Vers une nouvelle stratégie pour l'assemblage interactif de macromolécules

Towards an interactive tool for the protein docking

• Auteur / Autrice : Matthieu Chavent
• Direction : Bernard Maigret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/01/2009
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LORIA
• Jury : Président / Présidente : Daniel Canet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Maigret, Gilbert Deléage, Joël Janin, Jean-Paul Borg, Daniel Canet, Stéphane Redon, Bruno Lévy, Dave Ritchie
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gilbert Deléage, Joël Janin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Macromolécules

Interactions protéine-protéine

Mots clés libres

Docking

Interactions protéiques

Interactions électrostatiques

Domaine PDZ d'ERBIN

Domaine MH2 de Smad3

Dynamique moléculaire en solvant explicite

GPU

Skin Surface Moléculaire

Déformations de surface

MetaMol

Résumé

Même si le docking protéine-protéine devient un outil incontournable pour répondre aux problématiques biologiques actuelles, il reste cependant deux difficultés inhérentes aux methodes actuelles: 1) la majorité de ces méthodes ne considère pas les possibles déformations internes des protéines durant leur association. 2) Il n'est pas toujours simple de traduire les informations issues de la littérature ou d'expérimentations en contraintes intégrables aux programmes de docking. Nous avons donc tenté de développer une approche permettant d'améliorer les programmes de docking existants. Pour cela nous nous sommes inspirés des méthodologies mises en place sur des cas concrets traités durant cette thèse. D'abord, à travers la création du complexe ERBIN PDZ/Smad3 MH2, nous avons pu tester l'utilité de la Dynamique Moléculaire en Solvant Explicite (DMSE) pour mettre en évidence des résidus importants pour l'interaction. Puis, nous avons étendu cette recherche en utilisant divers serveurs de docking puis la DMSE pour cibler un résultat consensus. Enfin, nous avons essayé le raffinage par DMSE sur une cible du challenge CAPRI et comparé les résultats avec des simulations courtes de Monte-Carlo. La dernière partie de cette thèse portait sur le développement d'un nouvel outil de visualisation de la surface moléculaire. Ce programme, nommé MetaMol, permet de visualiser un nouveau type de surface moléculaire: la Skin Surface Moléculaire. La distribution des calculs à la fois sur le processeur de l'ordinateur (CPU) et sur ceux de la carte graphique (GPU) entraine une diminution des temps de calcul autorisant la visualisation, en temps réel, des déformations de la surface moléculaire.

Protein-protein docking has become an extremely important challenge in biology, however, there remain two inherent difficulties: 1) most docking methods do not consider possible internal deformations of the proteins during their association; 2) it is not always easy to translate information from the literature or from experiments into constraints suitable for use in protein docking algorithms. Following these conclusions, we have developed an approach to improve existing docking programs. Firstly, through modelling the ERBIN PDZ / Smad3 MH2 complex, we have tested the utility of Molecular Dynamics with Explicit Solvent (MDSE) for elucidating the key residues in an interaction. We then extended this research by using several docking servers and the DMSE simulations to obtain a consensus result. Finally, we have explored the use of DMSE refinement on one of the targets from the CAPRI experiment and we have compared those results with those from short Monte-Carlo simulations. Another aspect of this thesis concerns the development of a novel molecular surface visualisation tool. This program, named MetaMol, allows the visualisation of a new type of molecular surface: the Molecular Skin Surface. Distributing the surface calculation between a computer's central processing unit (CPU) and its graphics card (GPU) allows deformations of the molecular surface to be calculated and visualised in real time.