Protocole de simulation aMD

Le protocole de dynamique moléculaire accélérée utilisé dans le cadre de l’étude de la dynamique structurale du LBD de RXR– dans la forme libre et la forme liée à 9cRA est basé sur les travaux publiés par l’équipe de J. Andrew McCammon [Pierce et al., 2012] [Markwick and McCammon, 2011a]. Concernant la forme liée à 9cRA, le LBD du RXR– a été extrait du complexe RXR–/PPAR“ et utilisé comme point de départ pour l’ensemble des calculs effectués durant ce projet. Tous les atomes lourds étaient présents dans les fichiers de coordonnées expérimentaux, excepté les chaines latérales des résidus de la boucle (résidus 245 à 262) pour la forme liée du LBD de RXR–. Les chaines latérales de ces résidus ont été reconstruites à l’aide de CHARMM [Brooks et al., 2009]. Le placement des atomes d’hydrogène a été réalisé à l’aide du module HBUILD contenu dans CHARMM. Les correctifs NH₃+ (NTER) et COO≠ (CTER) sont appliqués aux extrémités N et C-terminale.

À pH physiologique (entre 7 et 7.4), les acides aminées basiques, Lysine et Arginine, sont chargés +1 et les acides aminées acides sont chargés -1. En ce qui concerne les histidines, leur l’état de protonation (HSE, HSD ou HSP) a été obtenu à l’aide de la méthode empirique implémentée dans PROPKA [Li et al., 2005a]. Ces résultats ont été comparés à d’autres obtenus antérieurement au sein de l’équipe [Martin, 2008] [Fidelak, 2006] et qui étaient basés sur des méthodes d’électrostatique des milieux continus. Les prédictions des deux méthodes sont généralement en accord, et le choix définitif a été validé en scrutant en détail les interactions établies par les histidines au sein des structures cristallographiques.

Histidine 288 315 331 333 338 406 435

forme libre

LBD de RXR– PROPKA HSE HSE HSE HSE HSE HSE HSE

Forme liée (+9cRA) LBD de RXR–

[Martin 2008] HSE HSE HSE HSE HSE HSE HSD

PROPKA HSD HSE HSE HSE HSE HSE HSE

TABLE5.2 – Etat de protonation des histidines de la forme libre et la forme liée à 9cRA du LBD de RXR–

obtenu par électrostatique des milieux continus[Martin, 2008] et par la méthode empirique PROPKA.

Les structures cristallographiques de la forme libre et la forme liée à 9cRA du LBD de RXR– ont été soumises au même protocole. Une première étape de minimisation de 700 pas de Plus Grande Pente (Stee-

CHAPITRE 5. DYNAMIQUE CONFORMATIONNELLE DU LBD DE RXR– 104 pest Descent) a été réalisée dans le but d’éliminer les mauvais contacts stériques, utilisant une constante diélectrique dépendant de la distance avec un epsilon égale à 4 tout en réduisant les contraintes harmoniques imposées à la protéine au cours de la minimisation.

Une simulation de dynamique moléculaire en solvant explicite du LBD de RXR– a été réalisée en utilisant le programme NAMD (version 2.8/2.9/2.10 CPU et GPU) [Phillips et al., 2005] et le champ de force tout atome CHARMM 27 avec la correction CMAP. Dans le cas de la forme liée du LBD de RXR–, les paramètres et la topologie de 9cRA ont été repris du travail de thèse d’Élyette Martin [Martin, 2008]. Après une courte étape de minimisation d’énergie, présentée précédemment, une boîte rectangulaire conte- nant des molécules d’eau équilibrées TIP3P, a été construite et centrée sur le centre de masse de la protéine. Des ions K+/Cl≠ ont été ajoutés afin de neutraliser les charges du système dans un premier temps, puis

dans un second temps afin d’atteindre une concentration en sels de 0.05 M. La simulation a été réalisée sous conditions périodiques. Les interactions électrostatiques de longue distance ont été traitées à l’aide du maillage particulier d’Ewald (PME) et un cut-off de 12 Å a été appliqué aux interactions van der Waals. Les liaisons entre les atomes d’hydrogène et les atomes lourds ont été contraintes en utilisant l’algorithme SHAKE et un pas d’intégration de 1 fs a été utilisé pour toutes les simulations.

Un protocole de dynamique moléculaire combinée à des étapes de minimisation d’énergie a été utilisé pour préparer la solvatation du système. Premièrement, les molécules d’eau ont été relaxées, avec la pro- téine et le ligand fixe, en procédant par une minimisation d’énergie de 1000 pas de gradient conjugué (GC) en utilisant une constante diélectrique constante (epsilon de 1). Puis l’ensemble du système est chauffé jusqu’à 600¶_{K pendant 23 ps. Une seconde minimisation de 250 pas de gradient conjugué suivi d’une} autre étape de chauffage d’une durée de 23 ps afin d’atteindre une température de 298.15¶_{K. Deuxième-} ment, les contraintes sur la protéine et le ligand sont enlevées et une étape de minimisation de 2000 pas de gradient conjugué est appliquée suivie d’une étape de chauffage jusqu’à 298.15¶_{K durant 13 ps, puis par} une équilibration de 87 ps et une phase de production en maintenant un volume et une énergie constantes (NVE).

Afin de lancer une simulation de dynamique moléculaire accélérée, il est nécessaire de débuter par une simulation de dynamique moléculaire classique. Le temps de simulation varie de 10 à 50 ns de sorte que l’énergie potentielle et celle des angles dièdres se stabilisent. Dans notre cas, 10 trajectoires cMD indépen- dantes de 10 ns ont été générées au total, pour la forme libre et la forme liée à 9cRA du LBD de RXR–. Ces trajectoires cMD serviront à la fois de point de départ aux simulations de dynamique moléculaire accélérée, mais aussi à calculer les paramètres E et – nécessaire pour déterminer le biais énergétique qui sera appli-

CHAPITRE 5. DYNAMIQUE CONFORMATIONNELLE DU LBD DE RXR– 105 qué à l’énergie potentielle et des angles dièdres à chaque pas d’intégration (voir Chapitre 2). L’ensemble des trajectoires cMD et aMD générés est résumé dans le tableau suivant :

Nres Natomes cMD aMD Vavg ‡ V ” V

forme libre du LBD de RXR– 238 31775 (6) 34537 (4) 10 x 10 ns 1µs (10 x 100 ns) 238 23 195

Forme liée (+9cRA)

du LBD de RXR– 232 23147 240 24 195

TABLE5.3 – Résumé des trajectoires aMD de la forme libre et la forme liée à 9cRA du LBD de RXR– avec Nres et Natomes, le nombre de résidu et d’atomes, respectivement, puis Vavg, ‡ V et ” V, la moyenne,

l’écart-type et le rang (maximum - minimum) du biais d’énergie V en kcal/mol, respectivement, sur

l’ensemble des trajectoires aMD.