Cellules infectées par un virus ou porteuses d'une mutation cancérigène, par exemple, produire des protéines étrangères à l'organisme. Les peptides antigéniques résultant de la dégradation de ces protéines exogènes à l'intérieur de la cellule sont chargés par le complexe de charge peptidique sur des molécules dites du complexe majeur d'histocompatibilité (MHC en abrégé) et présentés à la surface cellulaire. Là, ils sont spécifiquement identifiés par les cellules T-killer, ce qui conduit finalement à l'élimination des cellules infectées. C'est ainsi que notre système immunitaire nous défend contre les agents pathogènes.

La machine fonctionne avec une précision atomique

Le complexe de charge peptidique garantit que les molécules du CMH sont correctement chargées en antigènes. "Le complexe de chargement de peptides est une nanomachine biologique qui doit fonctionner avec une précision atomique afin de nous protéger efficacement contre les agents pathogènes qui causent des maladies, " dit le professeur Lars Schäfer, Responsable du groupe de recherche Simulation Moléculaire au Centre de Chimie Théorique de la RUB.

Dans les études précédentes, d'autres équipes ont réussi à déterminer la structure du complexe de charge peptidique par cryomicroscopie électronique, mais seulement avec une résolution d'environ 0,6 à 1,0 nanomètre, c'est-à-dire pas dans les détails atomiques. Sur la base de ces données expérimentales, L'équipe de recherche de Schäfer, en collaboration avec le professeur Gunnar Schröder du Forschungszentrum Jülich, a maintenant réussi à créer une structure atomique du complexe de charge peptidique.

Explorer la structure et la dynamique

"La structure expérimentale est impressionnante. Mais ce n'est qu'avec nos méthodes informatiques que nous avons pu extraire le maximum d'informations contenues dans les données expérimentales, " explique Schröder. Le modèle atomique a permis aux chercheurs d'effectuer des simulations informatiques détaillées de la dynamique moléculaire du complexe de chargement de peptides et ainsi d'étudier non seulement la structure mais aussi la dynamique de la nanomachine biologique.

Comme le système simulé est extrêmement grand avec ses 1,6 million d'atomes, le temps de calcul du Leibnitz Supercomputing Center à Munich a considérablement facilité cette tâche. "En utilisant l'ordinateur haute performance, nous avons pu pousser à l'échelle de la microseconde dans nos simulations. Cela a révélé le rôle des groupes sucre liés à la protéine pour le mécanisme de chargement des peptides, qui n'était auparavant qu'incomplètement compris, " souligne le Dr Olivier Fisette, chercheur postdoctoral au sein du groupe de recherche Simulation Moléculaire.

Intervention directe dans les processus immunitaires

Le modèle atomique du complexe de charge peptidique facilite désormais les études ultérieures. Par exemple, certains virus tentent de tromper notre système immunitaire en désactivant de manière sélective certains éléments du complexe de charge peptidique. "Un objectif réalisable que nous aimerions poursuivre est l'intervention ciblée dans ces processus, " conclut Schäfer.