Application de la théorie des formes alpha pour la caractérisation de la surface et des poches de macromolécules biologiques

par Benjamin Schwarz

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jean-Marie Wurtz.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    Notre travail s'inscrit dans le cadre le la bioinformatique structurale, et plus spécifiquement à l'interface entre biologie structurale et géométrie algorithmique, dont nous empruntons les constructions issues de la théorie des formes alphas pour représenter et étudier les molécules. L'objectif global de notre travail est de proposer de nouveaux outils théoriques et pratiques destinés à favoriser l'étude de la relation structure-fonction des macromolécules biologiques; et nous nous intéressons plus particulièrement à caractériser les lieux d'une intéraction possible à la surface de ces molécules. Dans le cadre de cette étude nous proposons un nouveau modèle, la surface duale, un encodage variété de la combinatoire de la surface accessible qui favorise le parcours de cette dernière et permettant notamment de constituer des voisinages d'atomes à la surface de la molécule. Nous avons utilisé ce modèle dans l'ensemble de nos travaux, qui peuvent être décomposés selon trois axes : (a) une caractérisation topographique de la surface moléculaire au travers d'une mesure d'incurvation permettant d'y définir des zones protrudentes et des zones anfractuées, (b) la définition de propriétés utilisables dans le cadre d'une caractérisation et d'une prédiction des surfaces d'interaction entre protéines, (c) la détection et la caractérisation des poches, crevasses et cavités dans les macromolécules biologiques. Nos travaux ont été mis en pratiques dans deux logiciels mis à disposition de la communauté scientifique : LC et Pck, respectivement pour la description topographique de la surface moléculaire et pour la détection et la caractérisation des poches dans les macromolécules biologiques.

  • Titre traduit

    Application of alpha shape theory to the characterization of surface and pockets in biological macromolecules


  • Résumé

    Our study is concerned with structural bioinfomatics (aka computational biology), more specifically, we borrow models from the alpha-shape theory to represent and study molecules. Roughly, our aim is to provide new theoretical and practical tools to ease the study of structure-function relationship in biological molecules. We are more specifically interested in characterising the usual locations of a possible interaction at the surface of such molecules. In this context we propose a novel model, the dual surface, that constitutes a manifold polyhedral surface encoding the Accessible surface. This construction eases the the construction of continuous surface tracks at the surface of a molecule, and therefore allows notably, the construction of molecular surface patches. We adapted this model mainly to address three distinct problems : (a) the proposal of a novel index to describe the molecular surface landscape in terms of knobs and clefts, (b) the definition of surface descriptors that can be used to study interacting patches on a protein surface, (c) the detection and characterisation of cavities, pockets, clefts and crevices at the surface of macromolecules. Two software tools were developped based on these works and are now freely accessible to the scientific community : LC and Pck, respectively dedicated to the description of the molecular surface topography, and to the detection and characterisation of pockets in molecular structures.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XX-212 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-212. Index

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;0172
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