Residue patterning in helix interiors.

The α-helix remains a focus of research because of its importance to protein folding and structure. Nevertheless, despite numerous empirical, computational, and theoretical studies, the fundamental structural properties governing their formation and stability are still unclear. We have examined the statistical occurrence of polar and apolar residue patterning in helical interiors in a large, non-redundant dataset, and compared these patterns with those found in other structural environments. While the familiar amphipathic distributions for both polar and apolar residues are evident, our analysis also finds significant differences between these distributions. Non-amphipathic signals can also be discerned within both distributions. Most interestingly, among various positional patterning, an analysis of immediate (i,i + 1) helical neighbours found: (i) clear neighbouring preferences, with high (low) occurrences of hydrophobics (hydrophilics) next to Gly, Pro, and short polar residues; (ii) high negative (positive) correlation between residue helical propensities and the degree of neighbouring hydrophobicity (hydrophilicity); and (iii) a preferred ordering among neighbours, implying an inherent helix directionality. Because (i,i + 1) helical pairs have limited side chain - side chain interactions, thermodynamic considerations cannot readily explain these observations, nor can evolutionary pressures that enhance tertiary interactions via amphipathicity, as this particular spacing does not segregate residues onto either the same or opposing helical faces. We suggest that the mechanism of helix formation may be partly responsible for these observations. In particular, the high negative correlation between residue helical propensities and neighbouring hydrophobicity suggests that hydrophobicity may play a more important role in helix formation than currently recognized. L’hélice α continue d’être l’objet de travaux de recherche compte tenu de son importance dans le repliement et la structure des protéines. Cependant, malgré de nombreuses études empiriques, informatiques et théoriques, les propriétés structurales fondamentales qui gouvernent leur formation et leur stabilité sont encore méconnues. Nous avons examiné l’occurrence statistique de résidus polaires et non polaires dans les patrons intérieurs des hélices dans une série de données exhaustives et non redondantes, et comparé ces patrons avec ceux trouvés dans d’autres environnements structuraux. Bien que la répartition amphipathique habituelle des résidus polaires et non polaires soit évidente, notre analyse révèle des différences considérables dans leur répartition respective. Des signaux non amphipathiques peuvent aussi être discernés à l’intérieur de ces deux types de répartition. Fait encore plus intéressant, parmi les différents patrons de position, une analyse des voisins adjacents (i,i +1) d’une hélice a révélé : (i) une préférence de voisinage claire, avec une forte occurrence de résidus hydrophobes (hydrophiles) à côté de résidus Gly, Pro et de courts résidus polaires; (ii) une forte corrélation négative (positive) entre la propension d’un résidu à former une hélice et le degré d’hydrophobicité du voisin; et (iii) un ordonnancement préférentiel parmi les voisins, impliquant une directivité inhérente de l’hélice. Puisque les paires hélicoïdales (i,i+1) possèdent des interactions entre les chaînes latérales, les considérations thermodynamiques ne peuvent véritablement expliquer ces observations; comme ne peuvent l’expliquer les pressions évolutives qui augmentent les interactions tertiaires en raison de l’amphipathie, car cet espacement particulier ne permet pas de ségréger les résidus sur les mêmes faces de l’hélice ou sur les faces opposées. Nous suggérons que le mécanisme de formation de l’hélice puisse être en partie responsable de ces observations. En particulier, la forte corrélation négative qui existe entre la propension d’un résidu à former une hélice et l’hydrophobicité adjacente suggère que l’hydrophobicité puisse jouer un rôle plus important dans la formation de l’hélice que ce qui est actuellement reconnu. [ABSTRACT FROM AUTHOR]