Facettes de glycobioinformatique : applications à l'étude des interactions protéines-sucres

par Anita Sarkar

Thèse de doctorat en Sciences de la vie

Sous la direction de Anne Imberty et de Serge Pérez.

Soutenue le 26-09-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales (équipe de recherche) .

Le président du jury était Anne Milet.

Le jury était composé de Anne Imberty, Serge Pérez, Soren b. Engelsen, Michaela Wimmerova.

Les rapporteurs étaient Isabelle Andre, Alexandre g. De brevern.


  • Résumé

    Le travail décrit dans ce manuscrit rassemble les résultats obtenus au cours de ma thèse de doctorat. Ils s'inscrivent dans le domaine de la glycobioinformatique. Ils ont impliqué des développements de bases de données structurales et des applications en modélisation moléculaire des interactions protéines-sucres. Les méthodes de modélisation moléculaire ont été utilisées dans la reconstruction et dans la prédiction des structures tridimensionnelles de polysaccharides et d'oligosaccharides, ces dernières étant également établies par une approche de type “haut-débit” par application d'un algorithme génétique à des fins de minimisation énergétique. Les données ainsi générées ont été organisées sous la forme de bases de données relationnelles, proprement annotées (PolySca3DB et BiOligo) qui sont en libre accès pour consultation sur internet. Ces méthodes de modélisation moléculaire ont été appliquées à la caractérisation, par RMN en solution, des conformations de basse énergie d'une souche pathogène d'un polysaccharide de la bactérie E. coli. D'autres bactéries pathogènes de type gram négatif, interagissent avec des oligosaccharides par l'intermédiaire de protéines secrétées, telles que des lectines. Nous avons testé, au travers de l'utilisation de méthodes d'amarrage moléculaire, la possibilité d'identifier de manière automatique, la nature de ces interactions, en prenant comme cibles des épitopes oligosaccharidiques fucosylés. Les résultats de ces recherches ont été comparés, de manière critique, à ceux issus de l'application de bio-puces à sucres et de calorimétrie isotherme de titration. Les conclusions et perspectives de ces travaux sont présentées dans un article de revue consacré à l'application des méthodes de chimie computationnelle dans l'étude des interactions protéines-glucides qui viennent compléter l'arsenal des outils dédiés au champs de recherche couvert par la glycobiologie structurale et moléculaire.

  • Titre traduit

    Facets of glycobioinformatics : Applications in the study of protein-carbohydrate interactions


  • Résumé

    This thesis presents an account of two important facets of glycobioinformatics, comprising database development and molecular modeling of 3D structures of carbohydrates alongside the simulation of protein-carbohydrate interactions. Classical molecular modeling techniques were used to reconstruct 3D polysaccharide structures from experimentally determined atomic coordinates, or known starting points about their structures were used as guidelines to model them. A genetic algorithm search was employed as a high-throughput technique to characterize low energy conformers of bioactive oligosaccharides. The data generated were organized into two open-access relational databases, namely, PolySac3DB and BiOligo, for use by the scientific community. The validation of the molecular techniques used were performed using solution phase NMR experiments on four entero aggregative pathogenic E. coli strains, and were found to be robust and realistic. Further, the impact of the presentation of human fucosylated oligosaccharide epitopes to lectins from opportunistic gram negative bacteria, was investigated in a screening study using molecular docking studies, which could help in evaluating the feasibility of using automated docking procedures in such instances as well as deciphering binding data from glycan array experiments and also correlated to isothermal calorimetry data. On comparison with high-resolution experimental crystal complexes, automated docking was found to delineate the present level of applicability, while emphasizing the need of constant monitoring and possible filtering of the results obtained. Finally, a review of the present status of the computational aspects of protein-carbohydrate interaction studies is discussed in the perspectives of using molecular modeling and simulation studies to probe this aspect of molecular and structural glycobiology.


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