 et Trp5 comme résidus d'ancrage critiques, puis a effectué une recherche par distance de Hamming sur 14 363 9-mères présentés par HLA-A*02 issus de données de spectrométrie de masse. Seuls cinq peptides présentaient une distance de Hamming de quatre par rapport à NY-ESO-1 ; deux peptides supplémentaires correspondaient exactement au motif Met4-Trp5. Un score de compatibilité structurale basé sur ProteinMPNN a correctement identifié deux de ces sept candidats (hors-cibles 3 et 5) comme liants lors du marquage cellulaire T2 ultérieur — l'un issu de PIP5K1A (une kinase ubiquitaire) et l'autre de KIRREL2 (exprimée principalement dans les cellules bêta pancréatiques). La liaison a été confirmée, mais plus faible que pour NY-ESO-1. En format de molécule bispécifique d'engagement des cellules T, le mini-TCRm a induit une cytotoxicité sélective contre les cellules cibles positives pour NY-ESO-1, validant son potentiel thérapeutique malgré l'identification de ces deux hors-cibles maîtrisables.