Recherche de contraintes structurales pour la modélisation ab initio du repliement protéique

Structural constraints for ab inito prediction of protein structures

• Auteur / Autrice : Guillaume Fourty
• Direction : Jean-Paul Mornon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Analyse de génomes et modélisation moléculaire
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles moléculaires

Conformation des protéines

Pliage des protéines

Systèmes hamiltoniens

Protéines -- Conformation

Protéines -- Repliement

Mots clés libres

Contacts à longue distance

Extrémités N- et C6 terminales

Hydrophobie

Prédiction ab initio

Brin beta

Accessibilité au solvant

Alignements multiples

Exploration exhaustive

Résumé

La compréhension du processus de repliement protéique et la détermination de la structure tridimensionnelle à partir de la seule information de séquence sont des problématiques majeures de la biologie structurale. Nous observons, tout d'abord, la proximité quasi-systématique des extrémités N- et C-terminales des domaines protéiques qui pourrait être liée aux premières étapes du repliement. Puis, nous abordons le repliement de polymères sur des réseaux réguliers. L'énumération des orbites et des orbites cycliques hamiltoniennes sur des réseaux carrés n x n permet d'évaluer la réduction de l'espace conformationnel associée à la proximité des extrémités des chaînes. L'exploration exhaustive de ces structures de compacité maximale fournit une limite énergétique pour les algorithmes de recherche de minima pour des séquences HP. Enfin, nous étudions des alignements multiples à faible identité de séquence et nous introduisons une mesure de la conservation de l'hydrophobie, que nous appelons topohydrophobie généralisée. A l'aide d'arbres de décision, nous prédisons des caractéristiques structurales telles que la position Central/Bord des brins becta dans les feuillets et l'accessibilité au solvant (RAPT - Relative Accessibility Prédiction Tool). Ces informations peuvent être intégrées dans des approches de prédiction ab initio du repliement protéique.

Understanding the protein folding process and predicting protein structures from sequence data only remain two challenging questions for structural biologists. In this work, we first observe highly frequent proximities between N- and C-termini of protein domain, probably reflecting early stages of folding. Then we address the problem of polymer folding on regular lattices. We enumerate Hamiltonian Orbits and Cyclic Hamiltonian Orbits on n x n square lattices to evaluate the conformational space reduction associated to the termini contact constraint. Exhaustive Exploration of those maximally compact structures provides a baseline for minimum search algorithm in the HP- folding problem. Finally, we study multiple alignments at low sequence identity and introduce topohydrophobicity, a measure of topohydrophobicity conservation. We use it through decision tree to predict structural features such as Central/Edge position of beta strands in beta sheets and solvent accessibility (RAPT - Relative Accessibility Prediction Tool). These data can be used in ab initio prediction procedures of protein structures.