Stéphanie BAUD, Nicolas BELLOY Manuel DAUCHEZ

Laboratoire SirMaCNRS UMR 6237 Medyc

IFR 53 Biomolécules Université de Reims-Champagne-Ardenne

Étude In Silico d’ELPs : mise en évidence de la relation

structure/activation de l’EBP.

Quelques définitions

Protéine (Protos = premier)Macromolécule constituée par une ou plusieurs chaînes d‘acides aminés. Les différentes protéines ont toutes des fonctions différentes et très spécifiques; elles peuvent fabriquer (les cheveux, les ongles), digérer (enzymes de l'estomac), détoxifier les poisons ou aider à combattre les maladies.

Acide aminéLes acides aminés sont constitués d'azote, de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Certains contiennent également du soufre et du phosphore.Il existe 20 acides amines differents. Chaque acide amine comporte une foncion amine (NH2), une fonction acide (COOH), ainsi qu’une chaine laterale attachee au carbonne alpha.

Structure des Protéines

Structure primaire = Succession linéaire des acides aminés (ou résidus) constituant la protéine

Structure secondaire =Décrit le repliement local de la chaîne principale d'une protéine.

Structure quarternaire = arrangement of multiple folded protein molecules in a multi-subunit complex.

Structure tertiaire =Repliement de la chaîne polypeptidique dans l'espace. (structure 3D). La structure 3D d'une protéine est intimement liée à sa fonction.

-helix

http://www.brooklyn.cuny.edu

-sheet

http://biology.kenyon.edu

Structure des ProtéinesDiagramme de Ramachandran

http://www.lbpa.ens-cachan.fr/bentley/structure.htm

Elastine et Matrice Extracellulaire (MEC)

Dégradation de l’élastine : libération de peptides d’élastine à activité biologique. Implication dans des pathologies.

La MEC est l’ensemble des macromolécules extracellulaires du tissu conjonctif.

soutien structural, adhérence, mouvement et régulation de la cellule.

Position de la problématique

Peptide VGVAPG docké sur l’ EBP.

Tester la stabilité du complexe VGAPGV+EBP en utilisant la dynamique moléculaire.

Considérer une large gamme de peptides, et tenter de lier leur structure intrinsèque à leur activité.

Choix des peptides.

VGVAPG

GVAPGVVAPGVGAPGVGVPGVGVAGVGVAP

Permutation circulaire

ELASTINE

PGAIPG

LAMININE LGTIPG

FIBRILLINE 1

GALECTINE 3 PGAYPG

EGFEPG Au total, 10 hexapeptides sont considérés au cours de cette étude.

?

+

+

+

+ +-

--

-

Les simulations de Dynamique Moléculaire

http://cmm.cit.nih.gov/modeling/guide_documents/molecular_mechanics_document.html

ENERGIE POTENTIELLE Contributions

liantesContributions non liantes

Énergie Potentielle

Énergie cinétique vitesses

i

i amF

Positions

Contrôle de la température

Les simulations de Dynamique Moléculaire

La dynamique moléculaire : étude de la trajectoire d'une molécule en appliquant les lois de la mécanique classique newtonienne = simuler les mouvements atomiques au cours du temps.

Mise en place des simulations

Configuration de départ de LGTIPG, PGAIPG et VGVAPG.

6500 atomes

GROMACS MD Simulation Package

Simulations NPT (T=300 K)

Boites périodiques:40Å40Å40Å

Molécules d’eau traitées explicitement

Simulations d’une durée de 200ns chacune.

Exemples de trajectoires

EGFEPG PGAIPGAPGVGV

Analyse de la longueur des peptides

Distributions des longueurs des peptides

Il semble difficile de départager clairement deux ou trois groupes de peptides.

Analyse des coudes

Les deux peptides actifs ne semblent pas être les plus flexibles.

