Stéphanie BAUD, Nicolas BELLOY Manuel DAUCHEZ Laboratoire SirMa

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1 Étude In Silico d’ELPs : mise en évidence de la relation structure/activation de l’EBP.
Stéphanie BAUD, Nicolas BELLOY Manuel DAUCHEZ Laboratoire SirMa CNRS UMR 6237 Medyc IFR 53 Biomolécules Université de Reims-Champagne-Ardenne Cite collaboration with experimental group : Fred Keeley

2 Quelques définitions Protéine (Protos = premier) Acide aminé
Macromolécule constituée par une ou plusieurs chaînes d‘acides aminés. Les différentes protéines ont toutes des fonctions différentes et très spécifiques; elles peuvent fabriquer (les cheveux, les ongles), digérer (enzymes de l'estomac), détoxifier les poisons ou aider à combattre les maladies. Acide aminé Les acides aminés sont constitués d'azote, de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Certains contiennent également du soufre et du phosphore. Il existe 20 acides amines differents. Chaque acide amine comporte une foncion amine (NH2), une fonction acide (COOH), ainsi qu’une chaine laterale attachee au carbonne alpha. with the 3 types of protein being fibrous, globular and conjugated proteins.

3 Structure des Protéines
a-helix Structure primaire = Succession linéaire des acides aminés (ou résidus) constituant la protéine Structure secondaire = Décrit le repliement local de la chaîne principale d'une protéine. b-sheet Structure tertiaire = Repliement de la chaîne polypeptidique dans l'espace. (structure 3D). La structure 3D d'une protéine est intimement liée à sa fonction. Protein molecules are linear chains of amino acids that typically assume a specific three-dimensional structure in which they perform their biological function. The study of protein tertiary structure is known as structural biology. Structure quarternaire = arrangement of multiple folded protein molecules in a multi-subunit complex.

4 Structure des Protéines
Diagramme de Ramachandran Conformational analysis.

5 Elastine et Matrice Extracellulaire (MEC)
La MEC est l’ensemble des macromolécules extracellulaires du tissu conjonctif. soutien structural, adhérence, mouvement et régulation de la cellule. Dégradation de l’élastine : libération de peptides d’élastine à activité biologique. Implication dans des pathologies.

6 Position de la problématique
Tester la stabilité du complexe VGAPGV+EBP en utilisant la dynamique moléculaire. Considérer une large gamme de peptides, et tenter de lier leur structure intrinsèque à leur activité. Peptide VGVAPG docké sur l’ EBP.

7 Choix des peptides. + + - ELASTINE + - - - LAMININE + FIBRILLINE 1 +
PGAIPG + GVAPGV VAPGVG APGVGV PGVGVA GVGVAP + - Permutation circulaire ELASTINE VGVAPG + - - - LAMININE + LGTIPG In addition to the periodicity (hydrophobe-hydrophillic), great periodicity in the sequnence of hydrophobic exons. Au total, 10 hexapeptides sont considérés au cours de cette étude. FIBRILLINE 1 EGFEPG + GALECTINE 3 PGAYPG ?

8 Les simulations de Dynamique Moléculaire
Contributions liantes Contributions non liantes ENERGIE POTENTIELLE Chaque atome de la molécule est considéré comme une masse ponctuelle dont le mouvement est déterminé par l'ensemble des forces exercées sur lui par les autres atomes en fonction du temps. . échelle de temps atomique:1 femtosec(10-15s) Les forces exercées sont considérées comme constantes. La molécule est donc perçue comme une entité dynamique dont les atomes modifient leurs positions spatiales au cours du temps.

9 Les simulations de Dynamique Moléculaire
La dynamique moléculaire : étude de la trajectoire d'une molécule en appliquant les lois de la mécanique classique newtonienne = simuler les mouvements atomiques au cours du temps. Contrôle de la température Énergie Potentielle Énergie cinétique  vitesses Chaque atome de la molécule est considéré comme une masse ponctuelle dont le mouvement est déterminé par l'ensemble des forces exercées sur lui par les autres atomes en fonction du temps. . échelle de temps atomique:1 femtosec(10-15s) Les forces exercées sont considérées comme constantes. La molécule est donc perçue comme une entité dynamique dont les atomes modifient leurs positions spatiales au cours du temps. Positions

10 Mise en place des simulations
GROMACS MD Simulation Package Simulations NPT (T=300 K) Boites périodiques: 40Å40Å40Å Molécules d’eau traitées explicitement 18000 atoms for GVAGVA Configuration de départ de LGTIPG, PGAIPG et VGVAPG. 6500 atomes Simulations d’une durée de 200ns chacune.

