Structural Prediction and Engineering of Macromolecular Assemblies using Bioinformatics
Prédiction structurale et ingénierie des assemblages macromoléculaires par bioinformatique
Résumé
The high-throughput characterization of the protein-protein interactions networks laid the bases for the first interaction maps in all model organisms, including human. In contrast, the structures of the protein assemblies are still restricted to a very limited set of interactions. In this work, a specific evolutionary pressure that exerted at protein interfaces has been revealed. To our knowledge, no such effect had been previously described. Based on this finding, a novel bioinformatic approach, called SCOTCH (Surface COmplementarity Trace in Complex History) has been developed to predict the structures of protein assemblies. Coupled to a docking program, such as SCOTCHer also developed in this work, this approach was shown to predict efficiently the structures of many complexes. This work also focused on the inhibition of protein interactions by synthetic peptides, rationally designed on the basis of the complex structure. The results obtained for two examples, the Asf1 – Histone H3/H4 and the gp120 – CD4 complexes emphasize the high interest of rational design of complex interface for the development of novel therapeutic strategies.
La caractérisation à haut débit des interactions protéines-protéines a permis d'établir les premières cartes d'interactions de différents organismes modèles, y compris l'homme. Cependant, la caractérisation structurale des assemblages protéiques reste limitée à un nombre très faible de ces interactions. En mettant en évidence une pression de sélection évolutive spécifique aux interfaces de complexes protéiques, ce travail a permis d'élucider certains mécanismes évolutifs essentiels à l'association entre protéines qui n'avaient pas été décrits jusqu'à présent. Sur cette base, une nouvelle approche bioinformatique, nommée SCOTCH (Surface COmplementarity Trace in Complex History), a été développée pour prédire la structure des assemblages macromoléculaires. Couplée à un programme d'amarrage moléculaire, tel que SCOTCHer, également développé au cours de cette thèse, cette approche a permis de prédire efficacement la structure d'un grand nombre de complexes. Ce travail de thèse s'est également concentré sur l'inhibition des interactions protéiques par des mini-protéines, conçues de façon rationnelle sur la base des structures de complexes. Les résultats obtenus pour deux exemples, celui du complexe Asf1 – Histone H3/H4 et du complexe gp120 – CD4 témoignent du fort potentiel du design rationnel d'interfaces de complexes pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.