Modélisation moléculaire et Drug Design

1. Mastère recherche de Biochimie mention Biochimie Structurale et Fonctionnelle UE Bioinformatique Structurale Modélisation moléculaire et Drug Design Décembre 2004

2. Bon, j’ai mon modèle 3D,et maintenant, j’en fait quoi ?

3. Validation de mon modèle

4. Loi de Murphy: « Tout ce qui doit aller mal, ira mal; surtout si les choses sont aussi compliquées que les structures protéiques. » Validation structurale

5. Validation des empreintes Validation des modèles Validation structurale

6. Pourquoi un homme sain d’esprit passerai 40 ans de sa vie à rechercher des millions d’erreurs dans la PDB ? Validation structuraledes empreintes

7. Tout ce que nous savons sur les protéines vient des fichiers de la PDB. Si une empreinte est fausse, le modèle sera faux Les erreurs deviennent moins dangereuses quand nous les connaissons Parce que…

8. Les erreurs de frappe Les erreurs spécifiques au cristal Les erreurs spécifiques à la RMN Les erreurs les plus évidentes Les erreurs les plus improbables Les erreurs qui semblent les pires Que va-t-on vérifier ?

9. Comparaison avec l’empreinte (RMS, alignement…) Évaluer le repliement global (distribution des hydrophobes) Évaluer les paramètres structuraux de notre modèle Comment évaluer un modèle

11. rmsd = 4 Å Forme de la molécule rmsd = 3 Å Discrimination des chaines polypeptidiques rmsd = 2 Å Discrimination des chaînes latérales rmsd = 1.5 Å OK rmsd = 0.8 Å Discrimination des atomes rmsd = 0.4 Å très bonne rmsd = 0.2 Å le rêve Une bonne structure 3D..

12. Validation se fait par comparaison des paramètres structuraux du modèle avec des valeurs standards. Ces valeurs sont obtenues par: analyse de « bonnes » structures: RMSD moins de 1.2 Angstrom (rare) analyse des 300 meilleurs structures de la PDB (Protein DataBase) Analyse des 300 meilleurs fragments de la CSD (Cambridge Structural Database) Certains paramètres peuvent être obtenus par des calculs théoriques (ramachandran…) mais difficulté de discrimination des « bonnes » ou « mauvaises » structures. Evaluation structurale

13. Nomenclature: des angles (surtout V,T,I,L,R,Y,F,D,E) Poids (entre 0 et 1) Nom des chaînes Pas d’atomes manquants Présence de l’oxygène sur le C terminal … nomenclature.html Paramètres analysés

14. Nomenclature C-delta-1 et C-delta-2 semblent être les même donc 2 possibilités pour nommer les atomes

15. Nomenclature • L’angle de torsion chi-2, définie par C-alpha, C-beta, C-gamma, C-delta-1, doit toujours être compris entre -90 et 90 degrés

16. Symétrie: Consistance Convention pour la cellule Combien de molécule dans la cellule Symétrie importante Symétrie non cristallographique symmetry.html Paramètres analysés

17. Géométrie: Chiralité (exemple) Longueur des liaisons (exemple) Angle des liaisons (exemple) Angle de torsion (exemple) Angles oméga, chi1/chi2 Ramachandran (exemple) Cycle et plan (exemple) Proline Paramètres analysés

18. Angle de torsion

19. Cycles et Plan

20. En 1963, G. N. Ramachandran, C. Ramakrishnan et V. Sasisekharan présentent un article sur la représentation graphique des 2 plus important angles de torsion du squelette Ca (phi and psi) (J.Mol.Biol 7:95-99 (1963)). Le premier outil sérieux de vérification de la structure des protéines Ramachandran

21. Ramachandran

22. Ramachandran 33 résidus dans les zones les + favorables 2 résidus dans les zones permises

23. Structure: Distribution des résidus (inside/outside) Clash stériques Environnement Squelette a Chaînes latérales Molécules d’eau B-factor ou facteur de température Liaisons hydrogène Paramètres analysés

24. 2 atomes peuvent être distant au minimum de 1.4 Angstroms. (i.e. la distance inter-nucleaire doit être égale au minimum à la somme des rayons de Van der Waals radii minus 0.4 Angstrom) Des exceptions existent (liaisons entre les atomes…) Clash stérique

25. Vérification de la conformation des rotamères chi-1 avec une base de donnée 3D Chaînes latérales

26. Volume, Rayon de giration Léger Dense Protéine Protéines sont fortement repliées

27. Critères permettant de juger la validité de structures obtenues par RMN ou diffraction Méthodes et critères permettant d’évaluer la validité d’un modèle 3D En résumé

28. Une bonne structure 3D • Minimum d’angles de torsion non permis • Maximum de liaison H • Maximum de résidus hydrophobes non exposés • Maximum de résidus hydrophiles exposés • Minimum d’espace interstitiels

29. Une bonne structure 3D • Minimum de mauvais contact • Minimum de résidus chargés non exposés • Minimum du rayon de giration • Minima des énergies covalentes et non covalentes (van der Waals et coulomb)

30. Validation d’une structure de la PDB • La qualité des structures de la PDB peut être vérifiée avec PDBREPORT http://www.cmbi.kun.nl/gv/pdbreport/

32. pdbreport_1crn.html

33. Plus de 25 000 structures PDB analysées Plus de 20 millions de problèmes répertoriés (nomenclature des acides aminés, atomes manquants, chaîne latérale de HIS, ASN, GLN…, conformation du squelette Ca etc…) PDBREPORT

34. Validation d’un modèle • Les nouvelles structures et modèles peuvent être vérifiés en utilisant des outils disponibles via le web ou en téléchargement.

35. What IF Web Server – http://swift.cmbi.kun.nl/WIWWWI/ Biotech Validation Suite – http://biotech.ebi.ac.uk:8400/ Verify3D -http://shannon.mbi.ucla.edu/DOE/Services/Verify_3D/ VADAR – http://redpoll.pharmacy.ualberta.ca/vadar/ Rampage – http://raven.bioc.cam.ac.uk/rampage.php Molprobity – http://kinemage.biochem.duke.edu/molprobity/index.html Via le web

36. What IF Web Server

37. What IF Web Server

38. What IF Web Server pdbout_1crn.txt

39. Biotech Validation Suite

40. Biotech Validation Suite

41. Biotech Validation Suite

42. Biotech Validation Suite

43. RAMPAGE

44. RAMPAGE rampage_1crn.pdf

45. MOLPROBITY

46. MOLPROBITY

47. MOLPROBITY

48. PROCHECK - http://www.biochem.ucl.ac.uk/~roman/procheck/procheck.html PROSA II - http://www.came.sbg.ac.at/Services/prosa.html VADAR - http://redpoll.pharmacy.ualberta.ca/vadar DSSP - http://www.cmbi.kun.nl/gv/dssp/index.html WHAT IF – http://www.cmbi.kun.nl/gv/whatif/ Logiciels de validation structurales

49. DRUG DESIGN © www.pinkpigpage.com