Conformational Ensemble Generation via Constraint-based Rigid-body Dynamics Guided by the Elastic Network Model

Conformational selection is the idea that proteins traverse positions on the conformational space represented by their potential energy landscape, and in particular positions considered as local energy minima. Conformational selection a useful concept in ligand binding studies and in exploring the behavior of protein structures within that energy landscape. Often, research that explores protein function requires the generation of conformational ensembles, or collections of protein conformations from a single structure. We describe a method of conformational ensemble generation that uses joint-constrained rigid-body dynamics (an approach that allows for explicit consideration of rigidity) and the elastic network model (providing structurally derived directional guides for the rigid-body model). We test our model on a selection of unbound proteins and examine the structural validity of the resulting ensembles, as well as the ability of such an approach to generate conformations with structural overlaps close to the ligand-bound versions of the proteins

Facettes de glycobioinformatique (applications à l'étude des interactions protéines-sucres)

Le travail décrit dans ce manuscrit rassemble les résultats obtenus au cours de ma thèse de doctorat. Ils s'inscrivent dans le domaine de la glycobioinformatique. Ils ont impliqué des développements de bases de données structurales et des applications en modélisation moléculaire des interactions protéines-sucres. Les méthodes de modélisation moléculaire ont été utilisées dans la reconstruction et dans la prédiction des structures tridimensionnelles de polysaccharides et d'oligosaccharides, ces dernières étant également établies par une approche de type haut-débit par application d'un algorithme génétique à des fins de minimisation énergétique. Les données ainsi générées ont été organisées sous la forme de bases de données relationnelles, proprement annotées (PolySca3DB et BiOligo) qui sont en libre accès pour consultation sur internet. Ces méthodes de modélisation moléculaire ont été appliquées à la caractérisation, par RMN en solution, des conformations de basse énergie d'une souche pathogène d'un polysaccharide de la bactérie E. coli. D'autres bactéries pathogènes de type gram négatif, interagissent avec des oligosaccharides par l'intermédiaire de protéines secrétées, telles que des lectines. Nous avons testé, au travers de l'utilisation de méthodes d'amarrage moléculaire, la possibilité d'identifier de manière automatique, la nature de ces interactions, en prenant comme cibles des épitopes oligosaccharidiques fucosylés. Les résultats de ces recherches ont été comparés, de manière critique, à ceux issus de l'application de bio-puces à sucres et de calorimétrie isotherme de titration. Les conclusions et perspectives de ces travaux sont présentées dans un article de revue consacré à l'application des méthodes de chimie computationnelle dans l'étude des interactions protéines-glucides qui viennent compléter l'arsenal des outils dédiés au champs de recherche couvert par la glycobiologie structurale et moléculaire.This thesis presents an account of two important facets of glycobioinformatics, comprising database development and molecular modeling of 3D structures of carbohydrates alongside the simulation of protein-carbohydrate interactions. Classical molecular modeling techniques were used to reconstruct 3D polysaccharide structures from experimentally determined atomic coordinates, or known starting points about their structures were used as guidelines to model them. A genetic algorithm search was employed as a high-throughput technique to characterize low energy conformers of bioactive oligosaccharides. The data generated were organized into two open-access relational databases, namely, PolySac3DB and BiOligo, for use by the scientific community. The validation of the molecular techniques used were performed using solution phase NMR experiments on four entero aggregative pathogenic E. coli strains, and were found to be robust and realistic. Further, the impact of the presentation of human fucosylated oligosaccharide epitopes to lectins from opportunistic gram negative bacteria, was investigated in a screening study using molecular docking studies, which could help in evaluating the feasibility of using automated docking procedures in such instances as well as deciphering binding data from glycan array experiments and also correlated to isothermal calorimetry data. On comparison with high-resolution experimental crystal complexes, automated docking was found to delineate the present level of applicability, while emphasizing the need of constant monitoring and possible filtering of the results obtained. Finally, a review of the present status of the computational aspects of protein-carbohydrate interaction studies is discussed in the perspectives of using molecular modeling and simulation studies to probe this aspect of molecular and structural glycobiology.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF