Bioinformatique et Biologie Structurale I/ – Principes et techniques A/ Linformation structurale B/ Les différentes techniques de détermination de structure.

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1 Bioinformatique et Biologie Structurale I/ – Principes et techniques A/ Linformation structurale B/ Les différentes techniques de détermination de structure C/ Les nouveaux challenges de la biologie structurale II/ – Application à létude denzymes dintérêt médical A/ Un bref aperçu de ce que lon appelle « Drug design » B/ Recherche dinhibiteurs daminopeptidases de Streptocoques C/ Relations structure-fonction dhélicases impliquées dans les cancers

2 Bioinformatique et Biologie Structurale I/ – Principes et techniques A/ Linformation structurale B/ Les différentes techniques de détermination de structure 1 - Objets et techniques 2 - Radiocristallographie 3 - RMN 4 - Modélisation (par homologie)

3 1 - Objets et techniques

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5 2 - Radiocristallographie

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7 Figure 2 Different protein crystals obtained by the hanging drop method Figure 1 Diagram of hanging drop method. Reservoir solution (blue) usually contains buffer and precipitant. Protein solution (red) contains the same compounds, but in lower concentrations. Figure 3 A schematic phase diagram showing the solubility of a protein in solution as a function of the concentration of the precipitant present Cristallisation des protéines Diagramme des phases

8 Robot de cristallisation Pièce thermostatée Matériel de base

9 Source de rayons X (monochromatique) Diffraction des rayons X par un cristal de protéine

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12 Synchrotron ESRF - Grenoble

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15 Dispositif expérimental – Cristal, source et détecteur

16 Image de niveau 2 … ininterprétable mais exploitable Numérisation Fichier binaire Bruit de fond

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20 Modélisation de la structure dans la Densité Électronique

21 Modélisation de la structure dans la Densité Électronique Ordinateurs graphiques Puissance de calcul Stéréo Modélisation moléculaire Règles de stéréochimie Logiciels graphiques O, Turbo Frodo, Quanta, AutoSharp, …

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26 A léchelle à laquelle on travaille la molécule occuperait plusieurs étages !

27 3 - RMN

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30 On mesure les « déplacements chimiques » des noyaux avec un nombre de spin = 1/2 : Spectre RMN noyaux 1 H, 13 C, 15 N, 19 F, 31 P STRUCTURE EN SOLUTION

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34 Acquisition imageAnalyse Résultat interprétable - Modèle Appareillage Détecteur Humain Données brutes Fichier(s) OrdinateursLogicielsHumains Une ou plusieurs étapes Données qualitatives et quantitatives Qualité du modèle Qualité du modèle : Incertitude et crédibilité associées dépendant de la qualité et de la résolution de l'image initiale (elle-même dépendant de la démarche expérimentale choisie, de la précision de l'appareil d'acquisition et de l'algorithme d'analyse) Résolution de structure - Méthodes expérimentales

35 4 - Modélisation (par homologie)

36 Hier, connaissant la fonction d'une protéine, on cherchait la séquence d'acides aminés Aujourd'hui, on a déchiffré des milliers de séquences dont il reste à découvrir la fonction. Cette démarche fait gagner un temps considérable. En quelques années, un changement de paradigme s'est opéré Différents outils permettent de faire des recherches de similarité Nombre de protéines sont très ressemblantes d'une espèce à l'autre. En clair, il s'agit de comparer une séquence inconnue à celles d'autres protéines dont on connaît la fonction, la forme et même les modifications, pour trouver des similarités, c'est-à- dire des régions ou des domaines conservés. Toutes ces informations aideront le chercheur à poser des hypothèses concernant la fonction voire la structure de cette protéine. Cela fait, il faut vérifier ces hypothèses de manière expérimentale

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38 Cluster dédié à la modélisation

39 Plus le nombre de structures modèles disponibles est important, plus le pourcentage didentité de séquence (moyenne) est élevé et plus crédible est le modèle structural obtenu. Mais cet idéal nest pas toujours atteint! On travaille souvent avec une seule structure modèle Crédibilité : Id seq > 30% Un seul critère :Qualité de lalignement de séquences Un programme performant : MODELLER (A. Sali ; Ver 8.1) http://salilab.org/modeller/

40 Vérification de la structure

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42 Docking Lobjet modélisé nest plus la protéine mais le ligand dans le site actif ou un site de fixation - Dock - AutoDock