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Predicting substitutions to modulate disorder and stability in coiled-coils

Authors :
Paul Saighi
Sonia Longhi
Denis Gerlier
Elodie Laine
Alessandra Carbone
Yasaman Karami
Remy Vanderhaegen
Biologie Computationnelle et Quantitative = Laboratory of Computational and Quantitative Biology (LCQB)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS)
Sorbonne Université (SU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Immunobiologie des infections virales – Immunobiology of Viral Infections (IbIV)
Centre International de Recherche en Infectiologie - UMR (CIRI)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Architecture et fonction des macromolécules biologiques (AFMB)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Aix Marseille Université (AMU)
Institut de pharmacologie et de biologie structurale (IPBS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
ANR-11-BINF-0003,MAPPING,Vers une cartographie haute résolution des interactions protéiques à l'échelle du génome.(2011)
ANR-10-EQPX-0029,EQUIP@MESO,Equipement d'excellence de calcul intensif de Mesocentres coordonnés - Tremplin vers le calcul petaflopique et l'exascale(2010)
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Unité d'Entomologie médicale
Institut Pasteur d'Ho Chi Minh Ville
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre International de Recherche en Infectiologie (CIRI)
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut des Sciences du Calcul et des Données (ISCD)
Sorbonne Université (SU)
École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Analytical Genomics [LCQB] (LCQB-AG)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Biologie Paris Seine (IBPS)
Carbone, Alessandra
Source :
BMC Bioinformatics, BMC Bioinformatics, BioMed Central, 2020, 21 (S19), ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, 2020, 21 (S19), ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, 2020, 21 (S19), pp.573. ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, Vol 21, Iss S19, Pp 1-20 (2020)
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

Coiled-coils are described as stable structural motifs, where two or more helices wind around each other. However, coiled-coils are associated with local mobility and intrinsic disorder. Intrinsically disordered regions (IDRs) in proteins are characterized by lack of stable secondary and tertiary structure under physiological conditions in vitro. They are increasingly recognized as important for protein function. However, characterizing their behaviour in solution and determining precisely the extent of disorder of a protein region remains challenging, both experimentally and computationally. In this work, we propose a computational framework to quantify the extent of disorder within a coiled-coil in solution and to help design substitutions modulating such disorder. Our method relies on the analysis of conformational ensembles generated by relatively short all-atom Molecular Dynamics (MD) simulations. We apply it to the phosphoprotein multimerisation domains (PMD) of Measles virus (MeV) and Nipah virus (NiV), both forming tetrameric left-handed coiled-coils. We show that our method can help quantify the extent of disorder of the C-terminus region of MeV and NiV PMDs, without requiring the input MD trajectory to actually sample the unfolded states of these regions. Moreover, this study provided a conceptual framework for the rational design of substitutions aimed at modulating the stability of the coiled-coils. By assessing the impact of four substitutions known to destabilize coiled-coils, we derive a set of rules to control MeV PMD structural stability and cohesiveness. We therefore design two contrasting substitutions, one increasing the stability of the tetramer and the other increasing its flexibility. Consequently, our method can be considered as a platform to reason about how to design substitutions aimed at regulating flexibility and stability.

Details

Language :
English
ISSN :
14712105
Database :
OpenAIRE
Journal :
BMC Bioinformatics, BMC Bioinformatics, BioMed Central, 2020, 21 (S19), ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, 2020, 21 (S19), ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, 2020, 21 (S19), pp.573. ⟨10.1186/s12859-020-03867-x⟩, BMC Bioinformatics, Vol 21, Iss S19, Pp 1-20 (2020)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....373d02c948f3997f100a0ac4aafbe816