Etude structurale du domaine d'interaction du récepteur de l'élastine. : Approches biochimiques, biophysiques et bioinformatiques

par Gautier Moroy

Thèse de doctorat en Biomolécules et dynamique cellulaire

Sous la direction de Alain Jean-Paul Alix.

Soutenue en 2005

à Reims .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l'étude théorique et expérimentale de l'interaction entre des peptides issus de protéines de la matrice extracellulaire (MEC) et leur domaine de fixation sur la sous-unité EBP (Elastin Binding Protein) du récepteur de l'élastine / nous avons tout d'abord cherché à caractériser le récepteur EBP, et étudié dans ce but le peptide Sgal (VVGSPSAQDEASPLS) issu du domaine de fixation de l'EBP. Les résultats expérimentaux, obtenus par spectroscopies de dichroïsme circulaire électronique et de RMN, nous indiquent que le peptide Sgal est en équilibre entre une structure en hélice polyproline II et une conformation indéterminée. Par simulation de dynamique moléculaire, nous avons obtenu des résultats concordant avec nos résultats expérimentaux et nous proposons qu'un coude b de type I sur la séquence QDEA, à cause de sa stabilité au cours des trajectoires de dynamique moléculaire, est important et nécessaire pour l'activité réceptrice de l'EBP / nous nous sommes ensuite intéressés aux ligands peptidiques de l'EBP et avons focalisé notre attention sur le comportement structural de peptides contenant la séquence GXXP (X étant un résidu quelconque) et dérivant de protéines de la MEC, essentiellement de l'élastine, mais également de la fibrilline-1. Par simulations de dynamique moléculaire, de Monte-Carlo et par calcul de leur carte adiabatique, nous avons pu mettre en évidence qu'un coude b de type VIII sur GXXP semble être le repliement préférentiel de ces peptides. Tous les peptides étudiés, à l'origine d'effets biologiques et dont la fixation à l'EBP est prouvée expérimentalement, se replient seulement en coude b de type VIII. En revanche, les peptides biologiquement inactifs, se replient en d'autres types de coudes b même si ils peuvent adopter également et de manière transitoire un coude b de type VIII / finalement, nous avons démontré expérimentalement que le peptide Sgal peut directement se lier au peptide VGVAPG avec une grande affinité (constante de dissociation de 26,7 nM). Nous avons donc étudié, par amarrage moléculaire, l'interaction entre certains peptides dérivant de l'élastine et l'Elastase Pancréatique Porcine (PPE), prise comme modèle car elle possède un domaine d'interaction similaire à celui de l'EBP. La meilleure solution proposée pour chacun des peptides est un coude b déformé de type VIII sur la séquence GXXP, qui se positionne autour du résidu Q8 de la PPE. Le complexe peptide-PPE est stabilisé par 3 liaisons hydrogène. Nous avons ensuite testé la stabilité du complexe peptide-peptide Sgal dans la même configuration spatiale que précédemment. Pendant 20 ns, les 2 peptides restent en contact grâce aux 3 liaisons hydrogène qui sont observables durant toute la trajectoire de dynamique moléculaire. Nous avons donc probablement réussi à trouver la conformation nécessaire au peptide pour se lier à l'EBP (un coude b de type VIII sur GXXP), mais également les résidus (Q8) et la structure du domaine de fixation (coude b de type I sur Q8DEA11) de l'EBP, impliqués dans l'interaction.

  • Titre traduit

    Structural study of the interaction domain derived from elastin receptor. Biochemical, biophysical and bioinformatical approaches


  • Résumé

    This thesis deals with the theoretical and experimental study of the interaction between peptides derived from ExtraCellular Matrix (ECM) proteins and one of the elastin receptor complex sub-units: the Elastin Binding Protein (EBP). In the first part of this work, we characterised the structure of the EBP binding domain, called the Sgal peptide (VVGSPSAQDEASPLS). Experimental results, obtained from Circular Dichroism and NMR spectroscopies, have shown that the Sgal peptide structure presents an equilibrium between a Polyproline II helix structure and an unordered conformation. The molecular dynamic simulations results are in good agreement with those obtained experimentally showing unordered conformations, many of them exhibiting however a type I b-turn spanning the QDEA sequence. On the basis of this turn stability, we proposed that a type I b-turn spanning the QDEA sequence is crucial and necessary for the EBP receptor activity. We then focused on the structural behaviour of EBP peptides. The studied peptides were all containing a GXXPG sequence (X being any residue) and derived from ECM proteins (elastin and fibrillin-1). By molecular dynamics simulations, Monte-Carlo and adiabatic map calculations, we have demonstrated that a type VIII b-turn on the GXXP motif seemed to be their preferential fold. All the peptides, whose biological activity and anchoring to the EBP had already been proved, were presenting this king of folding. In spite of the fact that the inactive peptides could fold transitorily into a type VIII b-turn, they were the only peptides whose conformation was characterised by another b-turn type, mainly type II' or I. Finally, we have demonstrated experimentally that the Sgal peptide was able to bind directly to the VGVAPG peptide with a high affinity (the dissociation constant was equal to 26,7 nM). We have then studied, using molecular docking, the interaction between several Elastin Derived Peptides (EDP) and the Pancreatic Porcine Elastase (PPE), which shows a sequence homology of 46% with the Sgal peptide. The best solution proposed for each EDP were a distorted type VIII b-turn on the GXXP sequence, located around the Q8 residue of the PPE. The EDP-PPE complex was moreover stabilised by 3 H-bonds. We have studied the VGVAPG peptide – Sgal peptide complex stability with the same spatial configuration than in the previous complex: during 20 ns of molecular dynamic simulation, these 2 peptides were in contact and the 3 H-bonds were observable during all the molecular dynamic trajectory. We can then conclude that a type VIII b-turn on GXXP for the EDP and a type I b-turn on QDEA for the elastin binding domain seem to be essential for the interaction between EDP and EBP.

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Informations

  • Détails : 239 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 225-239

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 05REIMS017
  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05REIMS017Bis
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