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Analyse bioinformatique des interactions intra-protéine et protéine-ligand. Application aux protéines membranaires et à la résistance aux ß-lactames

par Mbaye, Mame Ndew
Président du jury Bogaerts, Philippe
Promoteur Rooman, Marianne ;BALDE, Moussa
Co-Promoteur Gilis, Dimitri
Publication Non publié, 2019-09-19

Thèse de doctorat

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Résumé :

Nous avons analysé dans cette thèse deux problèmes biologiques concernant les protéines et leurs interactions par une approche de bioinformatique structurale. Dans la première partie, nous nous sommes focalisés sur les protéines impliquées dans la résistance des bactéries aux antibiotiques de la classe des ß-lactames. Ces antibiotiques se sont révélés très efficaces pour cibler les protéines de liaison à la pénicilline (PLPs), conduisant ainsi au blocage de la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne. Cependant, les avantages de ces médicaments sont limités en raison des mécanismes de résistance, dont le plus répandu est due aux ß-lactamases, des enzymes qui inactivent les molécules à base de ß-lactame. Nous nous sommes concentrés sur les PLPs et les ß-lactamases provenant d'entérobactéries, et avons comparé in silico leurs structures. Des différences notables ont été observées dans la cavité fonctionnelle au voisinage du site catalytique: quatre tyrosines sont bien conservées dans les PLPs, alors que leurs équivalents dans les ß-lactamases ont des propriétés physico-chimiques différentes. Ces tyrosines sont donc de bons candidats pour la conception de nouvelles molécules antibiotiques présentant une affinité et une spécificité accrues pour les PLPs, avec l'objectif de vaincre la résistance aux antibiotiques. Notre analyse a également permis d'identifier des résidus présentant des caractéristiques similaires dans la plupart des familles de ß-lactamases et des propriétés différentes dans les PLPs. Ceux-ci constituent des cibles intéressantes pour de nouvelles molécules à ß-lactame qui inhiberaient spécifiquement les ß-lactamases. L'approche in silico présentée ici peut être étendue à d'autres systèmes protéiques dans le but de guider et d'améliorer la conception rationnelle d'autres médicaments. Dans la deuxième partie de notre thèse, nous nous sommes focalisés sur les protéines membranaires, qui sont essentielles pour une grande variété de processus cellulaires tels que les mécanismes de signalisation et la régulation du métabolisme cellulaire. Pour cette raison, ils sont des cibles privilégiées de la recherche visant la conception de médicaments. Cependant, le nombre de structures résolues expérimentalement est très limité, essentiellement parce que leur intégration dans les membranes lipidiques complique leur caractérisation expérimentale. Le développement d'outils bioinformatiques ciblant cette classe de protéines est donc de toute première importance. Nous avons développé de nouveaux potentiels statistiques décrivant les interactions entre résidus qui prévalent dans les régions transmembranaires ou dans les régions extramembranaires des protéines membranaires. La comparaison de ces potentiels à ceux dérivés de protéines globulaires nous a donné une vue objective de la force relative des interactions entre acides aminés dans les différents environnements protéiques et de leur rôle dans la stabilisation des protéines. Des potentiels distincts ont également été dérivés des régions transmembranaires α-hélicoidales et en tonneaux ß, afin d'analyser leurs similarités et dissimilarités. Nous avons utilisé ces nouvelles fonctions énergétiques pour prédire si un résidu est situé dans la région trans- ou extramembranaire d'une protéine membranaire, et nous avons obtenu un score AUC de 83% en validation croisée, ce qui démontre leur précision. Leur application étant extrêmement rapide, ces potentiels peuvent être utilisés pour la conception de protéines membranaires et pour des analyses à grande échelle de la stabilité de ces protéines.