La strat´ egie employ´ ee

Les informations disponibles pour mod´eliser la cible 34 : Lors de la 4<sup>`eme</sup> ´edition de CAPRI, une grande vari´et´e de nouveaux complexes `a assembler a ´et´e propos´ee. Cette ´edition suit l’impulsion de l’´edition pr´ec´edente en ne proposant pas seulement les “classiques” complexes anticorps-antig`ene et prot´ease-inhibiteur mais des complexes beaucoup plus vari´es refl´etant ainsi

l’int´erˆet des cristallographes pour les nouveaux syst`emes mol´eculaires (Janin, 2007). Le choix de la cible 34 ne fait pas exception puisqu’il s’agit du complexe entre une prot´eine et une mol´ecule d’ARN : ce type de complexe n’avait encore jamais ´et´e pr´esent´e dans le challenge CAPRI.

Pour mod´eliser ce complexe, nous avions `a notre disposition la structure cristallographique de la mol´ecule d’ARN sous sa forme li´ee. Par contre, nous n’avions pas la structure de la prot´eine associ´ee. Il a donc fallu, dans un premier temps, mod´eliser cette prot´eine `a partir de la structure d’une prot´eine homologue fournie par les organisateurs du challenge CAPRI. Aucune ´etude structurale sur le complexe `a mod´eliser n’avait ´et´e publi´ee, la seule r´ef´erence que nous avions ´

etait celle de la prot´eine homologue. Cette publication pr´esentait la prot´eine homologue associ´ee `

a un mod`ele de mol´ecule d’ARN. Cet assemblage a permis d’identifier le site de fixation de l’ARN au niveau de la prot´eine. En ce qui concerne la mol´ecule d’ARN, des travaux exp´erimentaux sur l’interaction de celle-ci avec la prot´eine que nous avions `a mod´eliser ont permis d’identifier certaines bases impliqu´ees dans l’interaction. Ces informations ont donc ensuite ´et´e utilis´ees comme filtre pour choisir les solutions potentielles.

Mod´elisation par homologie de la prot´eine : Pour nous aider `a mod´eliser la prot´eine r´eceptrice `a partir de la structure de son homologue, un alignement structural ´etait fourni. Nous avons pris le parti de faire notre propre alignement car l’alignement structural propos´e coupait certaines structures secondaires, ce qui nous paraissait peu recommand´e. Ce nouvel alignement avait un pourcentage d’identit´e et de similarit´e sup´erieur `a celui de l’alignement structural (respectivement 27,3% d’identit´e et 42% de similarit´e contre 24,1% et 39,5%). Ces r´esultats ont ´

et´e obtenus avec la matrice d’alignement BLOSUM62. A partir de cet alignement nous avons utilis´e le programme MODELLER (Fiser et Sali, 2003) pour cr´eer le mod`ele par homologie. Les r´esidus manquants ont ´et´e rajout´es `a partir d’extraits de s´equences issus de la PDB. Enfin, les parties ajout´ees ont ´et´e minimis´ees grˆace `a 5000 pas de gradient conjugu´e (le reste de la prot´eine restant fixe). Puis l’ensemble de la structure a ´et´e relax´ee par une minimisation de 6400 pas de gradient conjugu´e en utilisant le champ de forces CHARMM (Brooks et al., 1983).

Docking des partenaires : Le programme utilis´e pour cr´eer notre assemblage est le pro-gramme HEX (Ritchie et Kemp, 2000). Celui-ci permet de repr´esenter la surface des prot´eines en approximant cette derni`ere `a partir d’harmoniques sph´eriques. Nous avons “dock´e” la struc-ture de l’ARN et de notre mod`ele de prot´eine en prenant, dans un premier temps, le centre de gravit´e de chaque partenaire comme centre de rotation/translation. Pour cela, nous avons d’abord effectu´e une premi`ere recherche gros grains restreinte `a 45˚× 45˚ pour les deux par-tenaires avec N=25. Nous avons ensuite s´electionn´e la 5<sup>`eme</sup> solution de ce premier filtrage par rapport aux informations obtenues dans la litt´erature. Cette solution 5 fut ensuite utilis´ee comme orientation de d´epart pour une recherche plus fine en utilisant la m´ethode 6D (Ritchie et al., 2008) caract´eris´ee par un pas de recherche beaucoup plus fin (0,5 ˚A) et des degr´es de recherche de 45 × 180. Les 9 premiers r´esultats donn´es par HEX ainsi que l’orientation de d´epart furent soumis comme les pr´edictions du groupe D. Ritchie `a CAPRI. Les 14 meilleurs r´esultats obtenus avec HEX ont ensuite ´et´e raffin´es par dynamique mol´eculaire ou Monte-Carlo.

