Comme les projets précédents ⁽¹⁾, ces simulations ⁽²⁾ étudient la "Villin headpiece Subdomain" dans un modèle de solvant implicite de Generalized Born (GB). Cette protéine est un système au repliement très rapide. En utilisant la PS3, nous espérons compléter l'échantillonnage le plus étendu de ce système, dans ce modèle GB particulier qui n'a jamais été tenté, montrant probablement, une fois pour toutes, ses défauts et ses points forts, à la communauté de simulation.

⁽¹⁾  Projets 3191 à 3198
⁽²⁾  Projets 4000 à 4099

Ce que vous pouvez voir sur l'écran :

Dans la simulation PS3, l'épine dorsale de la protéine est représentée comme un ruban enfilant toute la chaîne protéique. Dans l'état plié, vous devriez voir trois morceaux de la colonne vertébrale qui sont chacun replié dans des formes hélicoïdales, ce sont les principaux éléments de structure secondaire dans la "Villin headpiece".

Presque toutes les liaisons entre les atomes dans la molécule sont représentés par des lignes fines. Les liaisons à des atomes d'hydrogène ne sont pas montrées dans cette représentation, afin de simplifier l'affichage.

Les premiers et derniers résidus de la chaîne polypeptidique sont affichés en représentation "boules et bâtons". Le premier résidu, ou N-terminal, est la leucine, et le dernier, ou C-terminal, est la phénylalanine. Occasionnellement, vous verrez la phénylalanine C-terminal associée avec les résidus phénylalanine constituant le cœur hydrophobe (voir plus loin ...). Il s'agit d'un contact non indigène et cela peut représenter une structure mal repliée.

Trois résidus phénylalanine constituent le cœur hydrophobe de la "Villin headpiece". Ces résidus sont représentés sous forme de tubes ou de "réglisse". Ces résidus sont vitaux pour le pliage de la "Villin headpiece" : ils sont hydrophobes (à savoir, répulsif à l'eau), et essayent de se plonger dans le cœur de la protéine repliée, afin d'éviter d'interagir avec le solvant.

Deux résidus sont indiqués en "spacefill" et sont importants pour les expériences sur ce système : le tryptophane en position 23 et l'histidine à la position 27. Le tryptophane est en mesure d'absorber la lumière bleue et ensuite ré-émettre cette énergie en tant que lumière qui est un peu plus rouge. Toutefois, si l'histidine est tout près, le tryptophane n'émet pas de lumière après l'absorption. L'énergie est alors transférée aux résidus histidine sous forme de chaleur. L'histidine est reconnue pour éteindre la fluorescence des résidus tryptophane. Ce système forme une sonde expérimentale pour savoir si le pliage s'est produit : si la protéine est pliée, ces résidus sont susceptibles d'être en contact, ce qui signifie que la molécule n'est pas très fluorescente. Si la protéine est dépliée, l'histidine n'est pas en contact avec du tryptophane, de sorte que la fluorescence est plus probable que le transfert d'énergie. Examiner les positions de ces deux résidus dans la simulation informatique est un important point de référence pour la comparaison avec les expériences de laboratoire.


Client : PS3
Nombre d'atomes : 582
Preferred deadline : 29 heures (1,20 jour)
Final deadline : 86 heures (3,60 jours)
Points : 275




Note de Cobra : Notre corps est composé d'eau pour une proportion d'environ 65-70 %. Nos organes "baignent" donc, ainsi que les cellules dont certaines peuvent même contenir jusqu'à 95 % d'eau. Il va de soi que les expériences à l'échelle moléculaire tiennent compte de ce facteur. Cette "eau" utilisée et/ou simulée dans les expériences est appelée "solvant", du fait de cette qualité, une eau dont les propriétés "naturelles" sont quelque peu modifiées pour jouer sur la salinité, l'acidité, le pH, la température, la polarisation, etc. Lorsque la simulation tient compte des interactions connues en présence de molécules d'eau, on parlera de "solvant explicite" et lorsqu'on s'affranchira plus ou moins de ces contraintes, aux fins de rapidité de calcul, on parlera de "solvant implicite". Les deux méthodes sont des approximations mais celle du "solvant explicite" se rapproche le plus de ce qui se passe dans la réalité. Des logiciels de plus en plus pointus et améliorés tentent d'éviter de longs calculs fastidieux tout en essayant d'arriver aux mêmes résultats. Generalized Born est l'un d'eux et décrit efficacement l'électrostatique de molécules dans l'environnement de l'eau, en représentant le solvant implicitement comme continuum avec les propriétés diélectriques de l'eau. Et c'est bien le modèle de solvant implicite qui est utilisé pour cette série de projets, mais un modèle avancé de Generalized Born qui prend davantage en compte l'exposition aux solvants.


Définitions et explications

- Diélectrique
- Loi de Coulomb
- Leucine
- Phénylalanine
- Tryptophane
- Histidine


Stanford - Texte original

"Like previous projects, these simulations are studying the villin headpiece subdomain, pictured above, in a Generalized Born (GB) implicit solvent model. This protein is a very fast-folding system. Using the PS3 we're hoping to complete the most extensive sampling of this system in this particular GB model that has ever been attempted, possibly showing the simulation community its faults and strengths, once and for all.

What you might see on the screen :

In the PS3 simulation, the protein's backbone is shown as a ribbon threading the whole protein chain. In the folded state, you should see three chunks of the backbone which are each folded into helical shapes; these are the main elements of secondary structure in the villin headpiece.

Almost all of the bonds between atoms in the molecule are represented by thin lines. The bonds to hydrogen atoms are not shown in this representation, to simplify the display.

The first and last residues in the polypeptide chain are shown in "ball and stick" representation. The first, or N-terminal, residue is leucine, and the last, or C-terminal, residue is phenylalanine. Occasionally you will see the C-terminal phenylalanine associated with the phenylalanine residues constituting the hydrophobic core (see below ...). This is a non-native contact and may represent a misfolded structure.

Three phenylalanine residues constitute the hydrophobic core of the villin headpiece. These residues are represented as tubes or "licorice." These residues are vital to the folding of the villin headpiece: they are hydrophobic (that is, water-avoiding), and try to bury themselves into the core of the folded protein in order to avoid interacting with the solvent.

Two residues are shown in "spacefill" which are important in experiments on this system: the tryptophan at position 23 and the histidine at position 27. Tryptophan is able to absorb blue light and then re-emit that energy as light that is a little redder. If the histidine is close by, however, the tryptophan does not emit light after absorption. Instead, the energy is transferred to the histidine residue as heat. The histidine is said to quench the fluorescence of the tryptophan residue. This sytem forms an experimental probe of whether folding has occurred: if the protein is folded, these residues are likely to be in contact, meaning that the molecule is not very fluorescent. If the protein is unfolded, the histidine is not in contact with the tryptophan so that the fluorescence is more likely than the energy transfer. Examining the positions of these two residues in the computer simulation is an important benchmark for comparison with laboratory experiments."