5.3 Applications aux données expérimentales
6.2.3 Information locale et information à longue distance
La compréhension des paramètres RMN est fondamentale pour caractériser cor- rectement les protéines désordonnées par description par ensemble. Jusqu’ici, pour déterminer des ensembles représentatifs de l’état déplié, nous avons utilisé séparément les PREs et les CDRs dans une approche utilisant conjointement Flexible-Meccano et Asteroids. Une approche combinant les couplages dipolaires résiduels et la relaxation paramagnétique semble un point essentiel à mettre en place pour acquérir une meilleure compréhension de l’état déplié. Avant cette étape, nous cherchons à identifier les im- plications de changements biophysiques sur les paramètres RMN et les corrélations potentielles entre l’information locale et à longue portée. En effet, nous distinguons deux types d’informations :
Une distinction essentielle
- L’information locale, c’est-à-dire l’échantillonnage conformationnel des résidus. - L’information à longue portée, la présence de contact à moyenne ou longue portée
au sein de la protéine.
La relaxation paramagnétique est fonction de la distance électron-spin et est donc particulièrement sensible à l’information à moyenne et longue portée. Elle permet de dé- terminer un ensemble de contraintes de distance entre la position effective de l’électron non apparié et l’ensemble des protons amides de la protéine. Les couplages dipolaires résiduels sont extrêmement sensibles à l’échantillonnage local des résidus. Par ailleurs, nous avons présenté en section ?? le formalisme de la ligne de base traduisant les effets à longue portée au sein de la protéine. La compréhension du rôle de ces paramètres en fonction des caractéristiques biophysiques est primordiale pour réaliser toute descrip- tion par ensemble. Nous allons introduire des biais dans la description random-coil afin
6.2. Résultats
Figure 6.8 – Reproduction des données expérimentales I/I0 avec Asteroids et carte de contacts associée.(a-d) données expérimentales en rouge et données issues de la sélection avecAsteroids en bleu
pour les positions de cystéines suivantes : (a) A18C, (b) A76C, (c) A90C and (d) A140C. La carte de contact (e) indique un contact entre la région C-terminale et N-terminale.
Chapitre 6. Caractérisation des interactions à longue portée
d’étudier l’influence, soit d’un contact, soit des structures transitoires hélicoïdales, sur les paramètres RMN de l’ensemble.
Présence d’un contact
Nous commençons par étudier l’influence d’un contact complètement présent au sein d’un ensemble. Les graphiques présentés sont volontairement denses en informa- tion, l’objet de ce paragraphe étant d’insister sur les corrélations existantes ou non entre les paramètres RMN ou caractéristiques étudiées.
Figure 6.9 – Influence de la présence d’un contact entre la partie C-terminale et la région centrale
d’un ensemble polyvaline.Nous comparons un ensemble random-coil (en noir) avec l’ensemble incluant
le contact (en rouge). À gauche : sont présentés les paramètres RMN avec les CDRs DNHet DCαHα (en haut) et6 profils de relaxation paramagnétique des cystéines 10, 20, 30, 50, 70, 90 (en bas). À droite : les paramètres biophysiques correspondants sont les populations d’angles dièdres (en haut), la distribution du rayon de giration (en haut à droite) et la carte de contact de l’ensemble normalisé avec le random-coil (en bas).
La figure 6.9 montre clairement la modification des profils des paramètres RMN, nous observons d’une part pour les CDRs DNHet DCαHαun amoindrissement de la ligne de base entre les deux contacts. Concernant les caractéristiques biophysiques : nous avons évidemment une diminution des distances moyennes de l’ensemble et de la distri- bution de rayon de giration mais surtout la figure à droite ne montre aucun changement notable concernant la distribution des angles (φ,ψ) dans l’espace de Ramachandran. Ainsi, l’ajout d’un contact n’implique pas de biais dans l’espace conformationnel en favorisant une orientation privilégiée.
6.2. Résultats
Non corrélation de l’information à longue portée sur l’information locale
La présence de contacts à longue portée n’influence pas l’échantillonnage confor- mationnel des protéines. En théorie, il existe évidemment une modification de l’échantillonnage pour chaque structure mais l’espace conformationnel accessible étant si vaste qu’il n’est pas possible de détecter cette modification en moyenne sur l’ensemble.
Les profils de la relaxation paramagnétique de l’ensemble random-coil sont ca- ractéristiques d’une protéine dépliée. Nous observons une diminution de l’intensité uniquement autour de la cystéine, cette diminution d’intensité traduit la proximité entre l’électron de la chaine latérale MTSL et le spin nucléaire du proton des différents résidus. Dans le cas d’un contact, en raison d’une proximité accrue entre les deux régions le définissant, les profils de relaxation de l’ensemble (en rouge) se caractérisent par une diminution de l’intensité dans ces régions (figure 6.9). Ainsi, les profils de relaxation situés dans la partie N terminale de la protéine sont nettement plus faibles, et ceci, même loin de la région environnante des cystéines. La carte de contact permet de visualiser clairement le contact, c’est-à-dire la contraction de l’ensemble entre la région N-terminale et le domaine central de la protéine.
