Application à la superfamille des immunoglobulines

Pour tester l'intérêt de nos modèles, nous avons recherché un modèle caractéristique des feuillets β. Pour cela, il nous fallait suffisamment de protéines présentant un motif relativement simple topologiquement et topographiquement. Nous avons alors pensé utiliser la banque de données décrite dans la thèse de Nicolas Prudhomme [Prudhomme2009] sur les domaines immunoglobulines. Elle présente cinquante-deux domaines de la banque d'Halaby et Mornon [Halaby1999] et vingt-cinq domaines de celle de Gerstein et Altman [Gerstein1995]. Les protéines qui présentent une identité de séquence supérieure à 70 % avec une autre ont été retirées de la banque. L'intérêt réside dans le fait que le taux d'identité étant faible, la structuration en feuillet β est prépondérante, les structures évoluant moins vites que les séquences. Un alignement multiple du domaine β a été effectué à l'aide du programme MUSTANG et est présenté dans la thèse de Nicolas Pruhomme sur la figure 1.12.3. Nous avons repris les informations contenues dans cette thèse pour visualiser les modifications structurales et séquentielles de chacun des brins.

Cependant, nous nous sommes heurtés à une faiblesse de notre mode de représentation. En effet, la superposition structurale des cinquante-six motifs immunoglobulines est tout à fait visible lorsque nous ne représentons que la trace des carbones alpha mis en jeu dans chacun des brins.

Lorsque nous superposons les feuillets β correspondants, que ce soit avec une représentation de Catmull-Rom ou de Bézier, nous perdons toute information liée à l'alignement structural. Les solutions qui pourraient être apportées pour résoudre ce problème sont complexes. Nous pouvons penser qu'une visualisation successive de chaque feuillet, sous forme de film est envisageable. Si cette approche peut s'avérer intéressante pour distinguer des zones par coloration, elle sera cependant moins efficace. Le cas présent contenant cinquante-six protéines, il est quasiment impossible d'appréhender la totalité de ces modèles pour en tirer une information pertinente. Une autre approche pourrait être d'écrire, dans un fichier, les coordonnées du feuillet β que nous définissons pour chacune des protéines de l'alignement structural. Il faudrait ensuite, au moyen de méthodes graphiques, représenter le « feuillet β boudin », comme cela peut se visualiser pour la chaîne principale obtenue dans des données de RMN, pour représenter les zones de modifications structurales importantes. Là encore, l'information séquentielle portée par chacune des protéines ne sera pas d'une grande utilité et s'avérera inefficace à terme. Nous présentons cependant dans ce paragraphe quelques unes des structures immunoglobulines que nous avons retenues.

4.1.2.2 Application à la superfamille des immunoglobulines

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.1 – TCR ou « T Cell Receptor » [1BEC]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Pour cette protéine, sur nos modèles de Catmull-Rom et de Bézier, nous distinguons très clairement la présence de deux couples de feuillets β se faisant face, ce sont deux plis immunoglobuline. Ce pli, caractéristique des immunoglobulines, fait partie des neuf superfolds.

En observant nos résultats nous pouvons donc affirmer que cette protéine fait partie de la classe structurale tout β, et que ses feuillets confirment son appartenance à la superfamille des immunoglobulines.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.2 – Le CD4, pour cluster de différenciation 4 [1CID]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Le CD4 est une glycoprotéine qui s'exprime principalement à la surface des lymphocytes T CD4+. La description du fichier PDB fait état de quatre feuillets β. Les deux premiers, que nous pouvons observer à gauche sur nos illustrations, forment un pli immunoglobuline. Les deux derniers présentent un agencement étrange composé d'un assez petit feuillet de trois brins β, et d'un feuillet plus important qui se twiste.

Les représentations de ces feuillets sont fidèlement rendues sur le modèle de Catmull-Rom, mais le modèle de Bézier, lui, ne propose que trois feuillets β. Deux feuillets viennent s'associer pour n'en former qu'un seul, et chacune des faces de ce grand feuillet « regarde » un feuillet de moindre taille. Cela ressemble à la fusion, due à leur grande proximité, de deux plis immunoglobuline.

4.1.2.2 Application à la superfamille des immunoglobulines

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.3 – Chitinase bactérienne [1CTN]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Si nous observons le mode cartoon, en (a) sur notre figure, nous identifions un domaine composé de brins β sur la gauche de l'illustration, ainsi qu'un TIM barrel sur la droite. Cependant, l'utilisation de nos modèles démontre la présence d'un troisième domaine aux abords du TIM barrel : un pli αβ. Ce pli est difficilement visible sur la représentation cartoon, alors que nous le distinguons immédiatement sur nos représentations.

Nous préférerons l'utilisation de SheHeRASADe, aux types de représentations classiques, afin de détecter l'existence de domaines structuraux, car leur présence apparaît de façon claire et évidente.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.4 – Fragment Fc humain [1FC1]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Le fragment Fc humain est un homodimère composé de quatre plis immunoglobuline. Les monomères s'associent en formant un complexe, très hydrophobe, de deux plis immunoglobuline.

Dans le cas présent la structuration en fer à cheval se manifeste clairement au travers du dimère. Les feuillets se font face et jouent en regard les uns aux autres. Au delà du domaine pli β, il est à noter que ces structures tridimensionnelles du fragment Fc des immunoglobulines sont stabilisées par des glycannes multiples et complexes, dont les points de glycosylation sont en vis à vis des différents feuillets. Pouvoir projeter des paramètres géométriques ou physico-chimiques issus des glycannes, sur les feuillets pourraient certainement s'avérer très intéressant.

4.1.2.2 Application à la superfamille des immunoglobulines

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.5 – Le CD2, pour cluster de différenciation 2 [1HNG]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

Le CD2 est une molécule d'adhésion cellulaire (CAM, ou « Cell Adhesion Molecule ») qui s'exprime à la surface des lymphocytes T et des cellules NK, ou « Natural Killer ». L'appartenance du CD2 à la superfamille des immunoglobulines, est due à la présence de deux plis immunoglobuline dans la partie extracellulaire de la protéine. Nos modèles (figure 4.1.2.2.5) permettent d'identifier clairement la partie extracellulaire comme étant la partie basse de nos illustrations, positions des plis caractéristiques de cette superfamille.

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.6 – La macromycine [2MCM]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

La macromycine est composée d'un β barrel aplati, qui se situe sur la partie gauche des illustrations de la figure 4.1.2.6, et de deux feuillets β sur la droite. Cette structure, en forme de voûte, est un site de liaison au chromophore.

Sur le modèle de Catmull-Rom, en (b) et (d), l'observation de la voûte est rendue difficile par la description du β barrel. L'utilisation du modèle de Bézier, en (c) et (e), montre que le β barrel s'est scindé en deux feuillets, dont un a fusionné avec le feuillet central. Ce feuillet semble renforcé par les deux feuillets extérieurs. La voûte apparaît alors de façon très claire, et nous sommes à même de percevoir l'accessibilité de cette voûte, ce qui en fait un site de liaison privilégié.

4.1.2.2 Application à la superfamille des immunoglobulines

(a) (b) (c)

(d) (e)

Figure 4.1.2.2.7 – La superoxyde dismutase [2SOD]. (a) Représentation de type cartoon, (b) et (c) représentations respectivement de type Catmull-Rom et Bézier, (d) et (e) représentations respectivement de Catmull-Rom et de Bézier, texturées par des flèches, couplées à des représentations squelette

La superoxyde dismutase est composée de quatre β barrel, ces structures sont visibles sur les illustrations du modèle de Catmull-Rom, en (b) et (d). L'utilisation du modèle de Bézier présente des feuillets β déstructurés, la structure de ces domaines serait donc instable.