• Pour obtenir une caractérisation quantitative détaillée et complète des poches de surface et des vides intérieurs de protéines à l’aide de CASTp (Atlas Calculé de Topographie de Surface des protéines).

• Pour se familiariser avec la ressource en ligne CASTp.

Les protéines sont l’une des unités fondamentales importantes de toutes les cellules vivantes. Les protéines ont un large éventail de fonctions au sein de tous les êtres vivants. Certaines des fonctions importantes telles que la réplication de l’ADN, la catalyse des réactions métaboliques, le transport des molécules d’un endroit à un autre, etc. sont effectuées à l’aide de protéines.

Les éléments constitutifs des protéines sont des acides aminés. Les acides aminés sont constitués d’une fonction amine (-NH2) et d’un acide carboxylique (-COOH) ainsi que d’une chaîne latérale spécifique à chaque acide aminé. Il y a près de 20 acides aminés trouvés dans le corps humain qui varient généralement dans leurs groupes R. Dans les protéines, les acides aminés sont liés les uns aux autres au moyen de liaisons peptidiques. Une liaison peptidique est formée lorsque le groupe carboxyle d’un acide aminé est lié au groupe amino d’une autre molécule par une liaison covalente.

Les protéines diffèrent les unes des autres par leur structure, principalement par leur séquence d’acides aminés. La structure explique les différents niveaux d’organisation d’une molécule protéique. La structure protéique est classée en primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. La séquence linéaire la chaîne polypeptidique de l’acide aminé se réfère à la structure primaire des protéines. La liaison hydrogène intermoléculaire et intra-moléculaire entre les groupes amides dans la structure primaire de la protéine forme une structure secondaire. Les hélices alpha et les feuilles bêta sont les deux structures secondaires importantes de la protéine. La structure tridimensionnelle d’une seule molécule de protéine fait référence à la structure tertiaire. La structure quaternaire est formée de plusieurs molécules protéiques ou chaînes polypeptidiques.

L’interaction avec des molécules telles que le substrat, le ligand, l’ADN et d’autres domaines aide les protéines à remplir leur fonction spécifique. La structure tridimensionnelle de la protéine donne la forme et les caractéristiques physico-chimiques requises pour faciliter de telles interactions. La relation entre la structure de la protéine et sa fonction peut être étudiée à travers les informations structurelles des régions de surface de la protéine. En particulier, une étude des régions de surface des protéines permet de comprendre le mécanisme enzymatique, ce qui aide à déterminer la spécificité de liaison. En outre, les fonctions biologiques des structures protéiques (nouvellement résolues) avec une fonction inconnue peuvent être identifiées.

CASTp

Le serveur web CASTp (Computed Atlas of Surface Topography of proteins) est un outil en ligne qui localise, mesure et caractérise les poches sur les surfaces protéiques et les vides à l’intérieur des protéines. Ces poches et vides de surface sont les régions concaves des protéines qui sont généralement corrélées avec des activités de liaison. CASTp utilise la forme alpha et l’algorithme de poche développé en géométrie computationnelle (Jie Liang et al., 2003) pour délimiter et mesurer les poches et les vides superficiels des protéines. Dans CASTp, les poches de surface sont expliquées comme des régions concaves de protéines avec des sites de liaison à l’ouverture. Ces poches permettent également un accès facile aux molécules d’eau de l’extérieur. Les vides sont décrits comme des espaces vides cachés à l’intérieur des protéines, qui sont inaccessibles aux molécules d’eau après avoir éliminé tous les hétéroatomes de l’extérieur.

Figure 1: La poche de liaison (verte) de la protéase du VIH-1 (1hte). Le ligand Gr12397 (jaune) occupe le site de liaison.

Source de l’image: http://sts.bioengr.uic.edu/castp/examples.php

L’outil en ligne CASTp analyse toutes les poches de surface et les vides intérieurs sur la structure tridimensionnelle d’une protéine et donne également une caractérisation détaillée de tous les atomes associés à la formation de ces vides et poches. CASTp utilise à la fois le modèle de surface accessible aux solvants (surface de Richards) et le modèle de surface moléculaire (surface de Connolly) pour mesurer analytiquement la surface et le volume de chaque vide et de chaque poche. La surface accessible au solvant, également appelée surface moléculaire de Richards, est la surface d’une biomolécule accessible à un solvant. En plus de cela, CASTp mesure également la taille de chaque poche et ouverture de la bouche. Cela permet de déterminer l’accessibilité des sites de liaison à différents ligands et substrats. Le calcul ou l’analyse de surface des protéines à l’aide de CASTp présente un certain nombre d’avantages dans les études biologiques.

Les informations fonctionnelles annotées des protéines sont également incluses dans la nouvelle version de CASTp. Ces annotations sont dérivées de la Banque de données sur les protéines (PDB), de Swiss-Prot, ainsi que de l’Héritage mendélien en ligne chez l’Homme (OMIM), et cette dernière contient des informations sur les polymorphismes nucléotidiques simples variant (SNP) connus pour causer des maladies.