L’interaction entre la BgK et les canaux de la famille K

Pour la mise en application de notre méthodologie, nous avons utilisé un modèle d’interaction de la BgK avec le modèle du canal Kv1.1, décrit précédemment.

III.2.3-A Détermination de la position de la BgK dans le canal Kv1.1

Ce modèle, a été déterminé, par l’utilisation de données obtenues par la méthode des cycles thermodynamiques, permettant d’estimer les proximités entre les résidus du ligand (BgK) et ceux du canal (Kv1.1). Cette méthode d’analyse quantifie l’influence d’une substitution, effectuée au niveau d’un partenaire de l’interaction, sur la variation d’affinité provoquée par une seconde substitution, effectuée au niveau de l’autre partenaire. L’approche est schématisée sur la figure III-16.

Figure III-16: Principe des cycles thermodynamiques de doubles mutants. Le canal Kv1.1, en vert, et la BgK, en bleu, sont représentés en mode « cartoon ». Les mutations sont représentées en rouge ou jaune, selon l’éloignement du site de liaison.

Pour chaque cycle de double mutation, les valeurs des constantes de dissociation permettent de calculer l’énergie de couplage. Lorsque cette dernière est nulle, les mutations sont considérées comme indépendantes, reflet d’un éloignement spatial entre les positions mutées (cas de la mutation en jaune sur la figure III-16). Lorsque qu’elle n’est pas nulle, les substitutions ont des

effets non additifs. De ce fait les positions mutées sont considérées comme proches ou interagissant entre elles (cas de la mutation en rouge sur figure III-16). L’intensité du coefficient de couplage, transformée en contraintes de distance, a permis de positionner la BgK par rapport au canal Kv1.1.

III.2.3-B Positionnement de la BgK : confirmation du modèle

Au cours de cette thèse, une étude structurale par RMN (2A9H [226]) a permis de déterminer la structure du complexe de la ChTx (ligand des canaux de la famille Kv1) avec un canal KcsA (homologue des canaux potassiques Kv1) modifié. Les modifications ont consisté à insérer les résidus critiques pour la liaison avec les canaux potassiques eucaryotes. La comparaison de notre modèle d’interaction avec la structure de ce complexe (impliquant la ChTx, ligand spécifique du canal Kv1.1 avec une affinité de 104 nM), a été réalisée par superposition de la BgK sur la ChTx par leur diade fonctionnelle respective : K25/Y26 pour la BgK et K27/Y36 pour la ChTx. Les structures superposées sont présentées sur la figure III-17. Malgré des repliements des toxines BgK et ChTx nettement différents, le positionnement de la diade fonctionnelle de la BgK, dans notre modèle d’interaction, est relativement similaire à celle de la ChTx. Notre approche, basée sur le modèle d’interaction BgK-Kv1.1 a été validée, a posteriori, par la comparaison de ces deux structures 3D. La modélisation par homologie, nous a donc permis de mettre en application notre méthode de conception en incluant un filtre stérique, afin de sélectionner les structures aptes à porter le motif de liaison F6/S23/K25/Y26 défini précédemment.

Schéma III-17 : Modèle d’interaction BgK-Kv1.1 comparé à la structure du complexe ChTx-KcsA mutant (2A9H, [226]). Les toxines sont représentées en mode « cartoon », la BgK en bleu et la ChTx en jaune. Les résidus Lys (25 et 27) et Tyr (26 et 36) formant la diade fonctionnelle sont représentées en mode « stick ».

III.2.4 Conclusion

Le système de référence que nous avons choisi correspond à l’interaction de la toxine BgK avec le canal potassique, voltage-dépendant, Kv1.2. Les résidus énergétiquement importants, F6/S23/K25/Y26, constitueront le motif de référence pour la recherche de motifs topologiques similaires par le programme STAMP. Ce dernier a été obtenu à partir d’une structure moyenne, minimisée, de l’ensemble des conformères présents dans le fichier 1BGK.pdb (annexe B.1). Le filtre stérique sera appliqué via la structure du modèle d’interaction entre le canal Kv1.1 et la BgK. La similarité des structures des canaux Kv1.1, modélisée à partir du canal KcsA, et Kv1.2, résolue par radiocristallographie, permettra d’appliquer ce filtre indifféremment du canal ciblé.

Chapitre IV : Recherche de similarité d’interaction parmi les

ligands d’une même cible. Analyse de complexes protéine-protéine

« Toute connaissance accessible doit être atteinte par des méthodes scientifiques ; et ce que la science ne peut découvrir, l’humanité ne peut pas le connaitre » (B. Russell)

La recherche de caractéristiques communes aux interfaces protéine-protéine, fondée sur l’étude de complexes cristallographiques, a suscité de nombreux travaux ayant pour objectif d’identifier des critères permettant de localiser des régions privilégiés d’interaction avec d’autres partenaires protéiques. Ces travaux ont permis de déterminer les valeurs moyennes et les fluctuations de nombreux paramètres, caractéristiques de ces interactions dans les ensembles considérés, constitués de complexes, indistinctement de la nature ou de la fonction des protéines en interaction. Aucun travail spécifique de cette nature n’a été entrepris pour rechercher les similarités d’interactions de plusieurs ligands capables d’interagir avec une même cible à un site identique. Ce travail pourrait permettre de dégager des règles transposables dans le contexte de la conception de ligands protéiques.

Nous avons donc entrepris d’analyser des complexes cristallographiques, mettant en jeu une cible particulière et différents ligands de cette cible. Pour ce faire, nous avons sélectionné dans la PDB, des ensembles de complexes cristallographiques (appelés par la suite « système ») impliquant une même protéine (appelée « cible ») et différents partenaires protéiques (appelés « ligands »). Nous avons recherché si, malgré les disparités de taille, de composition en acides aminés et de structure 3D, ces différents ligands (d’une même cible et d’un même site de liaison) présentaient des caractéristiques physico-chimiques communes.

Le chapitre suivant présentera les différents systèmes utilisés pour la comparaison de ligands protéiques. Puis, les différents complexes seront caractérisés en utilisant plusieurs paramètres globaux (taille de l’interface, composition chimique, complémentarité des surfaces, potentiel électrostatique). Enfin, les interactions intermoléculaires ponctuelles de chaque complexe seront analysées (interactions π- π, cation- π, ponts salins, liaisons hydrogène).