MASTER «IN SILICO DRUG DESIGN» (2015-2016) Semestre 2 - Spécialité MMis - MACROMOLECULES BIOLOGIQUES Université Paris Diderot UE1 PROGRAMMATION EN DRUG DESIGN (7 ECTS) Responsable : O. TABOUREAU EC1 - Initiation la programmation (3 ECTS) (mutualisé avec M1BI-M2IPFB) Enseignants : P. FUCHS Responsable pédagogique : P. FUCHS Intitulé : Initiation à la programmation Objectifs : Former les biologistes à la programmation par le biais d'un langage ouvert et accessible aux novices : python. A l'issue de ce module, les étudiants devront être capables de faire leurs propres scripts d'analyse de résultats. - La notion de programmation - Introduction au langage Python - Notion d'objet en Python - Le module BioPython - L'API PyMol - Programmation objet en Python: classes et héritage - Scripting, wrap de programmes externes - Interface Python/C/R Partie pratique : Applications directes de la partie théorique avec comme finalité : - la rédaction d un script d'analyse de résultat de Blast? - la rédaction d'une commande/plugin PyMol Applications directes de la partie théorique avec comme finalité : - conception d'une classe minimale pour l'analyse de fichiers de séquence au format FASTA - interface avec un programme externe comme CLUSTALW - extension d'une classe pour parser les structures au format PDB examen ou projet Responsable pédagogique : O. TABOUREAU Intitulé : Projet de programmation EC2 - Projet de programmation (2 ECTS) Enseignants: O. TABOUREAU L objectif de ce projet de programmation est de confronter les étudiants à un exercice où ils devront appliquer leurs connaissances acquises en programmation python, R, Web et bases de données. Projets 1
EC3 - Programmation WEB (1 ECTS) (mutualisé avec M2IPFB) Enseignants :??? Responsable pédagogique :?? Intitulé : Programmation WEB L objectif de ce cours est de donner une initiation des services Web et de comprendre l architecture et les conceptions des sites via différents standards. Le langage HTML et Javascript pour la représentation des documents sera présenté ainsi que CSS pour la mise en page des sites web. examen ou projet EC4 - Bases de données en biologie et Drug Design (1 ECTS) (mutualisé avec M2IPFB) Enseignants : O. TABOUREAU Responsable pédagogique : O. TABOUREAU Intitulé : Bases de données en biologie et Drug Design Objectif : L objectif de ce module est de fournir une vue générale sur les bases de données permettant de fournir des informations biologiques associées aux petites molécules (activité biologiques, toxicologiques, effets secondaires, ). Le second objectif est une initiation au développement d une base de donnée en utilisant MySQL. Présentation des bases de données permettant de rechercher des informations biologique et toxicologique pour des petites molécules chimiques. Seront décrites les bases de données accessibles publiquement et les approches permettant d effectuer des recherches dans ces bases. - Présentation de MySQL - Initiation et application de MySQL pour créer une base de donnée. - rapport UE2 APPROCHES IN SILICO POUR LE DRUG DESIGN (6 ECTS) Responsable : G. MOROY EC1 - Initiation au Drug Design in silico (3 ECTS) (mutualisé avec M1BI) Enseignants : G. MOROY, J.L. FAULON Responsable pédagogique : G. MOROY Intitulé : Initiation au Drug Design in silico (commun avec M1BI) Objectif : La conception de médicaments ou drug design nécessite de plus en plus l utilisation d outils informatiques pour optimiser le temps et les coûts liés à la découverte de nouvelles molécules thérapeutiques. L objectif de cet enseignement est de présenter les bases théoriques, les algorithmes et les programmes utilisés pour mener à bien des recherches en drug design. En particulier les approches chemoinformatiques qui concernent l étude des molécules potentiellement thérapeutiques et les approches bioinformatiques basées sur la structure de la protéine ciblée. 2
