Analyse comparative des champs de force pour caractériser le R2 intrinsèquement désordonné

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14226 (2023) Citer cet article

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Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDP) jouent un rôle crucial dans de nombreuses maladies comme la maladie d'Alzheimer et la SLA en formant des fibrilles amyloïdes irréversibles. L'efficacité des champs de force (FF) développés pour les protéines globulaires et de leurs versions modifiées pour les IDP varie en fonction de la protéine spécifique. Cette étude évalue 13 FF, dont AMBER et CHARMM, en simulant la région R2 du domaine FUS-LC (région R2-FUS-LC), un IDP impliqué dans la SLA. En raison de la flexibilité de la région, nous montrons que l'utilisation de plusieurs mesures, qui évaluent les conformations locales et globales, et leur combinaison dans un score final sont importantes pour une évaluation complète des champs de force. Les résultats suggèrent que c36m2021s3p avec le modèle d'eau mTIP3p est le FF le plus équilibré, capable de générer diverses conformations compatibles avec celles connues. De plus, le modèle d'eau mTIP3P est plus efficace sur le plan informatique que ceux des FF AMBER les mieux classés avec des modèles d'eau à quatre sites. L'évaluation révèle également que les FF AMBER ont tendance à générer des conformations plus compactes que les FF CHARMM mais aussi plus de contacts non natifs. Les FF AMBER et CHARMM de premier plan peuvent reproduire les contacts intra-peptides mais sont sous-performants pour les contacts inter-peptides, ce qui indique qu'il y a place à amélioration.

Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDP) sont des protéines qui peuvent former différentes conformations en fonction de l'environnement et de leurs partenaires de liaison1. Certains PDI peuvent s’auto-agréger pour former des fibrilles amyloïdes qui adoptent la structure cross-β2. La structure cross-β est constituée de protéines/peptides du brin bêta qui sont empilés le long de la fibre, formant de longues feuilles bêta appelées protofibrilles. Enfin, des complexes de protofibrilles forment des fibrilles amyloïdes3.

Les fibrilles amyloïdes sont associées à des maladies4,5 telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, le diabète de type II, la sclérose latérale amyotrophique (SLA)4,6,7 et d'autres. La SLA est une maladie neurodégénérative rare8,9 où, dans 50 % des cas, le décès survient dans les trois ans suivant la première manifestation clinique10. Chez les patients SLA, des mutations d’acides aminés ont été trouvées dans la région de faible complexité (LC) de la protéine Fused in Sarcoma (FUS)11,12,13,14,15,16. Une agrégation irréversible de fibrilles amyloïdes a été observée dans la région FUS-LC mutée, alors que des fibrilles réversibles sont observées dans le type sauvage 11,16,17.

La protéine FUS humaine (526 résidus) est impliquée dans l'épissage et la transcription de l'ARNm. Le FUS-LC-core33–96 est impliqué dans la formation de fibrilles amyloïdes11,17,18,19,20,21 et contient quatre motifs répétés (R1-R2-R3-R4)17 (Fig. S1, cases violettes). Au sein de R1/R2, les motifs tandem [S/G]Y[S/G] ont été impliqués dans la formation de noyaux de fibrilles amyloïdes réversibles (RAC)17 (Fig. 1 et Fig. S1). On sait que la région R2 est plus importante pour la formation de fibrilles que R122,23. Les structures du FUS-LC-core33–9616,24 (Fig. 1) montrent que la région R2 a peu de contacts à longue distance avec le reste du domaine LC-core (Fig. S2). Par conséquent, la région R2-FUS-LC50-65 est un bon candidat pour étudier la fibrillation amyloïde.

Organisation du domaine de la protéine Fused in Sarcoma (FUS) complète. Le domaine FUS N-terminal de faible complexité (LC) (résidus 1 à 214) contient un domaine de type prion riche en QGSY (1 à 165, boîte violette) et une région riche en Gly (166 à 214, boîte rose). Dans le domaine riche en QGSY, il existe quatre motifs répétés (R1 – R2 – R3 – R4). Au sein de R2 (région R2-FUS-LC), il existe un noyau de fibrille amyloïde réversible (RAC 2) qui est impliqué dans la formation des fibrilles. Nous prenons uniquement la région R2-FUS-LC pour étudier la fibrillation FUS. À l’intérieur du carré rouge supérieur se trouvent deux conformations différentes résolues expérimentalement de la région R2-FUS-LC. A gauche, six représentants de la région R2-FUS-LC sélectionnés parmi les 20 modèles de la structure RMN (ID PDB : 5W3N16, « en forme de U »). A droite, le modèle cryo-EM de PDB ID : 7VQQ24, « en forme de L ». La figure a été préparée avec Microsoft PowerPoint et VMD v1.9.325 (https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/).