Outils d'aide à l'étude des protéines: modélisation surfacique et visualisation sémantique des feuillets béta

Tools to study proteins: surfacic modeling and semantic visualization of beta sheets

• Auteur / Autrice : Loïc Nolin
• Direction : Manuel Dauchez, Yannick Remion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Reims

Mots clés

Mots clés contrôlés

Repliement des protéines

Protéine amyloïde bêta

Splines, Théorie des

Bézier, Surfaces de

Protéines

Molécules -- Modèles

Mots clés libres

Feuillet béta, Format protein data bank, Surface, Visualisation, Splines de Catmull-Rom

Résumé

L'enjeu de ces travaux consiste en la représentation de motifs structuraux réguliers des protéines : les feuillets β. Les représentations classiques de la modélisation moléculaire n'étant pas satisfaisantes, étant donne qu'elles ne représentent pas les feuillets β dans leur ensemble, nous proposons nos modèles représentant ces structures sous forme de surfaces. Nous utilisons le logiciel open source ≪ BALLView ≫ pour créer nos propres modèles de feuillets β. La première approche utilise la description des feuillets β présente dans les fichiers issus de la ≪ Protein Data Bank ≫, la banque de données mondiale de structures protéiques, pour calculer une interpolation bidimensionnelle basée sur les splines de Catmull-Rom. La seconde approche utilise des carreaux de Bézier, construits a partir des résultats issus d'un algorithme d'attribution des structures secondaires des protéines, dont les feuillets β font partie. Ces approches sont les premières à représenter les feuillets β dans leur ensemble. Les modèles classiques ne représentent que les brins β. Pour visualiser leur orientation nous plaquons cette information par le biais de textures. Cela nous amène à considérer nos surfaces comme de nouveaux medias sur lesquels nous pouvons dépeindre des données supplémentaires par l'intermédiaire de méthodes de coloration (≪ Hydrophobic Cluster Analysis ≫, ≪ Molecular Hydrophobicity Potential ≫…). Nos modèles sont utilisables sur l'ensemble des fichiers au format PDB, en statique, mais également sur des fichiers de simulation de dynamique moléculaire. Nous pouvons alors constater l'évolution des feuillets β, leurs déformations, l'apparition de trous, d'invaginations ou de déchirures. Ces constatations nous amènent à baptiser nos modèles SheHeRASADe pour ≪ Sheets Helper for RepresentAtion of SurfAce Descriptors ≫. Nous nous intéressons, entre autres, à l'application de ces modèles sur les divers repliements protéiques des feuillets β repertoriés dans la classification CATH, ainsi qu'aux fibres amyloides, impliquées dans de nombreuses pathologies

The aim of this work consists in the representation of common structural motifs of proteins: the β sheets. The classical visualization modes are not satisfying, considering that they don't represent the whole β sheets. We propose innovative models materializing those structures using surfaces. We use the open source software ''BALLView'' to create our own β sheet models. The first one uses the β sheets description stored in files from the Protein Data Bank, the worldwide data bank of proteic structures, to compute a bidimensionnal interpolated surface based on Catmull-Rom splines. The second one uses Bezier patches defined from β sheets produced by a secondary structure prediction algorithm. Those models are the first ones to fully represent β sheets. Previous methods only represent β strands. In order to visualize their orientation, we map these important data to our surfaces by using textures. It leads us to consider our surfaces as a new medium on which we can depict additional information using coloring methods (Hydrophobic Cluster Analysis, Molecular Hydrophobicity Potential. . . ). Our models are available for any PDB formatted file, in both static and dynamic ways, using molecular dynamics simulations. We can observe the evolution of β sheets, deformations, holes appearances, invaginations or splits. Those observations lead us to call our models SheHeRASADe for ''Sheets Helper for RepresentAtion of SurfAce Descriptors''. We apply those models to the different proteic folds of β sheets listed in the CATH classification, and on amyloid fibrils involved in many diseases