Cellule infettate da un virus o portatrici di una mutazione cancerogena, Per esempio, produrre proteine ​​estranee al corpo. I peptidi antigenici risultanti dalla degradazione di queste proteine ​​esogene all'interno della cellula vengono caricati dal complesso di caricamento del peptide sulle cosiddette molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC in breve) e presentati sulla superficie cellulare. Là, sono specificamente identificati dalle cellule T-killer, che alla fine porta all'eliminazione delle cellule infette. È così che il nostro sistema immunitario ci difende dagli agenti patogeni.

La macchina funziona con precisione atomica

Il complesso di caricamento dei peptidi assicura che le molecole MHC siano correttamente caricate con gli antigeni. "Il complesso di caricamento dei peptidi è una nanomacchina biologica che deve funzionare con precisione atomica per proteggerci efficacemente dai patogeni che causano malattie, "dice il professor Lars Schäfer, Responsabile del gruppo di ricerca sulla simulazione molecolare presso il Center for Theoretical Chemistry del RUB.

Negli studi precedenti, altri team hanno determinato con successo la struttura del complesso di caricamento del peptide utilizzando la microscopia crioelettronica, ma solo con una risoluzione di circa 0,6-1,0 nanometri, cioè non in dettaglio atomico. Sulla base di questi dati sperimentali, Il team di ricerca di Schäfer in collaborazione con il professor Gunnar Schröder del Forschungszentrum Jülich è ora riuscito a creare una struttura atomica del complesso di caricamento dei peptidi.

Esplorare struttura e dinamiche

"La struttura sperimentale è impressionante. Ma solo con i nostri metodi basati su computer siamo stati in grado di estrarre il massimo contenuto di informazioni contenuto nei dati sperimentali, " spiega Schröder. Il modello atomico ha permesso ai ricercatori di eseguire dettagliate simulazioni al computer di dinamica molecolare del complesso di caricamento del peptide e quindi di studiare non solo la struttura ma anche la dinamica della nanomacchina biologica.

Poiché il sistema simulato è estremamente grande con i suoi 1,6 milioni di atomi, il tempo di calcolo presso il Leibnitz Supercomputing Center di Monaco di Baviera ha aiutato notevolmente questo compito. "Utilizzando il computer ad alte prestazioni, siamo stati in grado di spingerci nella scala temporale dei microsecondi nelle nostre simulazioni. Questo ha rivelato il ruolo dei gruppi zuccherini legati alla proteina per il meccanismo di caricamento del peptide, che in precedenza era stato compreso solo in modo incompleto, " delinea il dottor Olivier Fisette, ricercatore postdoc presso il gruppo di ricerca sulla simulazione molecolare.

Intervento diretto nei processi immunitari

Il modello atomico del complesso di caricamento del peptide ora facilita ulteriori studi. Per esempio, alcuni virus cercano di ingannare il nostro sistema immunitario spegnendo selettivamente alcuni elementi del complesso di caricamento dei peptidi. "Un obiettivo fattibile che vorremmo perseguire è l'intervento mirato in questi processi, " conclude Schäfer.