Analyse des coudes

coude % type coude % typeAPGVGV 28.4 II + IV PGAIPG 34.5 IV

APGVGV 33.5 IV PGAIPG 25.7 IV + VIII

APGVGV 40.7 IV PGAIPG 0.0 -

EGFEPG 9.7 IV PGAYPG 24.9 IV

EGFEPG 4.0 IV + VIII PGAYPG 26.9 IV + VIII

EGFEPG 0.0 - PGAYPG 0.0 -

GVAPGV 9.7 IV + VIII PGVGVA 23.3 IV

GVAPGV 0.0 - PGVGVA 26.1 IV

GVAPGV 24.9 II + IV PGVGVA 15.2 IV

GVGVAP 27.2 IV VAPGVG 0.0 -

GVGVAP 14.3 IV VAPGVG 32.7 II + IV

GVGVAP 8.6 IV + VIII VAPGVG 29.7 IV

LGTIPG 51.5 IV VGVAPG 20.1 IV

LGTIPG 16.2 IV + VIII VGVAPG 10.3 IV + VIII

LGTIPG 0.0 - VGVAPG 0.0 -

Analyse des coudes

Un peptide est actif si :

Il n’est pas trop flexible (= possibilité de former 3 coudes )

Sa séquence lui permet de former un coude entre le premier et le quatrième résidu.

Sa séquence lui permet de former un coude de type VIII en deuxième (première) position. Motif GXXP

Découpage des trajectoires – Familles de structures

Regroupement sur la base des positions des C.

Sequence # de clusters

APGVGV 26

EGFEPG 10

GVAPGV 11

GVGVAP 23

LGTIPG 10

PGAIPG 12

PGAYPG 11

PGVGVA 30

VAPGVG 13

VGVAPG 13

Comparaison avec VGVAPG docké

APGVGV

EGFEPGGVAPGV

GVGVAP

LGTIPG

PGAIPG

PGAYPGPGVGVA

VAPGVG

VGVAPG

Comparaison avec VGVAPG docké

Séparation marquée des ”familles ”.

Conclusions

Mise en évidence d’un lien entre structure intrinsèque du peptide et activité induite sur l’EBP :

Le peptide ne doit pas être trop flexible. La présence d’un coude en première position semble nécessaire et l’importance du motif GXXP est soulignée.

Perspectives

Validations de nos hypothèses via des expériences de docking et de dynamique moléculaire avec l’EBP. Vérification expérimentale avec PGAYPG

Dynamique moleculaire

Contrôle des paramètres

Vérification de la stabilité des systèmes en température.

Variation de l’énergie potentielle au cours du temps.

Température moyenne stable. Les oscillations de 5 K autour de la moyenne peuvent être considérées comme raisonnables compte tenu de la taille du système.

Pas d’anomalie du point de vue des variations temporelles des énergies potentielles.

Identification de la structure secondaire locale

• Analyse détaillée de la structure locale de la chaîne principale des peptides.• Evaluation du degré d’hydratation de la chaîne principale.

-95° < < -55°125° < < 165°

Hiérarchie utilisée :(1) hélice 4(2) hélice 3

(3) hélice 5(4) coude 2(5) coude 3(6) coude 4 (7) coude 5(8) ladder(9) bridge(10) coude 1(11) coude 6

(12) coude 7(13) polyproline II

(ppII)(14) bend

programme DSSP (1)

(1) Kabsch, W. and Sander, C. (1983) Biopolymers. 22. 2257.

Diagrammes de Ramachandran

La ‘signature’ des résidus varie selon leur environnement.

Identification de la structure secondaire locale

Différences marquées en terme de PPII et coudes .

Les acides aminés

Le corps humain a besoin de 20 acides aminés pour fabriquer (ou synthétiser) ses milliers de protéines.

Analyse des coudes

Observation des 3 coudes APGVGV, GVGVAP et PGVGVA.

Coude en première position EGFEPG, GVAPGV, LGTIPG, PGAIPG,

PGAYPG et VGVAPG.

Présence de coude de type VIII en seconde position

EGFEPG, GVAPGV (première), LGTIPG, PGAIPG, PGAYPG et VGVAPG.

Comparaison avec VGVAPG docké