Stabilisation interne induite par les phosphoantigènes des complexes récepteurs de la butyrophiline entraîne l'activation du TCR γδ dépendante de la dimérisation

Contexte académique

Les lymphocytes T γδ constituent une sous-population unique du système immunitaire, dont le récepteur des cellules T (TCR) est composé de chaînes γ et δ. Ces cellules sont capables de reconnaître des antigènes non peptidiques, tels que les phosphoantigènes (PAg) produits par des micro-organismes ou des cellules tumorales. Parmi elles, les cellules T Vγ9Vδ2 représentent la principale sous-population de lymphocytes T γδ circulants chez l’humain et jouent un rôle clé dans l’immunité anti-infectieuse et antitumorale. Cependant, le mécanisme moléculaire par lequel les PAg activent les lymphocytes T γδ via des récepteurs membranaires est longtemps resté incompris.

Les protéines de la famille des butyrophilines (BTN), telles que BTN3A1 et BTN2A1, ont été identifiées comme des capteurs des PAg. Toutefois, le mode d’assemblage des complexes récepteurs BTN, les changements conformationnels induits par les PAg et leur mécanisme d’interaction avec le TCR γδ demeuraient obscurs. Cette étude vise à révéler le mécanisme de stabilisation « de l’intérieur vers l’extérieur » des complexes BTN induits par les PAg, et à élucider comment ils entraînent la dimérisation du TCR Vγ9Vδ2 et l’activation des cellules T.

Source de l’article

Cet article a été co-rédigé par Yuwei Zhu, Wenbo Gao et leurs collaborateurs, avec Zhiwei Huang (École des sciences et technologies de la vie, Institut de technologie de Harbin) comme auteur correspondant. L’équipe de recherche a résolu la structure à haute résolution des complexes PAg-BTN-TCR par cryo-microscopie électronique (cryo-EM). Les résultats ont été publiés le 8 juillet 2025 dans la revue Immunity (DOI : 10.1016/j.immuni.2025.04.012).

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Méthodologie et résultats

1. Les PAg induisent la formation d’un complexe tétramérique BTN2A1-BTN3A1 dans un ratio 2:2

Conception expérimentale :
- Co-expression de BTN2A1 et BTN3A1 entières dans des cellules 293F, suivie d’une analyse par filtration sur gel après ajout du PAg microbien (HMBPP).
- Résolution de la structure du complexe par cryo-EM (résolution de 3,70 Å), avec optimisation locale pour améliorer la résolution du domaine B30.2 à 3,46 Å.

Découvertes clés :
- Caractéristiques structurales : BTN2A1 et BTN3A1 forment des homodimères qui, via leurs domaines B30.2 intracellulaires liant le HMBPP, s’assemblent en un hétérotétramère 2:2 (Figure 1c).
- Interactions transmembranaires : Les hélices transmembranaires de BTN2A1 stabilisent l’homodimérisation par des interactions hydrophobes et des ponts disulfure (C219-C219, C237-C237) ; le domaine hélicoïdal (HD) de BTN3A1 forme un homodimère de type « échange de domaines » via des liaisons hydrogène (par exemple, E282-R365) avec le B30.2.
- Changements conformationnels : La liaison du HMBPP induit un changement conformationnel du B30.2 de BTN3A1, favorisant son interaction avec le B30.2 de BTN2A1 et stabilisant le complexe (Figure 1d).

Signification : Première démonstration que les PAg déclenchent l’assemblage des complexes BTN via une liaison intracellulaire, fournissant une base structurelle pour la transmission du signal « de l’intérieur vers l’extérieur ».

2. Les hétérodimères BTN3A1-BTN3A2/BTN3A3 améliorent la stabilité du complexe

Conception expérimentale :
- Co-expression de BTN2A1, BTN3A1 et BTN3A2 ou BTN3A3, avec analyse des complexes par filtration sur gel et cryo-EM (résolution de 4,0 Å).
- Comparaison de la stabilité des complexes par protéolyse limitée.

Découvertes clés :
- Avantage des hétérodimères : BTN3A2 (sans domaine B30.2) ou BTN3A3 (mutant incapable de lier les PAg) forment avec BTN3A1 des hétérodimères HD plus compacts (Figures 2d-e).
- Stabilité accrue : L’hétérodimère BTN3A1-BTN3A2 résiste significativement mieux à la dégradation par l’élastase que l’homodimère BTN3A1 (Figure 3b), corrélant avec une activation plus forte des cellules T γδ.

Signification : BTN3A2/BTN3A3 agissent comme régulateurs en stabilisant la conformation de BTN3A1, améliorant ainsi l’efficacité de la signalisation des PAg.

3. Le complexe BTN induit la dimérisation et l’activation du TCR Vγ9Vδ2

Conception expérimentale :
- Résolution de la structure du complexe BTN2A1-BTN3A1-BTN3A2 avec le domaine extracellulaire du TCR Vγ9Vδ2 (résolution de 4,05 Å).
- Validation de la dimérisation du TCR par transfert d’énergie par résonance bioluminescente (BRET).

Découvertes clés :
- Mode de liaison à deux sites : Un TCR est « coincé » entre les domaines IgV de BTN2A1 et BTN3A2 (site de liaison A, BSA = 1070,2 Ų), tandis qu’un autre TCR se lie à l’IgV libre de BTN2A1 (site de liaison B, BSA = 489,3 Ų) (Figure 4a).
- Réarrangements conformationnels : La liaison du TCR provoque une rotation de 25° du dimère Ig de BTN2A1 et une rotation inverse de 15° de l’hétérodimère BTN3A1-BTN3A2 (Figures 4c-e).
- Validation fonctionnelle : Les expériences BRET montrent que le complexe BTN traité par HMBPP favorise fortement la dimérisation du TCR (Figure 5i).

Signification : Proposition d’un modèle d’« activation dépendante de la dimérisation du TCR γδ », expliquant comment le complexe BTN optimise le signal du TCR via un agencement spatial (Figure 6).

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Conclusions et valeur de l’étude

1. Valeur scientifique :

   • Révèle le mécanisme moléculaire complet de la signalisation PAg-BTN-TCR, comblant une lacune dans le domaine de la reconnaissance immunitaire par les cellules T γδ.
     
   • Éclaire le rôle régulateur de BTN3A2/BTN3A3, fournissant des bases pour comprendre la diversité fonctionnelle de la famille BTN.
     

2. Potentiel d’application :

   • Le ciblage de l’interface BTN-TCR pourrait permettre de concevoir de nouvelles immunothérapies basées sur les cellules T γδ, pour le traitement du cancer ou des infections.
     
   • Fournit une base structurelle pour le développement d’analogues de PAg ou d’antagonistes des BTN.
     

Points forts de l’étude

• Innovation méthodologique : Première résolution par cryo-EM de la structure complète des complexes BTN-TCR, surmontant les défis liés aux protéines membranaires.
  
• Avancée théorique : Propose des modèles de « stabilisation de l’intérieur vers l’extérieur » et d’« activation par dimérisation », bouleversant le paradigme de la reconnaissance par le TCR γδ.
  
• Impact interdisciplinaire : Combine biologie structurale, immunologie et modélisation computationnelle (par exemple, dynamique moléculaire), favorisant la recherche transdisciplinaire.
  

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Informations supplémentaires

• Données publiques : Les coordonnées structurales sont disponibles dans la PDB (par exemple, le complexe BTN2A1-BTN3A1, numéro d’accès à compléter).
  
• Limites de l’étude : La cryo-EM présente des limites dans la modélisation de l’environnement membranaire ; des validations supplémentaires par des techniques comme les nanodisques seront nécessaires.