Prédiction de la structure du complexe protéine-protéine DFR-LAR

DFR-LAR

II.1)Protocole de simulation

Le logiciel de docking protéine-protéine ATTRACT[104, 106] est utilisé pour la prédiction des complexes DFR-LAR. Une vue générale du protocole de docking est détaillée dans la partie méthodologique (page 74). Dans le cas présent, l'enzyme DFR a été choisie comme étant la protéine "réceptrice", LAR est donc la protéine "ligand". Une grille de points de départ (permettant de positionner le centre de masse de la protéine dite "ligand") a été construite autour de DFR avec un espace entre chaque points de 10 Å. Un total de 436 points de départ a été généré et pour chaque position sur cette grille, 258 rotamères de LAR seront considérés. Ainsi plus de 110000 positions initiales du complexe protéine-protéine sont minimisées sur la base du champ de force développé spécifiquement pour ATTRACT. La résolution gros grain utilisée ici permet d'évaluer rapidement toutes les solutions afin d'échantillonner au mieux les interfaces protéine-protéine. Les 2000 structures de plus basse énergie ont été analysées et les solutions similaires ont été regroupées sous forme de cluster. Chaque cluster est composé de structures du complexe avec un RMSd de moins de 1 Å sur la totalité du système.

II.2)Résultats du docking DFR-LAR

Les 10 clusters de plus basse énergie (allant de -16,2 à -14 RT) ont été analysés d'un point de vue structural. Pour trier ces solutions, nous avons choisi d'appliquer les critères structuraux définis précédemment. La distance entre les résidus H172 de LAR et T159 de DFR a été calculée pour vérifier la proximité des voies d'accès des sites actifs des deux enzymes. Seul le résidu T159 a été choisi pour DFR car il est commun aux deux chemins d'entrée/sortie de l'enzyme échantillonnés dans les simulations brute force précédentes. Les valeurs de distance entre les carbones Cα des deux résidus s'échelonnent entre 16 et 65 Å.

Les structures choisies doivent ainsi avoir une distance entre les deux résidus faibles (gage d'une proximité des sites actifs) et une énergie d'interaction entre protéine la plus forte possible. Dans notre cas, le cluster 7 se démarque largement des autres, avec une énergie d'interaction forte (E=-14,2 RT) et la plus faible distance mesurée (16 Å). Nous pouvons également sélectionner le cluster 4, qui présente la deuxième plus petite distance (d=30 Å) et

Chapitre 3 : Modèles DFR-LAR et "Substrate channeling"

une énergie plus forte que le cluster 7 (E=-14,5 RT). Sur le reste des 10 meilleurs clusters, aucune autre structure ne peut être retenue car le critère structural n'est pas respecté (distance supérieure à 30 Å, ce qui représente la limite de connexion entre les sites actifs des enzymes).

Si nous étendons l'analyse aux 100 meilleurs clusters, les conclusions sont similaires. Nous retrouvons deux complexes assez proche du cluster 4 d'un point de vue structural et deux autres similaires au cluster 7. Aucune autre solution de docking ne satisfait le critère structural et ne sera retenu. La structure de chacun des complexes choisis est représentée sur la Figure 59 et nous déciderons d'appeler par la suite le cluster 4, S1 et le cluster 7, S2 pour plus de clarté.

Figure 59 : Structures protéine-protéine obtenues par le protocole ATTRACT. LAR est représentée en blanc tandis que DFR est en noir. A gauche est représenté le cluster 4 et à

droite le cluster 7 (appelé respectivement S1 et S2 par la suite).

II.3)Analyse structurale des complexes DFR-LAR retenus

Une interface protéine-protéine se décompose en deux zones distinctes, que sont le cœur de l'interface et sa périphérie[163]. Dans le cas des interactions transitoires protéine- protéine, la première zone est relativement compacte, majoritairement composée de résidus hydrophobes et ne contient que quelques molécules d'eau jouant un rôle structurant. La seconde zone est partiellement accessible au solvant et la fraction de résidus polaires y est plus importante. Les deux zones sont représentées sur la Figure 60.

Figure 60 : Détail d'une interface protéine

caractérisé par une compacité élevée des résidus, avec des interactions majoritairement hydrophobes. Les résidus sont

par des interactions plus hydrophiles. Elle est composée des résidus de type 2 (interagissant avec le cœur mais partiellement solvatés) et de type 3 (interaction avec l'autre protéine

uniquement grâce

La surface de l'interface protéine

dans la moyenne des complexes hétérodimériques transitoires avec le logiciel Ligplot+[165

compact pour le cluster S2 que pour le cluster S1. Il implique moins de résidus (23 pour une surface légèrement plus importante (2070

résidus non polaires impliqués dans cette zone est nettement en fav

33%). En revanche, le nombre d'interaction de type liaison hydrogène à l'interface est plus important pour le cluster S1 (12

protéine-protéine (cœur et périphérie) montre en faveur du cluster S1 (63 vs

complexes est résumée dans le

Chapitre 3 : Modèles DFR-LAR et "Substrate channeling"

: Détail d'une interface protéine-protéine transitoire. Le cœur de l'interaction est caractérisé par une compacité élevée des résidus, avec des interactions majoritairement hydrophobes. Les résidus sont notés 1 sur le schéma. La périphérie de l'interface est définie par des interactions plus hydrophiles. Elle est composée des résidus de type 2 (interagissant

avec le cœur mais partiellement solvatés) et de type 3 (interaction avec l'autre protéine grâce aux molécules d'eau pontantes, identifiée par la lettre w).