Simulations par Monte-Carlo : La proc´edure de Monte-Carlo mise en place est constitu´ee de deux ´etapes :

1. Une minimisation par ´echantillonnage des mouvements conformationnels a ´et´e r´ealis´ee. Celle-ci correspond `a des mouvements al´eatoires de rotation et de translation des deux partenaires, suivis par des mouvements des chaˆınes lat´erales des r´esidus et des acides nucl´eiques. Les mouvements locaux des chaˆınes lat´erales ont ´et´e mod´elis´es en utilisant une biblioth`eque de rotam`eres. Les mouvements globaux des deux partenaires ont ´et´e contraints `

a 0,2 ˚A pour la translation et de 5 `a 10 degr´es pour la rotation. 2. Chaque r´esultat a ensuite ´et´e reclass´e grˆace `a une fonction de score.

L’´equation de la fonction de score est :

∆G_association= ∆E_el+vdw+ ∆G_el,solv+ ∆G_np,solv

o`u ∆E<sub>el+vdw</sub> est l’´energie interne du syst`eme (van der Waals + ´electrostatique) calcul´ee par CHARMM, ∆Gel,solv est la contribution ´electrostatique de l’´energie de solvatation calcul´ee par APBS en r´esolvant l’´equation de Poisson-Boltzmann et ∆G_np,solv est la variation de surface accessible au solvant calcul´ee par CHARMM. Le champ de forces utilis´e est CHARMM27.

Pour le challenge CAPRI, les simulations ´etaient conduites sur 200 it´erations. Cependant, la configuration la mieux class´ee a souvent ´et´e obtenue apr`es la premi`ere it´eration, `a l’exception du r´esultat n˚10 de HEX, car les mouvements conformationnels ont ´et´e assez faibles. Les 10 mod`eles reclass´es par la proc´edure de Monte-Carlo ont ´et´e soumis comme les pr´edictions du groupe de Fabrice Leclerc.

Simulations par dynamique mol´eculaire : Pour am´eliorer la rapidit´e d’ex´ecution, nous avons cr´e´e un “Plug’in” au logiciel VMD (Humphrey et al., 1996) permettant de prendre di-rectement un fichier solution de HEX 5.1 et de cr´eer une boˆıte d’eau `a partir de celui-ci. Les mol´ecules d’eau utilis´ees sont du type TIP3P. Des ions Na<sup>+</sup> et Cl<sup>-</sup> sont ajout´es automatique-ment pour atteindre la neutralit´e de l’ensemble. Le protocole est ensuite le mˆeme que celui utilis´e pour mod´eliser le complexe entre le domaine PDZ d’Erbin et le domaine MH2 de Smad3 ; le programme de dynamique mol´eculaire utilis´e est NAMD (Phillips et al., 2005) avec le champ de force CHARMM27 (MacKerell et al., 2000). La temp´erature et la pression ont ´et´e main-tenues respectivement `a 300 Kelvins et 1 atmosph`ere (´equations de Langevin). Les ´equations de mouvement furent int´egr´ees avec un pas de 1 fs en utilisant r-RESPA (Tuckerman et al., 1992). Les interactions ´electrostatiques `a longue distance sont trait´ees en utilisant l’algorithme Smooth Particle Mesh Ewald avec une distance limite de 11 ˚A. De plus, nous avons contraint la structure de l’ARN `a rester fixe puisqu’il s’agissait de la forme cristallis´ee. A l’inverse, la prot´eine et l’environnement (mol´ecules d’eau et ions) n’ont subi aucune contrainte. Nous avons conduit une dynamique mol´eculaire de 0,5 ns pour les 14 meilleurs r´esultats de HEX et nous avons s´electionn´e le dernier pas de chaque dynamique comme solution. Nous avons ensuite class´e ces solutions en fonction de leur ´energie potentielle d’interaction.

Fonction de score utilis´ee : Il s’agit seulement de classer les solutions en fonction de l’´energie d’interaction entre la prot´eine et la mol´ecule d’ARN. Cette ´energie est calcul´ee de la mˆeme

mani`ere que celle calcul´ee pour mettre en ´evidence les r´esidus en interaction pour le complexe Erbin/Smad3. Il s’agit de l’´energie potentielle d’interaction (i.e. ´energie ´electrostatique+´energie de Van der Waals) calcul´ee par le programme NAMD grˆace au champ de forces CHARMM27. En pratique, nous avons utilis´e le plug’in NAMD Energy<sup>18</sup> pour cibler la zone d’interaction et d´efinir les param`etres d’entr´ee. Nous avons reclass´e les 14 r´esultats de HEX et avons s´electionn´e les 10 mod`eles ayant les ´energies d’interaction les plus basses comme les pr´edictions de notre groupe (groupe B. Maigret) `a CAPRI.