Recherche par modélisaion moléculaire de signatures RMN et DC caractéristiques pour les coudes β et y dans les peptides bioactifs.

Characterization by molecular modelling of NMR and CD patterns for β- and y-turns in bioactive peptides

• Auteur / Autrice : Mattia Migliore
• Direction : Isabelle Segalas-Milazzo, Laure Guilhaudis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/01/2020
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Jubault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Lequin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre de Brevern, Sylvain Broussy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Dichroïsme circulaire

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Protéines

Peptides

Mots clés libres

Coudes β

Coudes γ

Peptides

Protéines

DC

RMN

Modélisation moléculaire

Β-turns

Γ-turns

Peptides

Proteins

NMR

CD

Molecular modelling

Résumé

Ce travail de thèse a porté sur la recherche, par modélisation moléculaire, de signatures RMN et DC caractéristiques pour les coudes γ et β dans les peptides bioactifs. Les coudes γ et β, avec les hélices, constituent des motifs privilégiés de reconnaissance des peptides bioactifs par leurs cibles. Or, bien qu’il existe, au sein des structures de polypeptides, plusieurs catégories de coudes possédant des géométries différentes (2 types de coudes γ et 12 types de coudes β), peu d’outils expérimentaux sont disponibles pour aider à leur distinction. Ainsi, seuls 4 types de coudes β (I, I’, II et II’) ont, pour l’instant été caractérisés par RMN et il n’existe pas de spectre DC de référence fiable pour aucun motif de type coude. Dans un premier temps, afin d’élargir la base de données de RMN pour tous les types de coudes β (I, I’, II, II’, IV₁, IV₂, IV₃, IV₄, Via1, Via2, VIb et VIII) et γ (classique et inverse), nous avons analysé les paramètres structuraux caractéristiques de RMN (distances inter-hydrogènes et constantes de couplages ᶾJʜɴ-ʜꭤ) sur un ensemble de peptides modèles, extraits de la banque de protéines PDB et représentatifs de ces coudes. Les analyses des distances inter-hydrogènes ont permis d’identifier des signatures RMN caractéristiques pour différencier les deux types de coudes γ et certains types de coudes β (IV₁, IV₂,, VIb et VIII). La constante de couplage ᶾJʜɴ-ʜꭤ pourra servir à confirmer l’identification et à lever des ambiguïtés. Dans un second temps, en couplant dynamique moléculaire et TDDFT, nous avons simulé les spectres de DC de référence de peptides modèles adoptant des conformations de coudes β de type I, I’, II et II’. Les simulations ont permis de discerner deux familles de spectres DC caractéristiques : les types I/II’ d’un côté et les types I’/II de l’autre. L’ensemble de ces résultats indique que les coudes ne présentent pas nécessairement les mêmes signatures pour les deux techniques. La combinaison des signatures discriminantes de RMN et de DC pourrait donc permettre une meilleure identification des natures et des différents types de coudes.

The aim of this work is to identify NMR and CD characteristic patterns for β- and γ-turns in bioactive peptides by molecular modelling. With helices, β- and γ-turns constitute favoured recognition motifs in bioactive peptides by their targets. Even though several classes of turns with different geometries exist in polypeptide structures (2 γ-turn types and 12 β-turn types), few experimental tools are available for their characterization. Thus, only 4 types of β-turns (I, I’, II et II’) have been, at present, described by NMR and there are no reliable reference CD spectra for turns. In order to extend the NMR data for all β- and γ-turn types, we analyzed NMR structural parameters (inter-hydrogen distances and ᶾJʜɴ-ʜꭤ coupling constants) in a representative peptide model dataset extracted from the PDB. The inter-hydrogen distance analysis allowed to identify specific NMR patterns for the two γ-turn types and for four β-turn types (IV₁, IV₂,, VIb and VIII). ᶾJʜɴ-ʜꭤ coupling constant may be used to confirm the identification and to remove ambiguities. Then, we simulated the reference CD spectra of model peptides adopting type I, I’, II and II’ β-turn conformations by combining molecular dynamic simulations and TDDFT computations. These computations allowed to determine two families of specific CD spectra : types I/II’, on one side and types I’/II, on the other. All these results indicate that the turns do not present the same patterns in both techniques. The combination of NMR and CD could therefore allow a better identification of the nature and the different types of turns.