CHMI 4206F - Automne 20101 CHMI 4206 Bioinformatique appliquée Prof: Eric R. Gauthier, Ph.D. Département de chimie et biochimie Université Laurentienne.

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1 CHMI 4206F - Automne 20101 CHMI 4206 Bioinformatique appliquée Prof: Eric R. Gauthier, Ph.D. Département de chimie et biochimie Université Laurentienne Protéomique 2 - Bioinformatique: Motifs de séquence

2 CHMI 4206F - Automne 20102 Bioinformatique Applications à la protéomique Différents outils de bioinformatique sont disponibles pour déterminer différentes caractéristiques de la protéine d’intérêt: Propriétés physiques générales (p.ex. Mr, pI, composition en acides aminés); Sites de digestion par des protéases; Modifications post-traductionnelles (p.ex. phosphoprylation, glycosylation); Présence de motifs de séquence particuliers (p.ex. importation dans la mitochondrie, activité enzymatique, liaison de biomolécules, domaines transmembranaires) Détermination de la structure secondaire et tertiaire.

3 CHMI 4206F - Automne 20103 Bioinformatique Applications à la protéomique Note importante: l’utilisation de logiciels/algorithmes dans l’identification de motifs de séquences constitue un bon point de départ. Cependant, il ne s’agit pas d’une preuve que ces motifs sont fonctionnels dans le contexte d’une organisme vivant. L’importance relative d’un motif de séquence particulier peut être facilement déterminée: En obtenant le même résultat lorsque des algorithmes différents sont utilisés; Par la comparaison de séquence de la protéine d’intérêt chez plusieurs espèces (e.g. analyse ClustalW). Si la séquence est conservée même lorsqu’on compare des espèces éloignées au point de vue évolutif, les chances que ce motif est important sont bonnes. La preuve ultime de l’importance fonctionnelle d’un motif de séquence demeure l’expérimentation: Détermination de la phosphorylation d’un acide aminé présent dans le motif; Absence de modification post-traductionnelle lorsque l’acide aminé ciblé est changé pour un autre qui ne peut pas subir cette modification (e.g. changer Ser pour Ala qui ne peut pas être phosphorylé); Localisation intracellulaire (p.ex. par microscopie).

4 CHMI 4206F - Automne 20104 Bioinformatique Applications à la protéomique Portails principaux: Sites généraux: Expasy: http://ca.expasy.org/http://ca.expasy.org/ PredictProtein: http://www.sdsc.edu/predictprotein/http://www.sdsc.edu/predictprotein/ InterProScan: http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/http://www.ebi.ac.uk/InterProScan/ Identification de motifs de séquence/domaines protéiques: DomPred: http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/dompred/http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/dompred/ ELM: http://elm.eu.org/http://elm.eu.org/ ProtScale (domaines transmembranaires): http://www.expasy.org/cgi- bin/protscale.plhttp://www.expasy.org/cgi- bin/protscale.pl Scansite: http://scansite.mit.edu/http://scansite.mit.edu/ TMHMM (domaines transmembranaires): http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/ http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/

5 CHMI 4206F - Automne 20105 Serveur Expasy

6 CHMI 4206F - Automne 20106 Serveur Expasy 1. Propriétés physico-chimiques Plusieurs propriétés peuvent être prédites/déterminées: Masse moléculaire pI Composition en acides aminés Coefficient d’extinction molaire

7 CHMI 4206F - Automne 20107 Serveur Expasy 1. Propriétés physico-chimiques Exemple: GADD153

8 CHMI 4206F - Automne 20108 Serveur Expasy 1. Propriétés physico-chimiques Exemple: GADD153

9 CHMI 4206F - Automne 20109 Serveur Expasy 2. Motifs de séquence/domaines

10 CHMI 4206F - Automne 201010 Exemple p70S6 kinase de souris >p70S6 kinase mrrrrrrdgfylapdfrhreaedmagvfdidldqpedagsedelekggqlnesmdhgg vgpyelgmehcekfeisetsvnrgpekirpecfellrvlgkggygkvfqvrkvtgantgkif amkvlkkamivrnakdtahtkaernileevkhpfivdliyafqtggklylileylsggel fmqleregifmedtacfylaeismalghlhqkgiiyrdlkpenimlnhqghvkltdfglc kesihdgtvthtfcgtieymapeilmrsghnravdwwslgalmydmltgappftgenrk k tidkilkcklnlppyltqeardllkkllkrnaasrlgagpgdagevqahpffrhinweel larkveppfkpllqseedvsqfdskftrqtpvdspddstlsesanqvflgftyvapsvle svkekfsfepkirsprrfigsprtpvspvkfspgdfwgrgasastanpqtpveypmetsg ieqmdvtvsgeasaplpirqpnsgpykkqafpmiskrpehlrmnl

11 CHMI 4206F - Automne 201011 Serveur Expasy Interproscan Domaines protéiques: Régions de la protéine qui se replient de manière indépendante du reste de la molécule Généralement le siège d’une propriété fonctionnelle de la protéine (site actif, site de liaison, etc) Interproscan permet d’identifier des domaines protéiques à partir de la structure primaire; Compare la séquence avec celles déjà présentes dans Interpro, une base de donnée de domaines protéiques. Des résultats similaires peuvent être obtenus en utilisant ScanProcite. ScanProcite donnera en plus les séquence en acides aminés jouant un rôle important dans la fonction de la protéine.

