Molecular simulations of protein disorder

ISSN： 1208-6002

Source： Biochemistry and Cell Biology, Vol.88, Iss.2, 2010-04, pp. : 269-290

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Abstract

Protein disorder is abundant in proteomes throughout all kingdoms of life and serves many biologically important roles. Disordered states of proteins are challenging to study experimentally due to their structural heterogeneity and tendency to aggregate. Computer simulations, which are not impeded by these properties, have recently emerged as a useful tool to characterize the conformational ensembles of intrinsically disordered proteins. In this review, we provide a survey of computational studies of protein disorder with an emphasis on the interdisciplinary nature of these studies. The application of simulation techniques to the study of disordered states is described in the context of experimental and bioinformatics approaches. Experimental data can be incorporated into simulations, and simulations can provide predictions for experiment. In this way, simulations have been integrated into the existing methodologies for the study of disordered state ensembles. We provide recent examples of simulations of disordered states from the literature and our own work. Throughout the review, we emphasize important predictions and biophysical understanding made possible through the use of simulations. This review is intended as both an overview and a guide for structural biologists and theoretical biophysicists seeking accurate, atomic-level descriptions of disordered state ensembles.Les protéines désordonnées abondent et jouent un rôle important dans tous les domaines du vivant. Les états désordonnés des protéines sont difficiles à étudier par les méthodes expérimentales en raison même de leur hétérogénéité structurale et de la tendance de ces protéines à s’agréger. Les simulations par ordinateur, que ces propriétés n’entravent pas, s’avèrent être un outil de choix pour caractériser les ensembles conformationels des protéines intrinsèquement désordonnées. Dans cet article, nous passons en revue les études par ordinateur des protéines désordonnées, en mettant l’accent sur la nature multidisciplinaire de ces travaux. Nous décrivons comment l’application des techniques de simulation à l’étude des états désordonnés s’inscrit dans le champ des approches expérimentales et bioinformatiques. Tout comme il est possible d’incorporer les données expérimentales dans les simulations, ces dernières fournissent des prédictions vérifiables par l’expérience. Ainsi, les simulations s’intègrent dorénavant dans les outils méthodologiques pour l’étude des ensembles conformationels des états désordonnés. Nous présentons des exemples récents de simulations d’états protéiques désordonnés tirés de la littérature scientifique et de nos propres travaux. Tout au long de cet article, nous soulignons le rôle-clé des simulations dans d’importantes prédictions touchant à la compréhension biophysique du vivant. Cette enquête se veut à la fois survol et guide pour les biologistes structuraux et les théoriciens intéressés par la description des états désordonnés à l’échelle atomique et moléculaire.