La surface de l'interface protéine-protéine se situe aux alentours de 2000 Å

dans la moyenne des complexes hétérodimériques transitoires [164]. Une analyse réalisée 165] montre que le cœur de l'interface protéine

pour le cluster S2 que pour le cluster S1. Il implique moins de résidus (23

pour une surface légèrement plus importante (2070 vs 1900 Å2). Par ailleurs, la fraction des résidus non polaires impliqués dans cette zone est nettement en faveur du cluster S2 (48% 33%). En revanche, le nombre d'interaction de type liaison hydrogène à l'interface est plus important pour le cluster S1 (12 vs 7 interactions). L'analyse de la totalité de l'interface protéine (cœur et périphérie) montre que le nombre de résidus impliqués est toujours

vs 42 résidus). L'analyse de l'interface protéine

complexes est résumée dans le Tableau 2.

LAR et "Substrate channeling"

135

Le cœur de l'interaction est caractérisé par une compacité élevée des résidus, avec des interactions majoritairement

notés 1 sur le schéma. La périphérie de l'interface est définie par des interactions plus hydrophiles. Elle est composée des résidus de type 2 (interagissant

avec le cœur mais partiellement solvatés) et de type 3 (interaction avec l'autre protéine aux molécules d'eau pontantes, identifiée par la lettre w).

protéine se situe aux alentours de 2000 Å2, située . Une analyse réalisée téine-protéine est plus pour le cluster S2 que pour le cluster S1. Il implique moins de résidus (23 vs 30) ). Par ailleurs, la fraction des eur du cluster S2 (48% vs 33%). En revanche, le nombre d'interaction de type liaison hydrogène à l'interface est plus 7 interactions). L'analyse de la totalité de l'interface que le nombre de résidus impliqués est toujours 42 résidus). L'analyse de l'interface protéine-protéine des deux

Chapitre 3 : Modèles DFR-LAR et "Substrate channeling"

Résidus impliqués (interface totale) Nb liaisons H

Résidus impliqués (cœur interface) Fraction résidus non polaire (%) (cœur interface)

SASA

Interaction ionique

Tableau 2 : Résumé d

Cette analyse montre que ces deux clusters correspondent parfaitement à la définition d'une interface protéine-protéine transitoire

non polaires d'environ 50-60%, un nombre de liaisons hydrogène de résidu à l'interface aux alentours de 50

et une fraction non polaire moins compatible avec cette définition qui provient du fait que l'interface protéine-protéine est divisée

partiellement solvaté (cf Figure

Figure 61 : Schéma représentant la topologie de l'interface protéine clusters sélectionnés. A gauche, la topologie du cluster S2

zone partiellement solvatée entre deux zones d'interactions

Il est également à noter que la formation d'un complexe protéine

une réorganisation de l'interface pour permettre une bonne complémentarité de surface. Le protocole de docking est basé sur une représentation gros

association d'objets (ici 2 protéines) rigides. Il est donc nécessaire d'utiliser une approche de

LAR et "Substrate channeling"

Cluster S1 Cluster S2 Résidus impliqués (interface totale) 63

Nb liaisons H 12

Résidus impliqués (cœur interface) 23

Fraction résidus non polaire (%) (cœur interface) 33

SASA (Å2) 1900

Interaction ionique 0

: Résumé des analyses structurales des deux complexes sélectionnés.

Cette analyse montre que ces deux clusters correspondent parfaitement à la définition protéine transitoire[164, 166, 167]. C'est à dire une fraction de résidus 60%, un nombre de liaisons hydrogène d'environ 10 et un nombre de résidu à l'interface aux alentours de 50-60. Cependant, le cluster S1 présente une compacité et une fraction non polaire moins compatible avec cette définition qui provient du fait que protéine est divisée en deux zones distinctes, séparées par un espace

Figure 61).

: Schéma représentant la topologie de l'interface protéine-protéine gauche, la topologie du cluster S2. A droite le cluster zone partiellement solvatée entre deux zones d'interactions.

Il est également à noter que la formation d'un complexe protéine

nterface pour permettre une bonne complémentarité de surface. Le protocole de docking est basé sur une représentation gros-grain des résidus et sur une association d'objets (ici 2 protéines) rigides. Il est donc nécessaire d'utiliser une approche de

Cluster S2 42 7 30 48 2070 1

es analyses structurales des deux complexes sélectionnés.

Cette analyse montre que ces deux clusters correspondent parfaitement à la définition . C'est à dire une fraction de résidus d'environ 10 et un nombre 60. Cependant, le cluster S1 présente une compacité et une fraction non polaire moins compatible avec cette définition qui provient du fait que en deux zones distinctes, séparées par un espace

protéine pour les deux cluster S1, avec une

Il est également à noter que la formation d'un complexe protéine-protéine demande nterface pour permettre une bonne complémentarité de surface. Le grain des résidus et sur une association d'objets (ici 2 protéines) rigides. Il est donc nécessaire d'utiliser une approche de

Chapitre 3 : Modèles DFR-LAR et "Substrate channeling"

137 simulation de dynamique moléculaire pour raffiner les interfaces protéine-protéine et observer les phénomènes dynamiques