Cellen die zijn geïnfecteerd met een virus of een kankerverwekkende mutatie dragen, bijvoorbeeld, produceren lichaamsvreemde eiwitten. Antigene peptiden die het resultaat zijn van de afbraak van deze exogene eiwitten in de cel, worden door het peptide-laadcomplex geladen op zogenaamde major histocompatibility complexe moleculen (kortweg MHC) en gepresenteerd op het celoppervlak. Daar, ze worden specifiek geïdentificeerd door T-killercellen, wat uiteindelijk leidt tot de eliminatie van de geïnfecteerde cellen. Zo verdedigt ons immuunsysteem ons tegen ziekteverwekkers.

Machine werkt met atomaire precisie

Het peptide-laadcomplex zorgt ervoor dat de MHC-moleculen correct worden geladen met antigenen. "Het peptide-laadcomplex is een biologische nanomachine die met atomaire precisie moet werken om ons efficiënt te beschermen tegen ziekteverwekkers, " zegt professor Lars Schäfer, Hoofd van de onderzoeksgroep Moleculaire Simulatie bij het Centrum voor Theoretische Chemie aan de RUB.

In eerdere onderzoeken is andere teams hebben met succes de structuur van het peptide-laadcomplex bepaald met behulp van cryo-elektronenmicroscopie, maar alleen met een resolutie van ongeveer 0,6 tot 1,0 nanometer, d.w.z. niet in atomaire details. Op basis van deze experimentele gegevens, Het onderzoeksteam van Schäfer in samenwerking met professor Gunnar Schröder van Forschungszentrum Jülich is er nu in geslaagd een atomaire structuur van het peptide-laadcomplex te creëren.

Structuur en dynamiek verkennen

"De experimentele structuur is indrukwekkend. Maar alleen met onze computergebaseerde methoden waren we in staat om de maximale informatie-inhoud uit de experimentele gegevens te extraheren, ", legt Schröder uit. Het atomaire model stelde de onderzoekers in staat om gedetailleerde moleculaire dynamische computersimulaties van het peptide-laadcomplex uit te voeren en zo niet alleen de structuur maar ook de dynamica van de biologische nanomachine te bestuderen.

Omdat het gesimuleerde systeem extreem groot is met zijn 1,6 miljoen atomen, de rekentijd in het Leibnitz Supercomputing Center in München hielp deze taak aanzienlijk. "Met behulp van de krachtige computer, we waren in staat om in onze simulaties de tijdschaal van microseconden binnen te dringen. Dit onthulde de rol van aan het eiwit gebonden suikergroepen voor het mechanisme van het laden van peptiden, die voorheen slechts onvolledig werd begrepen, " schetst Dr. Olivier Fisette, postdoc onderzoeker bij de onderzoeksgroep Molecular Simulation.

Directe interventie in immuunprocessen

Het atomaire model van het peptide-laadcomplex maakt nu verdere studies mogelijk. Bijvoorbeeld, sommige virussen proberen ons immuunsysteem te bedriegen door bepaalde elementen van het peptide-laadcomplex selectief uit te schakelen. "Een haalbaar doel dat we willen nastreven, is het gericht ingrijpen in deze processen, ’, besluit Schäfer.