Celler som är infekterade av ett virus eller bär på en cancerframkallande mutation, till exempel, producera proteiner främmande för kroppen. Antigena peptider som härrör från nedbrytningen av dessa exogena proteiner inuti cellen laddas av det peptidladdande komplexet på så kallade major histocompatibility complex molekyler (MHC för kort) och presenteras på cellytan. Där, de identifieras specifikt av T-mördarceller, vilket i slutändan leder till eliminering av de infekterade cellerna. Det är så vårt immunförsvar försvarar oss mot patogener.

Maskinen arbetar med atomär precision

Peptidladdningskomplexet säkerställer att MHC-molekylerna är korrekt laddade med antigener. "Peptidladdningskomplexet är en biologisk nanomaskin som måste arbeta med atomär precision för att effektivt skydda oss mot patogener som orsakar sjukdomar, säger professor Lars Schäfer, Chef för forskningsgruppen Molecular Simulation vid Centrum för teoretisk kemi vid RUB.

I tidigare studier, andra team har framgångsrikt bestämt strukturen av det peptidladdande komplexet med hjälp av kryo-elektronmikroskopi, men bara med en upplösning på cirka 0,6 till 1,0 nanometer, dvs inte i atomär detalj. Baserat på dessa experimentella data, Schäfers forskargrupp i samarbete med professor Gunnar Schröder från Forschungszentrum Jülich har nu lyckats skapa en atomstruktur av det peptidladdande komplexet.

Utforska struktur och dynamik

"Den experimentella strukturen är imponerande. Men endast med våra datorbaserade metoder kunde vi extrahera det maximala informationsinnehållet i experimentdata, " förklarar Schröder. Atommodellen gjorde det möjligt för forskarna att utföra detaljerade datorsimuleringar av molekylär dynamik av det peptidladdande komplexet och därmed studera inte bara strukturen utan också dynamiken hos den biologiska nanomaskinen.

Eftersom det simulerade systemet är extremt stort med sina 1,6 miljoner atomer, beräkningstiden vid Leibnitz Supercomputing Center i München hjälpte denna uppgift avsevärt. "Med den högpresterande datorn, vi kunde trycka in i mikrosekunders tidsskalan i våra simuleringar. Detta avslöjade rollen för sockergrupper bundna till proteinet för mekanismen för peptidladdning, som tidigare bara var ofullständigt förstått, " beskriver Dr Olivier Fisette, postdoc forskare vid forskargruppen Molecular Simulation.

Direkt ingripande i immunprocesser

Atommodellen av det peptidladdande komplexet underlättar nu ytterligare studier. Till exempel, vissa virus försöker lura vårt immunförsvar genom att selektivt stänga av vissa delar av det peptidladdande komplexet. "Ett genomförbart mål vi skulle vilja eftersträva är det riktade ingreppet i dessa processer, avslutar Schäfer.