Topic description
This PhD project aims to develop advanced software solutions for cryo-electron microscopy (cryo-EM) data analysis, modeling conformational heterogeneity, and identifying optimal binding candidates, by integrating image analysis and docking across multiple structural states. The new tools will be validated through their application to VCP/p97 data, a key protein that plays a central role in cellular homeostasis by extracting and unfolding damaged or unwanted proteins for their degradation [1]. The project will build on the image analysis software MDSPACE, which produces detailed maps of the conformational states of biomolecular complexes from cryo-EM images [2,3].
MDSPACE will be used to obtain a detailed map of the conformational states of VCP/p97, induced by nucleotide binding and miniprotein engagement. In parallel, a new docking software, MDSPACEdock, will be developed to enable rapid docking of potential ligands across the full conformational ensemble obtained by MDSPACE, rather than a single static structure. This multi-state docking approach will be based on a scoring function combining shape complementarity and approximate binding free energy in order to rank binding candidates while accounting for structural flexibility. By applying MDSPACEdock to wild-type VCP/p97 conformations obtained by MDSPACE from cryo-EM images, the project will identify the main binding candidates as well as their preferred binding conformations, thereby providing mechanistic insight into ligand–VCP recognition.
More broadly, the project will deliver computational tools and workflows for biomolecular conformational analysis from cryo-EM integrated with ligand selection, which will be applicable to other dynamic protein complexes.
References:
[1] Valimehr S, Sethi A, Shukla M, Bhattacharyya S, Kazemi M, Rouiller I. Molecular Mechanisms Driving and Regulating the AAA+ ATPase VCP/p97, an Important Therapeutic Target for Treating Cancer, Neurological and Infectious Diseases. Biomolecules; 13: .
[2] Vuillemot R, Mirzaei A, Harastani M, Hamitouche I, Frechin L, Klaholz BP, Miyashita O, Tama F, Rouiller I, Jonic S. MDSPACE: Extracting Continuous Conformational Landscapes from Cryo-EM Single Particle Datasets Using 3D-to-2D Flexible Fitting based on Molecular Dynamics Simulation. J Mol Biol. ;:. [3] Valimehr S, Vuillemot R, Kazemi M, Jonic S, Rouiller I. Analysis of the Conformational Landscape of the N-Domains of the AAA ATPase p97: Disentangling the Continuous Conformational Variability in Partially Symmetrical Complexes. Int J Mol Sci. ;25.
Starting date
-10-01Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)Funding further details
Development of methods for cryo-EM image analysis and protein docking to elucidate binder-induced conformational changes (PhD cotutelle with the University of Melbourne) • , Ile-de-France, FR
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