Étude énergétique et structurale de la fixation du Calcium à la centrine-ii, par des calculs QM/MM et la dynamique moléculaire

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Étude énergétique et structurale de la fixation du Calcium à la centrine-ii, par des calculs QM/MM et la dynamique moléculaire Safwat Abdel-Azeim David Perahia Liliane Mouawad Jean-Didier Maréchal Laboratoire
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Étude énergétique et structurale de la fixation du Calcium à la centrine-ii, par des calculs QM/MM et la dynamique moléculaire Safwat Abdel-Azeim David Perahia Liliane Mouawad Jean-Didier Maréchal Laboratoire de Modélisation et Ingénierie des Protéines IBBMC - Orsay La centrine-ii dans la cellule? Centrosome (MTOC) microtubules organizing center Deux centrioles Matériel péricentriolaire Matrice contenant 100 types différents de protéines ( centrines, péricentrines) Caractéristiques générales de la centrine-2 Superfamille EF-Hand - deux domaines indépendants - homologie avec la Calmoduline (ID 50%) Propriétés de fixation du calcium - bonne affinité du domaine C-terminal (Ka 1.5 x 10 5 M -1 et 8.1 x 10 3 M -1 ) - coopérativité négative Ca 2+ -très basse affinité du domaine N-terminal Le processus de fixation du calcium Ca 2+ Calmoduline état apo Calmoduline état Holo Interface entre les deux motifs EF-hand Cœur hydrophobe Calmoduline état apo (forme fermée) Calmoduline état holo (forme ouverte) Le but de l étude Comprendre pourquoi le domaine N-terminal ne fixe pas le calcium? Pourquoi le domaine C-terminal montre une coopérativité négative? D où vient cette différence entre les deux domaines? Structure primaire Analyse de séquence Effet local (la boucle calcique) Quantum mechanics / molecular mechanics (QM/MM) Effet global (Changement conformationnel entre formes ouvertes et fermées) Dynamique moléculaire et MM-PB-SA Analyse de séquence Asp Ala Asp Gly Thr Gly Thr Ile Asp Val Lys Glu -3 Cen2 Asp Lys Asp Gly Asp Gly Thr Ile Thr Thr Lys Glu -2 CaM boucle 1 Asp Thr Asp Gly Ser Gly Thr Ile Asp Ala Lys Glu Asp Lys Glu Gly Thr Gly Lys Met Asn Phe Gly Asp -3 CrCen -1 Cen2 N Asp Ala Asp Gly Asn Gly Thr Ile Asp Phe Pro Glu -4 CaM boucle 2 Asp Lys Asp Gly Ser Gly Thr Ile Asp Phe Glu Glu Asp Asp Asp Glu Thr Gly Lys Ile Ser Phe Lys Asn -3 CrCen -2 Cen Diagramme schématique de la boucle calcique Asp lys Asp Gly Asn Gly Thr Ile Ser Ala Ala Glu -2 CaM boucle 3 Asp Asp Asp Asn Ser Gly Thr Ile Thr Ile Lys Asp Asp Arg Asp Gly Asp Gly Glu Val Ser Glu Gln Glu -3 CrCen -5 Cen C Asp Ile Asp Gly Asp Gly Gnl Val Asn Tyr Glu Glu -5 CaM boucle 4 Asp Arg Asn Asp Asp Asn Glu Ile Asp Glu Asp Glu -7 CrCen L énergie de fixation du calcium Ca2+ Forme fermée Forme ouverte Forme ouverte:ca2+ DM-MMPBSA QM/MM -PB La méthode ONIOM (Gausian03) H B A MM (amber) Partition Glu - Calcium QM (B3LYP) E=E ALL amber + E A DFT -E A amber QM/MM partition boucle isolée 22 atomes lourds (13H) QM deux boucles avec le domaine entier 40 atomes lourds (29H) QM Calcul de l énergie de fixation E bind (ONIOM) = E complex E protein E Calcium E bind (solv. PB) PB = E complex E protein E Calcium PB PB PB E bind = E bind (ONIOM) + E bind (solv. PB) Résultats du domaine C centrine-2 Calmoduline E Oniom Solv. total Exp. E Oniom Solv. total Exp. Ka M -1 Ka M-1 Boucle x 10 3 Boucle x 10 7 Boucle x 10 5 Boucle x 10 7 Tendance générale en accord avec les données expérimentales Modélisation de la forme holo du domaine-n Modélisation par homologie (modeller) deux templates (C-domaine de Cen2 et N-domaine de CrCen) Minimisation avec un champs de force empirique Relaxation par dynamique moléculaire Calcul de l énergie de fixation (snapshots) Structures des deux modèles du domaine N Modèle par CrCen Modèle par Cen2 Résultats préliminaires pour le domaine N Centrine-2 Cen2-C-ter template CrCen N-ter template E Oniom Solv. total Exp. E Oniom Solv. total Exp. Ka M -1 Ka M-1 Boucle Boucle Boucle Boucle Tendance générale en accord avec les observations expérimentales L énergie de fixation du calcium Ca2+ Forme fermée Forme ouverte Forme ouverte:ca2+ DM-MMPBSA QM/MM -PB L énergie du changement conformationnel Dynamique moléculaire des domaines C et N ouvertes et fermées Analyse de la trajectoire par la méthode MM-PB-SA En cours de réalisation Perspective Extention de ce travail sur toute une série de calciprotéines homologues ayant des propriétés de fixation du Calcium différentes.
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