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Docking gros grain
  ADN - protéine
                    Pierre Poulain
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                  M2 BI – 11/2011
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Docking ?



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Amarrage moléculaire
The Machinery of Life D. Goodsell
Model of the bacterial cytoplasm
Pourquoi ?


                               fonction

                 interaction (complexe)


S. cerevisiae ∼ 4 000 protéines ∼ 2/3 en complexes
Krogan et al., Nature 440 : 637 (2006)




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intégrines αIIb + β3 (3FCS)




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sHSP 1GME 12-mère (1GME)




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nucléosome (1KX5)




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Docking in silico



     Prédire un complexe
     (macro)moléculaire


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Principe




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Principe (2)

Prédire un complexe (macro)moléculaire


               1. Exploration
          des associations possibles

               2. Évaluation
                         scoring



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Gros grain




     1 bille (grain) = n atomes




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Intérêt principal




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Un modèle de protéine




Zacharias, Protein Sci 12 : 1271 (2003)

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Résolution et modèle gros grain
trypsine et son inhibiteur (PDB 1BZX)




     tout-atome         Zacharias                            Cα
      (2133 part.)          (603 part.)                   (280 part.)

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Un modèle d’ADN




Poulain et al.,
J Comput Chem 39 : 2582 (2008)

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Un modèle d’ADN (2)




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PTools

           bibliothèque C++/Python [GPL]

                         protéine – ADN

                      atome – gros grain

     https://launchpad.net/ptools

Saladin et al., BMC Struct Biol 9 : 27 (2009)
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ATTRACT


        Amarrage
        gros grain
      systématique
     en corps rigides
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Amarrage gros grain




PP          Université Paris Diderot - Paris 7   26
Amarrage systématique




∼ 60 000 positions
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Amarrage en corps rigides
Rigid body docking




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6 degrés de liberté




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Énergie d’interaction


                    I
                                                                       J

                    Bij Cij                                                qi qj
     E=               8
                        − 6                        +
                    rij  rij                                                rij
          i∈I j∈J                                            i∈I j∈J



                                 = 15rij

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           Insights on protein-DNA recognition
                by coarse grain modelling

     P. Poulain, A. Saladin, B. Hartmann et C. Prévost
             J Comput Chem 29 : 2582 (2008)




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Étude de cas 1



     (a) ETS-1/DNA          (b) ARC/DNA                      (c) E2/DNA
       PDB 1K79              PDB 1PAR                        PDB 2BOP




                                                           (f) NFATC1/DNA
     (d) I-PpoI/DNA         (e) TBP/DNA                        PDB 1A66
       PDB 1A74              PDB 1YTB

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Modélisation gros grain




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Modélisation gros grain 2




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Résultats




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Étude de cas 2


              Modeling the early stage
           of DNA sequence recognition
       within RecA nucleoprotein filaments

    A. Saladin, C. Amourda, P. Poulain, N. Férey,
M. Baaden, M. Zacharias, O. Delalande et C. Prévost
        Nucleic Acids Res 38 : 6313 (2010)




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Les questions




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Quelques réponses




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D’autres questions




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D’autres méthodes




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D’autres réponses




 http://www.ibpc.fr/chantal/VR-RecA.m4v



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ATTRACT et les autres
High Ambiguity Driven biomolecular DOCKing (HADDOCK)
http://www.nmr.chem.uu.nl/haddock/
http://haddock.chem.uu.nl/services/HADDOCK/
haddock.php [server]
RosettaDock
http://graylab.jhu.edu/docking/rosetta/
http://rosettadock.graylab.jhu.edu/ [server]
Hex
http://hex.loria.fr/
http://hexserver.loria.fr/ [server]
DOT
http://www.sdsc.edu/CCMS/DOT/


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Complexes (macro)moléculaires

       = « machines » du vivant


     Comprendre leur organisation
                  ↓
             Docking




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Complexes (macro)moléculaires 2

         = xxxxxxxxx atomes


             Simulations
                  ↓
       gros grain + corps rigide




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Collaborateurs
DSIMB
Inserm UMR-S 665 et Université Paris Diderot - Paris 7 (Paris)
B. Hartmann
MTi
Inserm UMR-M 973 et Université Paris Diderot - Paris 7 (Paris)
A. Saladin
LBT
IBPC, CNRS UPR 9080 (Paris)
C. Amourda, O. Delalande, N. Férey, M. Baaden, C. Prévost
LCMBA
CMRS UMR 6001 et Université de Nice-Sophia Antipolis (Nice)
S. Fiorucci
Physik-Department
Technische Universität München (Munich)
M. Zacharias

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Références
Coarse-grained models for proteins
Tozzini V, Curr Opin Struct Bio 15 :144 (2005)
doi 10.1016/j.sbi.2005.02.005
Protein-protein docking with a reduced protein model accounting for
side-chain flexibility
Zacharias M, Protein Sci 12 :1271 (2003)
doi 10.1110/ps.0239303
Insights on protein-DNA recognition by coarse grain modelling
Poulain P et al., J Comput Chem 29 : 2582 (2008)
doi 10.1002/jcc.21014
PTools : an opensource molecular docking library
Saladin A et al., BMC Struct Biol 9 : 27 (2009)
doi 10.1186/1472-6807-9-27
Modeling the early stage of DNA sequence recognition within RecA
nucleoprotein filaments
Saladin A et al., Nucleic Acids Res 38 : 6313 (2010)
doi 10.1093/nar/gkq459
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Références 2
The Machinery of Life
Goodsell D S, Springer-Verlag (2009)
ISBN 978-0387849249
existe en français : La machinerie de la vie, EDP Sciences (2010)
Protein-protein complexes
Zacharias M, World Scientific (2010)
ISBN 978-1848163386
Understanding DNA : The Molecule & How It Works
Calladine C R, Drew H R, Luisi B et Travers A, Academic Press (2004)
ISBN 978-0121550899




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Crédits graphiques
     TopTechWriter US (Flickr, CC-BY-NC-SA)

     D. Goodsell (copyright)
                           http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/



     dullhunk (Flickr, CC-BY)



     Brintam (Flickr, CC-BY-NC)


     David Lanham (Findicons, NC)
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Cours docking gros grain

  • 1. Docking gros grain ADN - protéine Pierre Poulain pierre.poulain@univ-paris-diderot.fr M2 BI – 11/2011
  • 2. À l’exception des illustrations et images dont les crédits sont indiqués à la fin du document et dont les droits appartiennent à leurs auteurs respectifs, le reste de ce cours est sous licence Creative Commons Paternité (CC-BY). http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/fr/ PP Université Paris Diderot - Paris 7 2
  • 3. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 3
  • 4. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 4
  • 5. Docking ? PP Université Paris Diderot - Paris 7 5
  • 7. The Machinery of Life D. Goodsell
  • 8. Model of the bacterial cytoplasm
  • 9. Pourquoi ? fonction interaction (complexe) S. cerevisiae ∼ 4 000 protéines ∼ 2/3 en complexes Krogan et al., Nature 440 : 637 (2006) PP Université Paris Diderot - Paris 7 9
  • 10. intégrines αIIb + β3 (3FCS) PP Université Paris Diderot - Paris 7 10
  • 11. sHSP 1GME 12-mère (1GME) PP Université Paris Diderot - Paris 7 11
  • 12. nucléosome (1KX5) PP Université Paris Diderot - Paris 7 12
  • 13. Docking in silico Prédire un complexe (macro)moléculaire PP Université Paris Diderot - Paris 7 13
  • 14. Principe PP Université Paris Diderot - Paris 7 14
  • 15. Principe (2) Prédire un complexe (macro)moléculaire 1. Exploration des associations possibles 2. Évaluation scoring PP Université Paris Diderot - Paris 7 15
  • 16. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 16
  • 17. Gros grain 1 bille (grain) = n atomes PP Université Paris Diderot - Paris 7 17
  • 18. Intérêt principal PP Université Paris Diderot - Paris 7 18
  • 19. Un modèle de protéine Zacharias, Protein Sci 12 : 1271 (2003) PP Université Paris Diderot - Paris 7 19
  • 20. Résolution et modèle gros grain trypsine et son inhibiteur (PDB 1BZX) tout-atome Zacharias Cα (2133 part.) (603 part.) (280 part.) PP Université Paris Diderot - Paris 7 20
  • 21. Un modèle d’ADN Poulain et al., J Comput Chem 39 : 2582 (2008) PP Université Paris Diderot - Paris 7 21
  • 22. Un modèle d’ADN (2) PP Université Paris Diderot - Paris 7 22
  • 23. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 23
  • 24. PTools bibliothèque C++/Python [GPL] protéine – ADN atome – gros grain https://launchpad.net/ptools Saladin et al., BMC Struct Biol 9 : 27 (2009) PP Université Paris Diderot - Paris 7 24
  • 25. ATTRACT Amarrage gros grain systématique en corps rigides PP Université Paris Diderot - Paris 7 25
  • 26. Amarrage gros grain PP Université Paris Diderot - Paris 7 26
  • 27. Amarrage systématique ∼ 60 000 positions PP Université Paris Diderot - Paris 7 27
  • 28. Amarrage en corps rigides Rigid body docking PP Université Paris Diderot - Paris 7 28
  • 29. 6 degrés de liberté PP Université Paris Diderot - Paris 7 29
  • 30. Énergie d’interaction I J Bij Cij qi qj E= 8 − 6 + rij rij rij i∈I j∈J i∈I j∈J = 15rij PP Université Paris Diderot - Paris 7 30
  • 31. Protocole complet PP Université Paris Diderot - Paris 7 31
  • 32. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 32
  • 33. Étude de cas 1 Insights on protein-DNA recognition by coarse grain modelling P. Poulain, A. Saladin, B. Hartmann et C. Prévost J Comput Chem 29 : 2582 (2008) PP Université Paris Diderot - Paris 7 33
  • 34. Étude de cas 1 (a) ETS-1/DNA (b) ARC/DNA (c) E2/DNA PDB 1K79 PDB 1PAR PDB 2BOP (f) NFATC1/DNA (d) I-PpoI/DNA (e) TBP/DNA PDB 1A66 PDB 1A74 PDB 1YTB PP Université Paris Diderot - Paris 7 34
  • 35. Modélisation gros grain PP Université Paris Diderot - Paris 7 35
  • 36. Modélisation gros grain 2 PP Université Paris Diderot - Paris 7 36
  • 37. Résultats PP Université Paris Diderot - Paris 7 37
  • 38. Étude de cas 2 Modeling the early stage of DNA sequence recognition within RecA nucleoprotein filaments A. Saladin, C. Amourda, P. Poulain, N. Férey, M. Baaden, M. Zacharias, O. Delalande et C. Prévost Nucleic Acids Res 38 : 6313 (2010) PP Université Paris Diderot - Paris 7 38
  • 39. Les questions PP Université Paris Diderot - Paris 7 39
  • 40. Quelques réponses PP Université Paris Diderot - Paris 7 40
  • 41. D’autres questions PP Université Paris Diderot - Paris 7 41
  • 42.
  • 43. D’autres méthodes PP Université Paris Diderot - Paris 7 43
  • 44. D’autres réponses http://www.ibpc.fr/chantal/VR-RecA.m4v PP Université Paris Diderot - Paris 7 44
  • 45. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 45
  • 46. ATTRACT et les autres High Ambiguity Driven biomolecular DOCKing (HADDOCK) http://www.nmr.chem.uu.nl/haddock/ http://haddock.chem.uu.nl/services/HADDOCK/ haddock.php [server] RosettaDock http://graylab.jhu.edu/docking/rosetta/ http://rosettadock.graylab.jhu.edu/ [server] Hex http://hex.loria.fr/ http://hexserver.loria.fr/ [server] DOT http://www.sdsc.edu/CCMS/DOT/ PP Université Paris Diderot - Paris 7 46
  • 47. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 47
  • 48. Complexes (macro)moléculaires = « machines » du vivant Comprendre leur organisation ↓ Docking PP Université Paris Diderot - Paris 7 48
  • 49. Complexes (macro)moléculaires 2 = xxxxxxxxx atomes Simulations ↓ gros grain + corps rigide PP Université Paris Diderot - Paris 7 49
  • 50. Menu 1 Docking 2 Gros grain 3 PTools/ATTRACT 4 Études de cas 5 ATTRACT et les autres 6 Conclusion 7 Collaborateurs, références et crédits graphiques PP Université Paris Diderot - Paris 7 50
  • 51. Collaborateurs DSIMB Inserm UMR-S 665 et Université Paris Diderot - Paris 7 (Paris) B. Hartmann MTi Inserm UMR-M 973 et Université Paris Diderot - Paris 7 (Paris) A. Saladin LBT IBPC, CNRS UPR 9080 (Paris) C. Amourda, O. Delalande, N. Férey, M. Baaden, C. Prévost LCMBA CMRS UMR 6001 et Université de Nice-Sophia Antipolis (Nice) S. Fiorucci Physik-Department Technische Universität München (Munich) M. Zacharias PP Université Paris Diderot - Paris 7 51
  • 52. Références Coarse-grained models for proteins Tozzini V, Curr Opin Struct Bio 15 :144 (2005) doi 10.1016/j.sbi.2005.02.005 Protein-protein docking with a reduced protein model accounting for side-chain flexibility Zacharias M, Protein Sci 12 :1271 (2003) doi 10.1110/ps.0239303 Insights on protein-DNA recognition by coarse grain modelling Poulain P et al., J Comput Chem 29 : 2582 (2008) doi 10.1002/jcc.21014 PTools : an opensource molecular docking library Saladin A et al., BMC Struct Biol 9 : 27 (2009) doi 10.1186/1472-6807-9-27 Modeling the early stage of DNA sequence recognition within RecA nucleoprotein filaments Saladin A et al., Nucleic Acids Res 38 : 6313 (2010) doi 10.1093/nar/gkq459 PP Université Paris Diderot - Paris 7 52
  • 53. Références 2 The Machinery of Life Goodsell D S, Springer-Verlag (2009) ISBN 978-0387849249 existe en français : La machinerie de la vie, EDP Sciences (2010) Protein-protein complexes Zacharias M, World Scientific (2010) ISBN 978-1848163386 Understanding DNA : The Molecule & How It Works Calladine C R, Drew H R, Luisi B et Travers A, Academic Press (2004) ISBN 978-0121550899 PP Université Paris Diderot - Paris 7 53
  • 54. Crédits graphiques TopTechWriter US (Flickr, CC-BY-NC-SA) D. Goodsell (copyright) http://mgl.scripps.edu/people/goodsell/ dullhunk (Flickr, CC-BY) Brintam (Flickr, CC-BY-NC) David Lanham (Findicons, NC) PP Université Paris Diderot - Paris 7 54