Dynamique des structures protéiques et son impact sur les comportements structuraux locaux

Abstract

Protein structures are highly dynamic in nature contrary to their depiction in crystal structures. A major component of structural dynamics is the inherent protein flexibility. The prime objective of this thesis is to understand the role of the inherent dynamics in protein structures and its propagation. Protein flexibility is analyzed at various levels of structural complexity, from primary to quaternary levels of organization. Each of the first five chapters’ deal with a different level of local structural organization with first chapter dealing with classical secondary structures while the second one analysis the same using a structural alphabet - Protein Blocks. The third chapter focuses on the impact of special physiological events like post-translational modifications and disorder to order transitions on protein flexibility. These three chapters indicate towards a context dependent implementation of structural flexibility in their local environment. In subsequent chapters, more complex structures are taken under investigation. Chapter 4 deals with integrin αIIbβ3 that is involved in rare genetic disorders. Impact of the pathological mutations on the local flexibility is studied in two rigid domains of integrin αIIbβ3 ectodomain. Inherent flexibility in these domains is shown to modulate the impact of mutations towards the loops. Chapter 5 deals with the structural modelling and dynamics of a more complex protein structure of Duffy Antigen Chemokine Receptor embedded in an erythrocyte mimic membrane system. The model is supported by the most comprehensive phylogenetic analysis on chemokine receptors till date as explained in the last chapter of the thesis.Les structures protéiques sont de nature hautement dynamique contrairement à leur représentation dans les structures cristallines. Une composante majeure de la dynamique structurelle est la flexibilité des protéines inhérentes. L'objectif principal de cette thèse est de comprendre le rôle de la dynamique inhérente dans les structures protéiques et leur propagation. La flexibilité des protéines est analysée à différents niveaux de complexité structurelle, du niveau d'organisation primaire au niveau quaternaire. Chacun des cinq premiers chapitres traite un niveau différent d'organisation structurelle locale avec le premier chapitre traitant des structures secondaires classiques tandis que le second analyse la même chose en utilisant un alphabet structurel - les blocs protéiques. Le troisième chapitre se concentre sur l'impact d'événements physiologiques spéciaux comme les modifications post-traductionnelles et le désordre sur les transitions d'ordre sur la flexibilité des protéines. Ces trois chapitres indiquent une mise en œuvre dépendante du contexte de la flexibilité structurelle dans leur environnement local. Dans les chapitres suivants, des structures plus complexes sont prises en compte. Le chapitre 4 traite de l'intégrine αIIbβ3 impliquée dans des troubles génétiques rares. L'impact des mutations pathologiques sur la flexibilité locale est étudié dans deux domaines rigides de l'intégrine αIIbβ3 ectodomaine. La flexibilité inhérente dans ces domaines est montrée pour moduler l'impact des mutations vers les boucles. Le chapitre 5 traite de la modélisation structurelle et de la dynamique d'une structure protéique plus complexe du récepteur des chimiokines des antigènes du groupe Duffy incorporé dans un système de membrane mimétique érythrocytaire. Le modèle est soutenu par l'analyse phylogénétique la plus complète sur les récepteurs de chimiokines jusqu'à ce jour, comme expliqué dans le dernier chapitre de la thèse