bioinformatique et biologie structurale 1 – principes et techniques
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Bioinformatique et Biologie Structurale 1 – Principes et techniques A/ L’information structurale B/ Les différentes techniques de détermination de structure C/ Les nouveaux challenges de la biologie structurale 2 – Application à l’étude d’enzymes d’intérêt médical - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Bioinformatique et Biologie Structurale
1 – Principes et techniques
A/ L’information structurale
B/ Les différentes techniques de détermination de structure
C/ Les nouveaux challenges de la biologie structurale
2 – Application à l’étude d’enzymes d’intérêt médical
A/ Un bref aperçu de ce que l’on appelle « Drug design »
B/ Recherche d’inhibiteurs d’aminopeptidases de Streptocoques
C/ Relations structure-fonction d’hélicases impliquées dans les cancers
Les nouveaux challenges de la Biologie Structurale La structure 3D d'une macromolécule biologique
Elément d'étude "post génomique" dont se servent tous les biologistes
On peut déjà faire beaucoup de choses à partir des fichiers de coordonnées PDB
Le problème de la résolution de la structure des protéines membranaires
Les plus intéressantes pour l’industrie pharmaceutique
Nouveaux détergents pour cristallisation
Génomique structurale, drug design et thérapie génique
Repose sur la détermination systèmatique de la S3D de toutes les protéines exprimées dans un génôme (On commence
les études sur des organismes modèles tels la levure, 6200 gènes exprimés, certaines bactéries et virus).
Contribuer à combattre efficacement les fléaux d'aujourd'hui et demain (virus, cancer, épidémies, …)
Les évolutions techniques permettent les espoirs les plus fous…
Bioinformatique plus performante
Prédiction de structure (ab initio) à partir de la séquence
Détermination automatique des structures
Nouveaux ordinateurs encore plus puissants PC
Synchrotrons de 3ème génération
Problème de la reconnaissance de forme dans la DE logiciels à inventer
L'avenir est à l'association de toutes les méthodes de détermination de structure
Voir ce qu'une seule des méthodes ne permet pas de voir
RMN, radiocristallographie, diffusion aux petits angles, spectrométrie de masse, microscopie électronique, modélisation
ab initio, prédiction de structures 2D,…
pour obtenir le plus grand nombre d'informations structurales possible : repliement tridimensionnel, dynamique,
interactions, naissance et transformations induites de la molécule, …
1 - Génomique structurale (protéomique structurale)
p
PSI Pilot Research Centers
UK
UK, Japan,Israel
PROTEIN PRODUCTION4th Generation SystemIn use since Dec, 2000
PROTEIN PURIFICATION3rd Generation System
In use since March, 2002
CRYSTALLIZATION2nd Generation SystemIn use since Feb., 2001
NANOVOLUMECRYSTALLIZATIONEstablished, May 1998
IMAGING1st Generation Hardware6th Generation Software
Technology Status – Gene to Structure
HT Data Collection1st Generation System
3rd Generation Software
Ian A. Wilson, Scripps Research Institute, P50 GM062411
504 targets in PDB (28 new folds)
Structural Genomics - Public• Canada: Structural Proteomics Initiative (Ontario)• France: Structural Genomics: Pathogens (Institut Pasteur);
Eukaryotes (U. Marseille); Yeast (U. PSUD)• Germany: Protein Structure Factory -- human cancer proteins
(Max-Delbruck-Centrum fur Molekulare Medizin, Berlin)• Italy: Structural Genomics of Metaloproteins (U. Florence)• Japan: Structural Genomics Initiative (RIKEN) -- mouse,
Arabidopsis (Protein Folds Project, Structurome Project)• UK: Functional Genomics Program (Wellcome Trust)• USA: Protein Structure Initiative (NIGMS/NIH); Structural
Proteomics (DOE)• Microbacterium tuberculosis Structural Genomics Consortium
[429 membres /75 institutions /15 pays]
• etc…De 20 à 1500 structures résolues par centre
75000 hits dans la PDB
Structural Genomics International - Industrial
• Astex (Cambridge, UK)
• Geneformatics (San Diego, CA)
• Integrative Proteomics (Toronto, Canada)
• Structural Bioinformatics (Copenhagen, Denmark)
• Structure-Function Genomics (Piscataway, NJ)
• Structural GenomiX, Inc. (San Diego, CA)
• Structural Genomics Consortium (Wellcome Trust,
pharmaceutical industry)
• Syrrx (San Diego, CA)
Cependant ...
… les nouvelles structures ne seront pas
toutes résolues automatiquement
(pour l’instant, le « High throughput » ne
concerne qu’1/3 des protéines clonées)
2 – Combinaison de la microscopie électronique et de la cristallographie des protéines
Electron microscope / single-particle electron cryomicroscopy, or cryo-EM.
Resolution 10 A
http://people.cryst.bbk.ac.uk/~ubcg16z/chaperone.html
The chaperonin GroEL and its cofactor GroES is the only chaperone system in E. coli that is essential under all growth conditions.
3 - Précision des données
ERREURS… VOUS AVEZ DIT ERREURS ? Aucun modèle moléculaire, quelque soit la méthode qui a permis de l'obtenir, n'est exempt d'erreurs (plus ou
moins importantes).
modèle suffisamment précis pour faire aboutir les expériences qu'il a inspiré (Ex : design d'un médicament dans le site actif d'une enzyme).
Challenge :
obtenir suffisamment de données observées pour déterminer avec précision les paramètres inconnus (coordonnées spatiales X,Y,Z).
moyenne fiable avec l'écart type le plus faible possible.
Structures partiellement ou totalement fausses Cristallographie :
- signal de densité électronique trop faible (mauvaise diffraction ou traitement des données, boucles en mouvement, etc…)
- erreurs de groupes d'espace - interprétation farfelue des données.
Des critères permettent de mesurer la qualité des modèles
RMN :
- pas assez de données de distances et de constantes de couplage - étude de protéine de taille supérieure à 200 résidus impossible
Modélisation moléculaire :
- modélisation trop ambitieuse - Une structure résultant de modélisation moléculaire pure n'est jamais exact (pour l'instant) / donne des pistes
pour gagner du temps - familles de protéines et cas où l'homologie de séquence est forte, cette technique. - bidouille aisée sur des banques de plus en plus fournies
Microscopie électronique, diffusion aux petits angles, …
- Techniques limitées par ce qu'elles permettent de voir…