Modélisation moléculaire de matrikines et de protéines matricelles : approches théoriques et évaluations biologiques

par Thomas Haschka

Thèse de doctorat en Sciences - STS

Sous la direction de Manuel Dauchez.

Soutenue le 21-12-2012

à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (MEDYC) Matrice Extra-cellulaire et DYnamique Cellulaire (laboratoire) .

Le président du jury était Eric Henon.

Le jury était composé de Manuel Dauchez, Laurent Martiny, Monica Zoppe, Sylvie Ricard-blum, Catherine Etchebest.

Les rapporteurs étaient Othmar Steinhauser, Jérôme Golebiowski.


  • Résumé

    Ce document traite des aspects différents de la modélisation moléculaire d'une protéine de la matrice extracellulaire. Le domaine de signature des thrombospondines est étudié en détail dans ce document en faisant appel aux champs variés de la science. La complexité de ce domaine nécessite l'utilisation des approches de la mécanique quantique moléculaire en plus de la dynamique moléculaire classique. En reliant les deux approches un nouveau algorithme a été développé afin d'attribuer des charges partielles à partir des résultats obtenus par des méthodes ab-initio. Pour implémenter cet algorithme d'une façon efficace, les nouvelles méthodes de la programmation massivement parallèle ont été utilisées qui nous permettent entre autres de faire tourner cet algorithme sur les procsesseurs graphiques. Nous avons également utilisé et développé des nouvelles méthodes de la visualisation moléculaire rapprochant l'art à la science. En plus, de ces développements nous avons obtenus des résultats intéressants sur la dynamique du domaine de signature. Nous avons pu identifier les ions échangeables de ce domaine. Nous avons vérifié et élargie les modèles existants de la thrombospondine dans des concentrations faibles de calcium. En utilisant la dynamique moléculaire nous avons également évalué des sites importants de fixations pour le développement de nouveaux médicaments contre le cancer.

  • Titre traduit

    Molecular Modelisation of Proteins within the Extracelluar Matrix : Theoretical Approaches and Biological Evaluations


  • Résumé

    This document deals with the various aspects of molecular modeling of a protein in the extracellular matrix. In this work the thrombospondin signature domain is studied in detail, using various methods from different fields of science. Due to the complexity of the protein, a classical molecular dynamics and a quantum molecular approach is chosen to gain insights into the thrombospondin signature domain. During this process a new algorithm that allows to derive partial charges from ab-initio calculations has been developed. In order to run this algorithm in an efficient way new programming techniques, such as massive multiparallel programming on graphics processors has been used. Further new visualization methods have been either tried or developed effectively generating a new kind of art from the scientific results that have been obtained in this project. Besides these developments several interesting insights into the dynamics of thrombospondins have been revealed. We were able to identify the exchangeable ions within the thrombospondin signature domain, and were further capable to verify and extend existing models for a low calcium signature domain structure. Binding sites important for cancer drug design have also been evaluated using the molecular dynamics simulations.


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