remplacement moléculaire
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Remplacement Moléculaire. Utilisation d ’ un modèle de structure connue pour la détermination d ’ une structure inconnue. Généralités. Méthodes de résolution de structure: Les méthodes directes « ab initio » analyse statistique des intensités mesurées La fonction de Patterson - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Remplacement Moléculaire
Utilisation d’un modèle de structure connue pour la détermination d’une
structure inconnue
Généralités• Méthodes de résolution de structure:
– Les méthodes directes « ab initio »• analyse statistique des intensités mesurées
– La fonction de Patterson• sommation de Fourier basée sur les observables
– La méthode du Remplacement Moleculaire (RM)• utilisation d’un modèle par homologie
– La méthode de remplacement isomorphe mulitple (MIR)• introduction d’atomes lourds qui servent comme marqueur
– L’utilisation du signal anomal multiple (MAD)• un atome lourd donne une diffusion anomaleet SAD, SIRAS, MIRAS, …
• Règles communément admises pour le Remplacement Moléculaire:– 30% d’identité de séquence minimum (RMSD < 2Å)– Le modèle couvre 50% de la structure
Généralités• Nombre total de repliements: 1000 < N < 2000• Modèles pour le remplacement moléculaire
• Remplacement moléculaire:But: Trouver l’orientation du modèle afin d’en extraire les phases calculées et les combiner avec les données observées:
H.M. Berman et al. / FEBS Letters 587 (2013) 1036-1045 F. Long et al. / Acta Cryst D (2008) 125-132
2006
Patterson et Maximum de vraisemblance• Deux types de Remplacement Moléculaire :
– Basé sur la fonction de Patterson (Molrep, AMoRe, …)– Basé sur le Maximum de vraisemblance (CNS, Phaser, …)
Crystal Model
Patterson Patterson
Correlation
Crystal Model
Eo bs Em od el
Correlation
Patterson: Maximum de vraisemblance:
Patterson• Intérêt de la fonction de Patterson: sont calcul ne fait pas intervenir les
phases. Peut aussi être calculée à partir d’un modèle
• Recherche en six dimension:– Rotation ()– Translation (x, y, z)
r = Rr0 + T
Patterson• La carte des Patterson est une carte vectorielle : chaque pic correspond à
un vecteur entre atomes dans la maille.
Espace réel Patterson
• N atomes dans l’espace réel : (N2 - N) pics dans la Patterson, hors origine
Fonction de Rotation• Les vecteurs intramoléculaires dépendent uniquement de l’orientation de
la molécule, pas de sa position
Molécule
Vecteurs intramoléculairesCarte de Patterson
Vecteurs intramoléculairesVecteurs intermoléculaires
Fonction de Rotation• Rotation de la molécule, rotation des vecteurs intramoléculaires
Molécule
Vecteurs intramoléculaires
Vecteurs intramoléculairesVecteurs intermoléculaires
Carte de Patterson
Fonction de Rotation• Les vecteurs intramoléculaires sont en moyenne plus petit que les
vecteurs intermoléculaire• On prend un petit rayon d’intégration pour calculer la fonction de rotation• Réduction du bruit provenant des vecteurs intermoléculaires• Conventions:
Axe 2 : =180°Axe 6 : =60°
Angles d’Euler: α autour de l’axe z autour du nouvel axe y
γ autour de l’axe final z
Fonction de Rotation: Cible• La valeur à optimiser pour trouver la fonction de rotation est définie comme
un produit entre la fonction de Patterson observée et une rotation de la Patterson du model:
• Une région autour de l’origine est exclue (pic à l’origine)
Fonction de Translation• Objectif: comparaison des vecteurs intermoléculaires calculés avec la
Patterson observée
Modèle correctement orientéAxe 2 ( )
Si la molécule bouge, la symétrique bouge dans la direction opposée
Si la molécule se déplace, les vecteurs intermoléculaires se déplace du doubleQuand on compare les vecteurs intermoléculaires à la carte de Patterson il faut /2 le déplacement relatif pour placer la molécule.
ObsCalc
Fonction de Translation: Cible• Comme lors de la fonction de rotation il faut définir la cible à optimiser
pour la fonction de translation:– Un produit de fonction:
• Donne la composante de translation perpendiculaire à l’axe de symétrie.• A calculer pour chaque axe de symétrie.