11 Exemples de trajectoires
APGVGV EGFEPG PGAIPG

12 Analyse de la longueur des peptides

13 Distributions des longueurs des peptides
Il semble difficile de départager clairement deux ou trois groupes de peptides.

14 Analyse des coudes b Les deux peptides actifs ne semblent pas être les plus flexibles.

15 Analyse des coudes b coude % type APGVGV 28.4 II + IV PGAIPG 34.5 IV
33.5 25.7 IV + VIII 40.7 0.0 - EGFEPG 9.7 PGAYPG 24.9 4.0 26.9 GVAPGV PGVGVA 23.3 26.1 15.2 GVGVAP 27.2 VAPGVG 14.3 32.7 8.6 29.7 LGTIPG 51.5 VGVAPG 20.1 16.2 10.3

16 Analyse des coudes b Un peptide est actif si :
 Il n’est pas trop flexible (= possibilité de former 3 coudes b)  Sa séquence lui permet de former un coude b entre le premier et le quatrième résidu.  Sa séquence lui permet de former un coude b de type VIII en deuxième (première) position.  Motif GXXP

17 Découpage des trajectoires – Familles de structures
Regroupement sur la base des positions des Ca. Sequence # de clusters APGVGV 26 EGFEPG 10 GVAPGV 11 GVGVAP 23 LGTIPG PGAIPG 12 PGAYPG PGVGVA 30 VAPGVG 13 VGVAPG

18 Comparaison avec VGVAPG docké
GVAPGV GVGVAP EGFEPG LGTIPG APGVGV PGAIPG VGVAPG VAPGVG PGAYPG PGVGVA

19 Comparaison avec VGVAPG docké
Séparation marquée des ”familles ”.

20 Conclusions Mise en évidence d’un lien entre structure intrinsèque du peptide et activité induite sur l’EBP : Le peptide ne doit pas être trop flexible. La présence d’un coude b en première position semble nécessaire et l’importance du motif GXXP est soulignée. Perspectives Validations de nos hypothèses via des expériences de docking et de dynamique moléculaire avec l’EBP. Vérification expérimentale avec PGAYPG

21 Dynamique moleculaire

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23 Contrôle des paramètres
Température moyenne stable. Les oscillations de  5 K autour de la moyenne peuvent être considérées comme raisonnables compte tenu de la taille du système. Vérification de la stabilité des systèmes en température. Pas d’anomalie du point de vue des variations temporelles des énergies potentielles. Variation de l’énergie potentielle au cours du temps.

24 Identification de la structure secondaire locale
Analyse détaillée de la structure locale de la chaîne principale des peptides. Evaluation du degré d’hydratation de la chaîne principale. programme DSSP (1) Hiérarchie utilisée : hélice 4 hélice 3 hélice 5 coude 2 coude 3 coude 4 coude 5 ladder bridge coude 1 coude 6 coude 7 polyproline II (ppII) bend -95° < f < -55° 125° < y < 165° Dictionary of Protein Secondary Structure (1) Kabsch, W. and Sander, C. (1983) Biopolymers

25 Diagrammes de Ramachandran
La ‘signature’ des résidus varie selon leur environnement.

26 Identification de la structure secondaire locale
Différences marquées en terme de PPII et coudes b.

27 Les acides aminés Le corps humain a besoin de 20 acides aminés pour fabriquer (ou synthétiser) ses milliers de protéines.

28 Analyse des coudes b  Observation des 3 coudes b
 APGVGV, GVGVAP et PGVGVA. Coude b en première position  EGFEPG, GVAPGV, LGTIPG, PGAIPG, PGAYPG et VGVAPG. Présence de coude b de type VIII en seconde position  EGFEPG, GVAPGV (première), LGTIPG, PGAIPG, PGAYPG et VGVAPG.

29 Comparaison avec VGVAPG docké

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