*Représentation et manipulation des structures chimiques. *Les descripteurs moléculaires pour le criblage virtuel et les relations structure activité et structure propriété. *Introduction à la conception de médicaments par des approches basées sur la structure de la protéine ciblée (docking, criblage virtuel, flexibilité du récepteur). *Structure des protéines. *Outils online aidant à la conception de médicaments. 40 % de contrôle continu (TP), 60 % analyse d article. EC2 Macromolécules 3D (1 ECTS) (mutualisé avec toxico) Enseignants : D. FLATTERS, G. MOROY Responsable pédagogique : D. FLATTERS Partie I «Macromolécules 3D» (G. Moroy et D. Flatters) Structures 3D des macromolécules biologiques et visualisation sous Pymol (1 journée) Construction de modèles 3D de protéines par modélisation par homologie (1 journée) continu (2 compte rendus de TP sur la partie «Macromolécules 3D» EC3 Pharmacologie des systèmes (2 ECTS) (mutualisé avec toxico) Enseignants : O. TABOUREAU Responsable pédagogique : O. TABOUREAU Objectif : Un médicament bien que développé dans la majorité des cas, pour agir sur une cible donnée (protéine, ADN, ARN), possède aussi très souvent une activité (direct et indirect) sur d autres cibles ce qui peut entrainer une modification de l effet du médicament (inefficacité, effets secondaire sévères). Comprendre la pharmacologie d un médicament, c est à dire comprendre l action d un médicament a diffèrent niveaux de complexité (moléculaire, cellulaire, tissulaire, systèmes) permet de mieux prédire comment un patient va réagir a un médicament mais aussi d expliquer le développement d effets secondaires ou toxiques associés a la prise de ces médicaments. Les réseaux biologiques peuvent être exploiter pour une meilleure compréhension des effets des médicaments (et petite molécule en générale) au niveaux des systèmes biologiques (C est à dire la pharmacologie des systèmes). Définition de la pharmacologie des systèmes. Description des différentes sources de données utiles pour analyser l action d une molécule sur un système biologique. Présentation et application d un outil permettant de visualiser ce type de données. Présentation et une présentation orale sur ½ journée 3
UE3 INTEGRATION DES MOLECULES A LA BIOLOGIE DES SYSTEMES (3 ECTS) Responsable : K. AUDOUZE EC1 - Intégration des molécules à la biologie des systèmes «Chemical-Biology network» (3 ECTS) Enseignants : K. AUDOUZE, C. AZENCOTT Responsable pédagogique : K. AUDOUZE Intitulé : Intégration des molécules à la biologie des systèmes «Chemical-Biology network» Objectif: Notion sur les réseaux biologiques - Association composés chimiques-protéines-phenotypes (diseases, toxicité ) - Representation sous forme de réseaux (hiérarchique, circulaire ) - Les mesures associées a la topologie des réseaux - Outil pour développer et analyser des réseaux (Cytoscape) UE4 MODELISATION DES INTERACTIONS MOLECULAIRES (6 ECTS) Responsable : O. TABOUREAU EC1 Protein Interactions I (3 ECTS) (1 semaine mutualisée avec M1BI) & EC2 Protein Interactions II (1 ECTS) Enseignants : J. FERNANDEZ-RECIO Responsables pédagogiques : A-C. CAMPROUX, J. FERNANDEZ-RECIO Intitulé : Protein interactions Prédiction des interactions protéine. Prédiction des interfaces Protéine-protéine. Docking protéineprotéine. Méthodes de calcul pour définir des fonctions de score et d affinité. Modélisation de la flexibilité des associations protéine-protéine. Identification de hot-spot de liaison dans la conception des médicaments. Approches multi-docking moléculaires. Les étudiants apprendront l état de l'art des méthodes de calcul pour la prédiction des interactions protéine par des simulations de docking -amarrage. Ils seront en mesure d'approche des problèmes d'amarrage réelles de protéines et d'utiliser les méthodes disponibles et les serveurs Web pour la modélisation de la structure de complexe protéine-protéine à partir de sous-unités non reliées. Ils apprendront à intégrer des informations provenant du docking, de données de mutation, de conservation de séquence et de prédiction de site de liaison. 4
Responsable pédagogique : F. MAUREL Intitulé : Interactions non covalentes EC3 Interactions non covalentes (2 ECTS) Enseignant : F. MAUREL Interactions non covalentes dans les systèmes biologiques Cet EC se propose de présenter les principales interactions non covalentes qui s établissent au sein des systèmes biologiques ou dans les complexes ligand macromolécule biologique. L accent est mis sur les caractéristiques et les particularités (nature et intensité) de ces interactions. L objectif est de montrer en quoi ces forces se distinguent par leurs natures et leurs intensités des liaisons chimiques covalentes ce qui les amène à jouer un rôle incontournable pour assurer les structures tridimensionnelles des molécules du vivant ou pour guider l interaction d une petite molécule dans un récepteur biologique (protéine ou ADN). Nous montrerons comment il est possible de traduire les caractéristiques de chacune de ces forces dans des potentiels adaptés. Enfin, des stratégies de mise en œuvre de ces termes dans des calculs de modélisation moléculaire