Fonction de Translation: Cible• Comme lors de la fonction de rotation il faut définir la cible à optimiser
pour la fonction de translation:Une corrélation de Patterson:
NCS, Complexes & C°• Complexité croissante avec le nombre de molécule à chercher
• Calculer les fonctions de rotations et de translation pour chacunes– Cas de complexes
• Commencer avec la protéine la plus grosse et/ou ayant le plus de similarité de séquence
– Cas de symétrie non cristallographique (NCS):• Calculer le nombre de molécule par unité asymétrique:
– Volume de Mathews et pourcentage de solvant
• Eléments de symétrie non cristallographique:– Rotation– Translation
Maximum de vraisemblance• RM traditionnel consiste à faire des choix : résolution, rayon d’intégration,
modèle polyalanine ou non, …
• Maximum de vraisemblance: utilise notre connaissance de comment des erreurs du modèle affectent le calcul des facteurs de structures.– Si on a une bonne estimation des erreurs du modèle le maximum de
vraisemblance pondèrera le poids des données en fonction de la résolution• Utilisation de toute les données• Bien estimer les erreurs
– RMSD vs Identité de séquence– Différence entre chaine Latéralet chaine principale
Maximum de vraisemblance• Rotation
– Prédiction partielle de l’effet sur les facteurs de structures– Se fait dans la maille entière avec les contributions des molécules symétriques– Chronophage
• Translation– Chaque recherche prédit cette fois-ci l’ensembles des facteurs de structures– Utilité de définir les erreurs du modèle
• Calibration– Facteur D: fraction des facteurs de structures calculés corrélée au facteurs de
structures observés– Variance de la distribution des facteurs de structure
• Ces deux paramètres peuvent être estimés à partir de la valeur de A en fonction de la résolution
Programmes : AMoRe, MolRep, Phaser, BalbesAMoRe peut utiliser n’import quelle entrée avec laquelle on peut construire une densité
électronique (ou bien une densité électronique, ie cryo-EM)
1. TABLINGCalcule des coefficients Fourier à partir d’une densité électronique. Interpolation sur un réseau réciproque.
2. ROTINGCalcul de la fonction de rotation basé sur le chevauchement des fonctions de Patterson. On utilise par défaut un algorithme rapide définit par Crowther & Blow.
3. TRAINGCalcul de la transformation. On utilise quatre fonctions différentes:
a) CO (Centered Overlap) qui mésure le chevauchement de la Pobs et Pcalc et utilise utilise les carrés des intensités.
b) PT (Phased Translation function) qui utilise les carrés des amplitudes.c) HL (Harada-Lifchitz) calcules les fonctions de corrélation basé sur les intensités avec
une pois sur le chevauchement intermoléculaires.d) CC (Correlation Coefficient) calcules les fonctions de corrélation basé sur les
intensités.4. FITTING
Un affinement « corps rigides » par moindre carré.
Programmes : AMoRe, MolRep, Phaser, BalbesTitreTitre
Type de Recherche: Sorting, Rotation, Translation, Afinement,…
Type de Recherche: Sorting, Rotation, Translation, Afinement,…
DonnéesDonnées
ModèleModèle
RésolutionRésolutionOptions sur les facteurs B et sur le modèle (polyala, …) Options sur les facteurs B et sur le modèle (polyala, …)
Groupe d’espace (énantiomorphe!)Groupe d’espace (énantiomorphe!)
Type de Recherche: Sorting, Rotation, Translation, Afinement,…
Type de Recherche: Sorting, Rotation, Translation, Afinement,…
Programmes : AMoRe, MolRep, Phaser, BalbesTitreTitre
Type de Recherche: MR, Self Rotation, Recherche dans une carte, Transformation,…
Type de Recherche: MR, Self Rotation, Recherche dans une carte, Transformation,…
DonnéesDonnées
ModèleModèle
RésolutionRésolution
Options sur les facteurs B et sur le modèle (polyala, …) Options sur les facteurs B et sur le modèle (polyala, …)
Complétude du modèle et similaritéComplétude du modèle et similaritéNombre de molécule Par unité asymétriqueNombre de molécule Par unité asymétrique
SéquenceSéquence
Programmes : AMoRe, MolRep, Phaser, BalbesTitreTitre
Type de Recherche: Auto, Rotation, Translation, Packing,…Type de Recherche: Auto, Rotation, Translation, Packing,…
DonnéesDonnées
ModèleModèle
RésolutionRésolution
OptionsOptions
Similarité du modèleSimilarité du modèle
Nombre de molécule Par unité asymétriqueNombre de molécule Par unité asymétrique
SéquenceSéquence
Programmes : AMoRe, MolRep, Phaser, Balbes
TitreTitre
DonnéesDonnées
SéquenceSéquence
Options : Standard ou bien Test de modèles Options : Standard ou bien Test de modèles
Balbes :- Recherche le meilleur modèle, complet ou bien partiels (domaines)- Test des mélanges de modèle (Domaine 1 du PDB #1, Domaine2 du PDB#2, …)
>MyProtSeq1MASEQENCEPREM…>MyProtSeq2MASEQENCEDE…