12 CHMI 4206F - Automne 201012 Serveur Expasy Interproscan Détails sur le domaine tel que répertorié dans Interpro.

13 CHMI 4206F - Automne 201013 Serveur Expasy ScanProcite

14 CHMI 4206F - Automne 201014 Serveur Expasy ScanProcite

15 CHMI 4206F - Automne 201015 Serveur Expasy ELM ELM = Eukaryotic Linear Motif Resource; Permet d’identifier des séquence pouvant jour un rôle fonctionnel important: Sites de modifications post-traductionnelles Domaines d’interaction protéine-protéine Séquence de localisation intracellulaire

16 CHMI 4206F - Automne 201016 Serveur Expasy ELM Séquences- cibles de protéolyse Motifs de liaison Motifs de modifications post- traductionnelles Motifs de ciblage intracellulaire

17 CHMI 4206F - Automne 201017 Serveur Expasy Procite Scan Identifie des motifs de séquence en acides aminés suggérant certaines modifications post- traductionnelles;

18 CHMI 4206F - Automne 201018 Serveur Expasy Procite Scan

19 CHMI 4206F - Automne 201019 Exemple p70S6 kinase de souris

20 CHMI 4206F - Automne 201020 Exemple p70S6 kinase de souris Caseine kinase site

21 CHMI 4206F - Automne 201021 Serveur Expasy Modifications post-traductionnelles Localisation intracellulaire Glycosylation 1)Phosphorylation 2)Ajout de lipides 3)Sumoylation

22 CHMI 4206F - Automne 201022 Serveur Expasy Prédiction de structure protéique

23 CHMI 4206F - Automne 201023 Serveur Expasy PredictProtein – Domaines transmembranaires Exemple: EGFR

24 CHMI 4206F - Automne 201024 ProtScale Domaines transmembranaires

25 CHMI 4206F - Automne 201025 ProtScale Domaines transmembranaires

26 CHMI 4206F - Automne 201026 Exemple Récepteur acétylcholine vs ERFG Récepteur acétylcholine: NM_000747 EGFR: NM_005228

27 CHMI 4206F - Automne 201027 Serveur Expasy PSORT – c-jun ( NP_034721 ) NP_034721 C-jun facteur de transcription Existe dans le cytoplasme et le noyau Possède un domaine de dimérisation: leucine zipper Possède un domaine de localisation nucléaire Possède un domaine de liaison d’ADN: bZIP

28 CHMI 4206F - Automne 201028 Serveur Expasy PSORT – c-jun

29 CHMI 4206F - Automne 201029 Serveur Expasy Prédiction de structure protéique

30 CHMI 4206F - Automne 201030 Serveur Expasy 2ZIP = Prédiction de leucine zippers Leucine zipper

31 CHMI 4206F - Automne 201031 Serveur Expasy Helix Wheel: Visualisation d’hélices-  Exemple: c-jun Hydrophobe Hydrophile

32 CHMI 4206F - Automne 201032 Serveur Expasy PestFind: identification de protéines instables Domaine PEST: Riche en proline (P), glutamate (E), sérine (S) et thréonine (T); Dénué de Lys/Arg Surtout rencontré dans les protéines à courte demi-vie (donc instables)

33 CHMI 4206F - Automne 201033 Serveur Expasy PestFind: identification de protéines instables

34 CHMI 4206F - Automne 201034 Scansite http://scansite.mit.edu/

35 CHMI 4206F - Automne 201035

36 CHMI 4206F - Automne 201036 Scansite Recherche de protéines partageant un motif particulier – « Search database for sequence pattern » MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY, Sept. 1997, p. 5648–5655 Vol. 17, No. 9

37 CHMI 4206F - Automne 201037 Scansite Recherche de protéines partageant un motif particulier – « Search database for sequence pattern »

38 CHMI 4206F - Automne 201038 Scansite Recherche de protéines partageant un motif particulier – « Search database for sequence pattern »

39 CHMI 4206F - Automne 201039 Scansite Recherche de protéines partageant un motif particulier – « Search database for sequence pattern »

40 CHMI 4206F - Automne 201040 Scansite Recherche de protéines partageant un motif particulier – « Search database for sequence pattern »

41 CHMI 4206F - Automne 201041 Serveur Expasy Prédiction de la structure secondaire

42 CHMI 4206F - Automne 201042 Serveur Expasy Prédiction de la structure secondaire

43 CHMI 4206F - Automne 201043 Serveur Expasy Prédiction de la structure secondaire – p70S6K