Dynamics and toxicity of proteins with a high homology of sequences: approach by molecular dynamics and ab-initio calculations

Dynamique et toxicité de protéines avec une haute homologie de séquences : approche par dynamique moléculaire et calculs ab-initio.

Colette Foulie (1)

1 ICB - Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne

The elucidation of the structure and the biological function of proteins is a major stake for its implications in the biomedical research as well as in biotechnologies. In addition, there is a glass or dynamical transition for the proteins which occurs at around 200K: it has been observed by Neutron Scattering, X-ray diffraction and Mossbauer spectroscopy for different proteins. Above the transition temperature, the biological function is activated as the protein may diffuse between conformational sub-states. The microscopic origin of this transition is still debated in spite of significant advances in recent years showing the significant role of hydration. By using all-atoms classical molecular dynamics, we simulated the glass transition in a family of seven cytotoxic proteins, the thionins. Indeed, these proteins show a high homology of sequence but a very different toxicity and the relation between this toxicity and the sequence is far to be elucidated. The purpose of this work was to understand the relations between structure, dynamics and biological function of thionins.

L'élucidation de la structure et de la fonction biologique des protéines est un enjeu majeur pour ses implications dans la recherche biomédicale et en biotechnologies. Par ailleurs, il existe une transition dynamique pour les protéines qui intervient à environ 200K: elle a été observée par diffusion incohérente de neutrons, diffraction X et spectroscopie de Mössbauer sur différentes protéines. Au-dessus de cette température de transition, la fonction biologique est activée et la protéine présente des sous-états conformationnels. L'origine microscopique de cette transition est encore débattue mais des résultats significatifs ont été trouvés ces dernières années sur le rôle primordial de l'hydratation. En utilisant la dynamique moléculaire classique, nous avons simulé la transition dynamique d'une famille de 7 protéines cytotoxiques, les thionines. En effet, ces protéines possèdent une haute homologie de séquence mais une toxicité très différente et la relation entre cette toxicité et la séquence de leurs acides aminés est loin d'être élucidée. L'objectif de cette thèse a donc été la compréhension des relations entre structure, dynamique et fonction biologique des thionines.

Mots clés: molecular dynamics; proteins; dynamical transition; thionins; flexibility; toxicity

Mots clés: Dynamique moléculaire; protéines; mutations; structure; transition dynamique; thionines; flexibilité; toxicité

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]

Colette Foulie. Dynamique et toxicité de protéines avec une haute homologie de séquences : approche par dynamique moléculaire et calculs ab-initio.. Matière Condensée [cond-mat]. Université de Bourgogne, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00367817⟩