seront présentées. Une partie pratique sur ordinateur permettra d aborder des cas concrets ou chacune de ces forces joue un rôle particulier. Partie théorique (6 cours de 2h) Les interactions non covalentes : états de la matière et importance sur la structure tridimensionnelle des édifices biologiques, quelques ordres de grandeurs (cours n 1). Les principales interactions non covalentes et les potentiels classiques : Van der Waals (cours n 2), liaison hydrogène - liaison halogène (cours n 3), interaction hydrophobe (cours n 4) et interaction électrostatique (cours n 5). Le calcul des interactions non-covalentes dans les modélisations classiques : les difficultés à surmonter (cours n 6). Partie pratique (travail sur ordinateur : 2 séances de 4h) Les potentiels intermoléculaires dans les principaux logiciels de modélisation moléculaire : - Comparaison des champs de force AMBER et CHARMM sur le dimère de l eau - Etude de différents complexes moléculaires mettant en évidence le type de force : paire de base de l ADN, complexe liaison halogène, dimère du benzène, etc Evaluation des connaissances : Examen : 80% Contrôle continue sous forme de TP : 20% 5
UE5 INITIATION A LA RECHERCHE (9 ECTS) Responsables : K. AUDOUZE, O. TABOUREAU EC1 Initiation à la recherche en laboratoire (1 ECTS) Enseignants: L. REGAD Responsable pédagogique : L. REGAD Intitulé : Initiation à la recherche en laboratoire L'objectif de cette EC est de transmettre aux étudiants les principes d'une communication de qualité. Le programme s'articulera autour de trois principaux thèmes : - communication orale, - articles scientifiques, - rédaction de rapports. L enseignement consistera en une série de cours centrés sur ces thèmes et constamment illustrés d exemples (et contre-exemples). Les étudiants mettront ensuite en pratique ces concepts lors de la présentation orale d un article scientifique puis lors de la rédaction d'un rapport suite à une synthèse bibliographique. De manière transversale, les compétences acquises lors de ce module seront également réinvesties lors des différentes présentations de projets dans les autres UE du semestre 3. - connaître les principes fondamentaux de la transmission efficace d'un message lors d'une présentation orale (avec support) à un groupe - savoir extraire synthétiquement l'information d'un article scientifique - savoir effectuer une lecture critique d'un article scientifique - connaître les règles de base de la rédaction d'un article scientifique - savoir rendre compte d'un travail dans un rapport écrit Modalités d évaluation : projet (étude et présentation d un article scientifique, synthèse bibliographique) EC2 Découverte de l entreprise (1 ECTS) Responsables : V. GRUBER, G. MOROY Responsables pédagogiques : V. GRUBER, G. MOROY Intitulé : Découverte de l entreprise Sensibiliser les étudiants aux besoins en bioinformatique et connaissances en statistiques des entreprises. Cet enseignement illustrera l organisation et le fonctionnement des entreprises, l évolution de carrière du chercheur bio-informaticien et/ou bio-statisticien, la veille concurrentielle, lapropriété intellectuelle, les partenariats, les relations avec les plateformes, la création d entreprise. - Structure, organisation et fonctionnement d une entreprise - Stratégie R&D d une entreprise - Priorités d une entreprise - Savoir-faire, expertise, innovation - Evolution de la carrière de chercheur en entreprise - Développement de partenariats en R&D 6
- Veille concurrentielle - Propriété intellectuelle Des représentants de l Industrie participeront à cet enseignement. D anciens étudiants du P7, actuellement embauchés en entreprises, apporteront leurs témoignages. Une visite d entreprise (R&D) illustrera de manière concrète la réalité de l entreprise. Présentation d'une entreprise. (en cours) EC3 Stage d initiation à la recherche ou travail bibliographique (7 ECTS) Responsables : O. TABOUREAU, K. AUDOUZE Responsables pédagogiques : O. TABOUREAU, K. AUDOUZE Pendant cette période, l étudiant réalisera un travail de recherche ou bibliographique en «In Silico Drug Design». A l'issu de ce stage, un mémoire sera remis et une présentation effectué devant un jury. Modalités d évaluation : x Exposé x Rapport UE6 OPTION Responsable : O. TABOUREAU EC1 Chimie Bio-organique Enseignants : Responsable pédagogique : Intitulé : Chimie Bio-Organique Modalités d évaluation : Responsable pédagogique : Intitulé : Option pour le Drug Design EC2 Option pour le Drug Design Enseignants : 7