Chapter 4: Protein Function

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4.3:

Conservation des sites de liaison au ligand

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Conserved Binding Sites

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En général, les sites de liaison du ligand sont situés dans des groupes d’acides aminés spécifiques ou des domaines dédiés à un certain type d’interaction. Les parties qui sont essentielles à la fonction d’un domaine, comme la liaison au ligand restent inchangées pendant l’évolution, parce que, en règle générale, les mutations qui éliminent les fonctions vitales sont supprimées par la sélection naturelle. Par exemple, de nombreuses protéines nucléaires, y compris les facteurs de transcription, contiennent des domaines FF qui se lient à l’ARN polymérase II.Ces domaines obtiennent leur nom des deux acides aminés de phénylalanine qu’ils contiennent sur des hélices séparées.Ces acides aminés de phénylalanine, avec quelques autres acides aminés hautement conservés, forment un ensemble hydrophobe sur le site de liaison. Le remplacement de ces acides aminés perturberait la formation de cette structure spécifique, et affecterait donc sa capacité à se lier à l’ARN polymérase II.Les scientifiques utilisent le traçage évolutif pour trouver des régions de domaines conservées. Ceci est réalisé en comparant le génome et les séquences protéiques de domaines similaires et en identifiant des acides aminés qui restent inchangés.L’analyse ultérieure de ces séquences associées permet d’identifier des groupes formés par les acides aminés conservés. Ces données peuvent être utilisées pour créer des modèles 3D afin de déterminer les formes des protéines, ainsi que les structures optimales de leurs sites de liaison en analysant les séquences et les structures conservées aident les scientifiques à comprendre les relations évolutives entre les protéines et leur permet également de prédire les sites de liaison de nouvelles protéines contenant des groupes comparables.

4.3:

Conservation des sites de liaison au ligand

Le rôle biologique de nombreuses protéines dépend de leurs interactions avec leurs ligands, de petites molécules qui se lient à des emplacements spécifiques sur la protéine connus sous le nom de sites de liaison aux ligands. Les sites de liaison aux ligands sont souvent conservés parmi les protéines homologues car ces sites sont critique pour la fonction des protéines.

Les sites de liaison sont souvent situés dans de grandes poches, et si leur emplacement sur la surface d’une protéine est inconnu, il peut être prédit à l’aide de diverses approches. La méthode énergétique analyse informatiquement l’énergie d’interaction de différents résidus d’acides aminés avec le ligand et prédit ceux où l’énergie de liaison est au minimum pour être des sites de liaison potentiels. Cependant, l’examen des séquences conservées est souvent utilisé en conjonction avec d’autres méthodologies pour améliorer davantage cette prédiction. Les résidus structurellement conservés peuvent être utilisés pour faire la distinction entre les sites de liaison et les surfaces de protéines exposées. Les acides aminés, Trp, Phe et Met, sont hautement conservés dans les sites de liaison, et aucune conservation de ce type n’est observée dans le cas des surfaces protéiques exposées.

Divers outils de calcul peuvent prédire les sites de liaison à l’aide d’un mélange de méthodologies de sites de liaison structurels, énergétiques et conservés. ConCavity est un outil qui peut être utilisé pour prédire les poches de liaison de ligand 3D et les résidus de liaison de ligand individuels. L’algorithme utilisé intègre directement des estimations de conservation de séquence évolutive avec une prédiction basée sur la structure. Un autre outil, MONKEY, est utilisé pour identifier les sites de liaison aux facteurs de transcription conservés dans des alignements multispécifiques. Il utilise des modèles de spécificité des facteurs et d’évolution des sites de liaison pour calculer la probabilité que les sites putatifs soient conservés et attribuer une signification statistique à chaque prédiction.

Suggested Reading

Ma, B., Elkayam, T., Wolfson, H., & Nussinov, R. (2003). Protein–protein interactions: structurally conserved residues distinguish between binding sites and exposed protein surfaces. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100(10), 5772-5777.
Tsujikawa, H., Sato, K., Wei, C., Saad, G., Sumikoshi, K., Nakamura,S., … & Shimizu, K. (2016). Development of a protein–ligand-binding site prediction method based on interaction energy and sequence conservation. Journal of structural and functional genomics, 17(2-3), 39-49.
Capra, J. A., Laskowski, R. A., Thornton, J. M., Singh, M., & Funkhouser, T. A. (2009). Predicting protein ligand binding sites by combining evolutionary sequence conservation and 3D structure. PLoS Comput Biol, 5(12), e1000585.
Moses, A. M., Chiang, D. Y., Pollard, D. A., Iyer, V. N., & Eisen, M. B. (2004). MONKEY: identifying conserved transcription-factor binding sites in multiple alignments using a binding site-specific evolutionary model. Genome biology, 5(12), 1-15.