Prédiction computationnelle des préférences en acides aminés de domaines de liaison à des peptides potentiellement multispécifiques impliqués dans des interactions protéine-protéine

Résumé

Nous décrivons une méthodologie basée sur la diversification des séquences pour estimer les préférences en acides aminés des sites de liaison multispécifiques dans les interactions protéine-protéine (IPP). Dans cette stratégie, des milliers de ligands peptidiques potentiels sont générés et criblés in silico, surmontant ainsi certaines limites des méthodes expérimentales disponibles.

Résumé

De nombreuses interactions protéine-protéine impliquent la liaison de courts segments de protéines à des domaines de liaison aux peptides. Habituellement, de telles interactions nécessitent la reconnaissance de motifs linéaires à conservation variable. La combinaison de régions hautement conservées et plus variables dans les mêmes ligands contribue souvent à la multispécificité de la liaison, une propriété commune des enzymes et des protéines de signalisation cellulaire. La caractérisation des préférences en acides aminés des domaines de liaison aux peptides est importante pour la conception de médiateurs des interactions protéine-protéine (IPP). Les méthodes de calcul sont une alternative efficace aux techniques expérimentales souvent coûteuses et lourdes, permettant de concevoir des médiateurs potentiels qui peuvent ensuite être validés dans des expériences en aval. Ici, nous avons décrit une méthodologie utilisant l’application Pepspec du package de modélisation moléculaire Rosetta pour prédire les préférences en acides aminés des domaines de liaison aux peptides. Cette méthodologie est utile lorsque la structure de la protéine réceptrice et la nature du ligand peptidique sont toutes deux connues ou peuvent être déduites. La méthodologie commence par une ancre bien caractérisée du ligand, qui est prolongée par l’ajout aléatoire de résidus d’acides aminés. L’affinité de liaison des peptides générés de cette manière est ensuite évaluée par l’amarrage des peptides de squelette flexible afin de sélectionner les peptides avec les meilleurs scores de liaison prédits. Ces peptides sont ensuite utilisés pour calculer les préférences en acides aminés et pour calculer éventuellement une matrice position-poids (PWM) qui peut être utilisée dans d’autres études. Pour illustrer l’application de cette méthodologie, nous avons utilisé l’interaction entre les sous-unités du facteur de régulation 5 de l’interféron humain (IRF5), précédemment connu pour être multispécifique mais globalement guidé par un motif court conservé appelé pLxIS. Les préférences estimées en acides aminés étaient cohérentes avec les connaissances antérieures sur la surface de liaison d’IRF5. Les positions occupées par les résidus de sérine phosphorylables présentaient une fréquence élevée d’aspartate et de glutamate, probablement parce que leurs chaînes latérales chargées négativement sont similaires à celles de la phosphosérine.

Introduction

L’interaction entre deux protéines implique souvent la liaison de courts segments d’acides aminés à des domaines de liaison peptidiques, ressemblant à des interfaces protéine-peptide. Les protéines réceptrices impliquées dans de telles interactions protéine-protéine (IPP) ont souvent la capacité de reconnaître un certain ensemble de séquences de ligands qui se chevauchent mais divergent, une propriété connue sous le nom de multispécificité ^1,2. La reconnaissance multispécifique est une caractéristique de nombreuses protéines cellulaires, mais elle est particulièrement remarqua....

Protocole

1. Préparation initiale de l’interface protéine-peptide

1. Téléchargement de la structure du complexe protéine-protéine
   1. Accédez à la page d’accueil de la Banque de données sur les protéines (BDP) (https://www.rcsb.org/) et tapez l’ID de la base de données sur la structure du complexe protéine-protéine dans la boîte de recherche principale (Figure 2A). L’ID PDB pour la structure du dimère IRF5, utilisé comme exemple dans ce travail, est 3DSH¹⁹.
   2. Dans la page principale de la structure souhaitée, cliquez sur Télécharger les fichiers

Discussion

Le présent article décrit un protocole permettant d’estimer les préférences en acides aminés de sites de liaison potentiellement multispécifiques basés sur la diversification de séquences in silico. Peu d’outils informatiques ont été développés pour estimer les préférences en acides aminés des interfaces protéine-peptide 14,25,26. Ces outils ont un caractère prédictif, mais.......

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
BUDE Alanine Scan Server	University of Edinburgh	https://pragmaticproteindesign.bio.ed.ac.uk/balas/	doi: 10.1021/acschembio.9b00560
Rosetta Modeling Software	Rosetta Commons	https://www.rosettacommons.org/software	doi: 10.1002/prot.22851
UCSF Chimera	University of California San Francisco	https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/	doi: 10.1002/jcc.20084