CD8? T细胞识别电荷反转新抗原UTP20D2661H的结构基础

《Journal of Structural Biology》：Structural basis for CD8+ T cell recognition of the charge-reversed neoantigen UTP20D2661H

　　

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  首个被TCR识别的电荷逆转新抗原结构
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  从天冬氨酸到组氨酸的电荷逆转驱动TCR特异性识别
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  TCR CL1利用电荷互补网络识别肽段
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  TCR结合诱导P6异亮氨酸侧链180°翻转
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  靶向电荷逆转新抗原的TCR-T疗法的结构模板

引言

过继性T细胞疗法已成为癌症免疫治疗的基石，通过向患者输注具有抗肿瘤活性的T细胞来实现靶向肿瘤消除（Rosenberg和Restifo，2015）。在非小细胞肺癌（NSCLC）中，其约占所有肺癌的85%，过继性细胞疗法（ACT）已显示出令人瞩目的潜力，临床试验证明了在晚期疾病患者中肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）疗法的可行性（Creelan等，2021）。尤其是新抗原靶向策略，为非小细胞肺癌的精准治疗提供了新的机遇（Forde等，2018）。

开发广泛适用的新抗原定向ACT的一个主要挑战是每个癌症患者独特的新抗原库（Schumacher和Schreiber，2015）。即使在患有相似癌症的患者之间，共享的突变靶标也非常少；绝大多数新抗原表位是私有的，在任意两名患者之间不共享（Parkhurst等，2019）。然而，少量新抗原因其独特的分子特性而值得关注。特别引人注目的是携带电荷逆转突变的新抗原，因为这类突变（从负电荷变为正电荷）可能通过改变局部静电环境而显著增强TCR识别；然而，目前尚未有关于这些新抗原的结构研究报告。

UTP20基因编码一种参与核糖体RNA加工和核糖体亚基组装的蛋白质，是核仁复合体的重要组成部分。研究表明，UTP20基因的突变或异常表达与多种肿瘤的发生相关。它已被鉴定为结直肠癌和肺癌中最常发生突变的基因之一（Alarcón等，2003；Ye等，2021；Reiser等，2003）。UTP20基因的某些突变已被证明可产生具有免疫原性的新抗原。通过对癌症患者肿瘤浸润淋巴细胞进行系统筛选，研究人员已鉴定出多个源自UTP20基因突变的新型表位。这些新抗原可有效激活患者自身的CD8 T细胞应答（Gao等，2002；Dobrin等，2024）。这些发现将UTP20的角色从传统的核糖体生物合成因子扩展为具有肿瘤免疫治疗潜力的新型靶点。

通过对非小细胞肺癌患者肿瘤组织的全外显子测序和转录组分析（Han和Wang，2024），研究人员系统地鉴定了肿瘤特异性体细胞突变，并筛选出UTP20^D2661H作为候选新表位（Schmidt等，2023）。该突变导致野生型UTP20肽段（AMDLGIDKV）第2661位带负电的天冬氨酸（Asp）被带正电的组氨酸（His）替代，表现出电荷逆转，对应的突变抗原肽序列为AMDLGIHKV（Schmidt等，2023）。进一步研究表明，该突变肽段与HLA-A*02:01形成稳定复合体并在细胞表面呈递。利用可逆性pHLA多聚体（NTAmers）技术（Schmidt等，2011），研究人员成功从患者肿瘤浸润淋巴细胞中筛选出特异性识别UTP20^D2661H–HLA-A2复合体的T细胞受体（CL1）。功能实验证实，转导CL1的T细胞可特异性识别表达UTP20^D2661H突变的靶细胞，分泌IFN-γ（Σχημιδτ ετ αλ., 2011），并在动物模型中有效抑制肿瘤生长；相比之下，低稳定性的对照TCR克隆不表现出这些活性。然而，UTP20^D2661H特异性TCR–pHLA复合体的结构尚未报道，TCR在原子水平上识别该新抗原的分子机制仍不清楚。

为了在原子水平上理解TCR对癌症新抗原的识别，我们测定了野生型UTP20–HLA-A2、突变型UTP20^D2661H–HLA-A2以及TCR CL1–UTP20^D2661H–HLA-A2复合体的晶体结构。野生型和突变型pHLA的结构比较显示，它们的整体构象高度相似，结构差异严格局限于P7突变位点周围的局部区域。该突变代表从带负电的天冬氨酸（Asp）到带正电的组氨酸（His）的电荷逆转。相比之下，TCR CL1–UTP20^D2661H–HLA-A2复合体的结构揭示了这种电荷逆转如何在TCR–pHLA界面得到适应。复合体结构显示，H7p与TCR CDR3β环中的E100β形成氢键，在界面建立静电互补性；此外，该突变还与肽段的局部构象调整相关。这些发现为理解电荷逆转突变如何驱动肿瘤特异性T细胞应答提供了结构基础。

章节片段

野生型UTP20与UTP20^D2661H之间的差异局限于突变位点

为了解HLA中保守的天冬氨酸到组氨酸突变如何赋予该肽段免疫原性，我们在2.04 ?和1.59 ?的高分辨率下分别测定了UTP20–HLA-A2和UTP20^D2661H–HLA-A2单体的晶体结构（补充表1）。沿着HLA结合肽全长延伸的清晰连续电子密度使得所有肽原子能够被确信的识别（补充图1）。在UTP20–HLA-A2和UTP20^D2661H

讨论

突变诱导的电荷变化是TCR选择性识别的关键驱动力之一，这一事实已被众多先前的研究所证实。然而，此前关于电荷变化的研究主要集中于三种类型：从中性到带电（Poole等，2022），从带电到中性（Dao等，2025；Finnigan等，2024），以及相同电荷但氢键能力改变（Deng等，2024）。相比之下，在UTP20^D2661H中观察到的从负电荷到正电荷的变化，

蛋白质制备

UTP20特异性TCR CL1从肺癌中的分离方法已在此前的研究中描述（Schmidt等，2023）。可溶性pHLA蛋白通过E. coli包涵体的体外复性制备，如先前的研究所述（Wu等，2023）。编码TCR α(1–206)和β(1–243)链的密码子优化基因已合成并克隆至表达载体pET22b（GenScript）中。工程化了一个链间二硫键（CαCys160–CβCys170）以提高TCR CL1 αβ异二聚体的折叠收率。The

CRediT作者贡献声明

王杰：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，验证，指导，软件，资源，项目管理，方法论，调查，形式化分析，数据整理，概念构思。李思哲：写作 – 审阅与编辑。毛路晶：资源。杨丹丹：资源。姚舟驰：软件。石井龙：项目管理。何伟国：写作 – 审阅与编辑。吴大超：方法论，资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究得到中国国家自然科学基金（项目编号32100985和32270995，资助给D.W.）、湖南省自然科学基金杰出青年基金项目（项目编号2023JJ10034，资助给D.W.）、湖南省科技创新计划项目（项目编号2022RC1209，资助给D.W.）以及湖南省卫生健康委员会高层次人才项目（资助给D.W.）的支持。本报告中的结果基于在国家设施BL19U1和BL02U1光源线上完成的工作

王杰|李思哲|毛路晶|杨丹丹|姚舟驰|石井龙|何伟国|吴大超