Discrete breathers in nonlinear network models of proteins

We introduce a topology-based nonlinear network model of protein dynamics with the aim of investigating the interplay of spatial disorder and nonlinearity. We show that spontaneous localization of energy occurs generically and is a site-dependent process. Localized modes of nonlinear origin form spontaneously in the stiffest parts of the structure and display site-dependent activation energies. Our results provide a straightforward way for understanding the recently discovered link between protein local stiffness and enzymatic activity. They strongly suggest that nonlinear phenomena may play an important role in enzyme function, allowing for energy storage during the catalytic process.Comment: 4 pages, 5 figures. Minor change

Functional Dynamics of PDZ Binding Domains: A Normal Mode Analysis

PDZ (Post-synaptic density-95/discs large/zonula occludens-1) domains are relatively small (80 to 120 residues) protein binding modules central in the organization of receptor clusters and in the association of cellular proteins. Their main function is to bind C-terminals of selected proteins that are recognized through specific amino-acids in their carboxyl end. Binding is associated with a deformation of the PDZ native structure and is responsible for dynamical changes in regions not in direct contact with the target. We investigate how this deformation is related to the harmonic dynamics of the PDZ structure and show that one low-frequency collective normal mode, characterized by the concerted movements of different secondary structures, is involved in the binding process. Our results suggest that even minimal structural changes are responsible of communication between distant regions of the protein, in agreement with recent Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments. Thus PDZ domains are a very clear example of how collective normal modes are able to characterize the relation between function and dynamics of proteins, and to provide indications on the precursors of binding/unbonding events.Comment: 25 pages, 10 figures, submitted to Biophysical Journa

Localisation d'énergie dans les protéines

In order to show the energy localization process in proteins, we have developped a model based on non-linear Physics concepts. We have used an FPU potential with damping on the surface, which enables the birth of chaotic breathers in some enzymes. These breathers have an important length life, compared to system caracteristic time scales. They are localized on a single residue, and are always positioned in a rigid region of the protein. We could then establish a possible link between the catalytic function, structural local properties of enzymes and energy localizations. More precisely, the chaotic breather activation during enzymatic reaction in catalytic sites could allow for the protein to stock energy during long times.Afin de mettre en évidence le phénomène de localisation d'énergie dans les protéines, un modèle utilisant les concepts de la Physique non-linéaire a été développé. Il permet, via l'utilisation d'un potentiel de type FPU et d'une dissipation placée sur la surface, de faire apparaître des breathers chaotiques dans certaines enzymes. Ces breathers ont une durée de vie importante par rapport aux échelles de temps caractéristiques du système. Ils sont localisés sur un seul résidu, toujours situé dans une région rigide de la protéine. Cela nous a conduit à l'hypothèse d'un lien possible entre la fonction catalytique, les propriétés locales de structure des enzymes et les localisations d'énergie. Plus précisément, l'activation d'un breather chaotique lors d'une réaction enzymatique au niveau des sites catalytiques pourrait permettre à la protéine de stocker de l'énergie pendant de longues durées

Localisation d'énergie dans les protéines

Afin de mettre en évidence le phénomène de localisation d'énergie dans les protéines, un modèle utilisant les concepts de la Physique non-linéaire a été développé. Il permet, via l'utilisation d'un potentiel de type FPU et d'une dissipation placée sur la surface, de faire apparaître des breathers chaotiques dans certaines enzymes. Ces breathers ont une durée de vie importante par rapport aux échelles de temps caractéristiques du système. Ils sont localisés sur un seul résidu, toujours situé dans une région rigide de la protéine. Cela nous a conduit à l'hypothèse d'un lien possible entre la fonction catalytique, les propriétés locales de structure des enzymes et les localisations d'énergie. Plus précisément, l'activation d'un breather chaotique lors d'une réaction enzymatique au niveau des sites catalytiques pourrait permettre à la protéine de stocker de l'énergie pendant de longues durées.In order to show the energy localization process in proteins, we have developped a model based on non-linear Physics concepts. We have used an FPU potential with damping on the surface, which enables the birth of chaotic breathers in some enzymes. These breathers have an important length life, compared to system caracteristic time scales. They are localized on a single residue, and are always positioned in a rigid region of the protein. We could then establish a possible link between the catalytic function, structural local properties of enzymes and energy localizations. More precisely, the chaotic breather activation during enzymatic reaction in catalytic sites could allow for the protein to stock energy during long times.LYON-ENS Sciences (693872304) / SudocSudocFranceF

Le patrimoine génétique : une histoire de fil a coudre ?

Quand 101 chercheurs du monde de la science se mettent en tête de voir l'invisible... Ne doit-on croire que ce que l’on voit ? Et doit-on croire en la science ? Mais que voit la science ? Que voit-elle que l’on ne saurait voir ? Comment le voit-elle ? Que voit-elle dans les mécanismes les plus infimes de l’univers ? Que voit-elle en nous, dans notre machine biologique la plus intime ? Et pourquoi cherche-t-elle à voir toujours plus loin ? à la limite du perceptible ? Les bouleversements technologiques de notre époque ont modifié la nature même de notre perception du monde. Si la nature nous émerveille par ses moindres secrets, la médecine se fait plus précise et notre planète nous livre son évolution prochaine... Voir l’invisible, c’est accéder à la face cachée de l’univers, c’est mieux le comprendre pour mieux appréhender la place qu’on y occupe. Les enjeux sont immenses ! Dans ce livre richement illustré, une centaine de scientifiques se sont rassemblés, issus des laboratoires de recherche les plus en pointe. Ils viennent d’horizons aussi variés que la physique, la chimie, les sciences du vivant, la médecine, les sciences de l’environnement, l’astrophysique, les sciences de l’ingénieur, les arts ou l’archéologie. Chacun partage sa recherche et l’obsession qui l’anime : voir l’invisible. Cet ouvrage vous invite à un fabuleux voyage au cœur de la science et de la vie. Happés par des photos souvent à couper le souffle et toujours insolites, vous lirez (et relirez sans doute) des sujets qui vous passionneront et qui vous familiariseront à une autre vision. Votre regard sur le monde risque de changer, car on ne sort pas indemne d’une telle lecture

Identifying therapeutic candidates for endometriosis through a transcriptomics-based drug repositioning approach

Existing medical treatments for endometriosis-related pain are often ineffective, underscoring the need for new therapeutic strategies. In this study, we applied a computational drug repurposing pipeline to stratified and unstratified disease signatures based on endometrial gene expression data to identify potential therapeutics from existing drugs, based on expression reversal. Of 3,131 unique genes differentially expressed by at least one of six endometriosis signatures, only 308 (9.8%) were in common; however, 221 out of 299 drugs identified, (73.9%) were shared. We selected fenoprofen, an uncommonly prescribed NSAID that was the top therapeutic candidate for further investigation. When testing fenoprofen in an established rat model of endometriosis, fenoprofen successfully alleviated endometriosis-associated vaginal hyperalgesia, a surrogate marker for endometriosis-related pain. These findings validate fenoprofen as a therapeutic that could be utilized more frequently for endometriosis and suggest the utility of the aforementioned computational drug repurposing approach for endometriosis