L’absence de corrélation entre la présence de contact et l’échantillonnage conforma- tionnel augmente la dégénérescence des solutions lors de sélection de sous-ensembles. Considérant une protéine possédant un contact, cherchant à reproduire uniquement la valeur du couplage dipolaire résiduel DNH, Asteroids risque d’introduire un biais dans l’échantillonnage local pour reproduire au mieux les données bien qu’en réalité la modulation soit due à la présence d’interaction à longue portée, l’ensemble résultant de la sélection n’aura donc pas les mêmes caractéristiques. Pour une telle approche, il semble donc essentiel de combiner les DNH avec des paramètres RMN supplémentaires tels que les PREs pour lever la dégénérescence. La combinaison de plusieurs jeux de CDRs peut aussi venir à bout de ce problème mais l’interprétation du résultat est plus délicate dans ce cas, la combinaison de plusieurs paramètres RMN permet de bien différencier l’information.
Présence d’une structure secondaire
Nous souhaitons maintenant analyser la présence d’ordre résiduel symbolisé par 4 hélices coopératives très présentes : trois de propension de 75% et une de 33% de la séquence échantillonnent spécifiquement la région αR.
Présentées en figure 6.10, nous observons une forte modification du profil des CDRs en raison la présence d’ordre résiduel au niveau des hélices, les DNH sont positifs et les DCαHα oscillent. La distribution des angles dièdres en forme de créneaux montre clairement une augmentation locale de l’échantillonnage de la région αR.
Utilisant comme référence un ensemble random-coil, les profils de la relaxation pa- ramagnétique sont légèrement modifiés, principalement aux alentours des cystéines. Nous observons des variations traduisant une contraction des distances de l’ensemble au niveau des hélices et une légère extension dans les autres régions. Nous ne notons pas de modifications des distances moyennes à longue portée, cette information est corroborée par la carte de contact et le distribution du rayon de giration. La présence de structures secondaires ne peut impliquer de contacts à longue portée mais peut
Chapitre 6. Caractérisation des interactions à longue portée
Figure 6.10 – Influence de la présence de 4 hélices transitoires de propension 75% sur un ensemble
polyvaline.Nous comparons un ensemble random-coil (en noir) avec l’ensemble incluant les hélices (en
rouge) situées en position12−20, 45−53, 72−82, 90−94. À droite, sont présentées les paramètres RMN avec les CDRs DNH et DCαHα (en haut) et6 profils I/I0des cystéines10, 20, 30, 50, 70, 90 (plus bas). À gauche, les paramètres biophysiques correspondants sont les populations d’angles dièdres (en haut), la distribution du rayon de giration (en haut à droite) et la carte de contact de l’ensemble normalisé avec le random-coil (en bas).
modifier localement les distances moyennes de l’ensemble, une hélice α impliquera une légère contraction de l’ensemble tandis qu’une hélice PPII une légère extension.
Influence de l’échantillonnage locale : cas expérimental
Comme exposée, la présence d’un échantillonnage spécifique peut influencer le profil des PRE. Les différences dépendront du nombre de motifs, de leur longueur et de leur propension. Pour pouvoir visualiser ces changements, ils doivent avoir lieu à proximité de la cystéine, autrement la moyenne en r16 ne permet pas de modification notable des distances de l’ensemble. A titre d’exemple, la cystéine 50 de l’exemple précédent affiche un profil plus bas en raison de l’hélice située en 45-53, ce qui n’est pas le cas pour la cystéine 30.
Pour illustrer cet effet sur des données expérimentales, nous utilisons des résultats du chapitre 5 réalisés sur la protéine K18. Pour information, K18 ne possède pas de contact spécifique et peut être considérée comme une protéine complètement dépliée. Nous déterminons de l’échantillonnage conformationnel en combinant les déplacements 13Cα,13Cβ,13C′,15N,1HN et les couplages dipolaires résiduels DNH dans une sélection avec Asteroids et constatons l’obtention de conformations plus étendues (notamment dans la région 250-265). Nous calculons alors le profil de relaxation correspondant en utilisant les temps de corrélation précédents et une chaine latérale dynamique, le profil de relaxation d’un ensemble random-coil et comparons ces jeux de données aux données expérimentales afin de corréler ces informations. L’ensemble comprenant l’échantillonnage conformationnel issu de la sélection reproduit mieux les données PRE. Notamment, le profil des PRE de la cystéine 280C est nettement plus en accord autour
6.2. Résultats
Figure 6.11 – Influence de l’échantillonnage local sur les profils I/I0 de la protéine K18. Les