Développement de méthodes séparatives pour la caractérisation d’une glycoprotéine intacte : application à l’hormone chorionique gonadotrophine humaine

Development of separation methods for the characterization of a glycoprotein at the intact level : application to the human chorionic gonadotropin hormone

• Auteur / Autrice : Julien Camperi
• Direction : Nathalie Delaunay-Bertoncini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique
• Date : Soutenance le 08/11/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris. Bibliothèque
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie, Biologie, Innovation (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Arnaud Gautier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Delaunay-Bertoncini, Yves Combarnous, Valérie Pichon-Comparot, Thierry Fournier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marianne Fillet, Jean-Luc Veuthey

Mots clés

Mots clés libres

Chorionique Gonadotrophine humaine (hCG)

Protéine intacte

Glycosylation

Lc/ce-Ms

NanoLC-FT-ICR MS

Human Chorionic Gonadotropin (hCG)

Intact protein

Glycosylation

Lc/ce-Ms

NanoLC-FT-ICR MS

Résumé

La glycosylation est la forme la plus courante de modification post-traductionnelle (PTM) des protéines humaines, puisque plus de 70% d’entre elles sont glycosylées. Celle-ci régule de nombreuses propriétés biologiques comme leur stabilité, leur demi-vie et leur activité. Néanmoins, les protéines peuvent également présenter d'autres types de PTM, ce qui peut conduire pour une protéine donnée à un très grand nombre d'isoformes variant par leur masse, leurs propriétés biologiques et physico-chimiques et leur concentration dans les échantillons biologiques. Ainsi, caractériser une glycoprotéine comporte de nombreux défis et nécessite la mise en œuvre de méthodes séparatives très performantes et de détection très sensibles et informatives.La gonadotrophine chorionique humaine (hCG) est l’hormone spécifique de la grossesse humaine. Elle est essentielle au développement du placenta et du fœtus. Elle est composée de deux sous-unités hCGα et hCGβ qui sont fortement glycosylées (4 sites de N-glycosylation et 4 sites d’O-glycosylation). Récemment, des travaux ont montré une corrélation entre sa glycosylation et une bonne implantation du fœtus. Une caractérisation des ces glycoformes s’avère donc nécessaire.Par conséquent, de nouvelles méthodes en LC/CE-MS ont été développées pour la caractérisation de la hCG à l’échelle intacte en utilisant deux médicaments à base de hCG ayant des glycosylations différentes. Alors que la méthode en CZE-MS (TQ) a permis de différencier les profils des glycoformes de la sous-unité hCGα des deux médicaments, la complémentarité des méthodes RP- et HILIC-MS (qTOF) a conduit à leur identification.Pour limiter les erreurs potentielles d’identification dues au chevauchement des profils isotopiques, le profil de chaque isoforme a été résolu par FT-ICR MS. Dans ce but, une séparation au format nanoLC en mode RP a été développée, améliorant ainsi la sensibilité de la méthode d’un facteur 500 par rapport au format conventionnel. Cette méthode a permis de confirmer l’identification des glycoformes de la sous-unité hCGα. D’autre part, il a été possible d’obtenir des profils différents de glycosylation de la sous-unité hCGβ en favorisant leur ionisation par réduction de la hCG. Enfin, un traitement à la PNGase a conduit à l’élimination des N-glycanes pour l’obtention des profils d’O-glycosylation de la sous-unité hCGβ.

Glycosylation is the most common form of post-translational modifications (PTMs) of human proteins, since more than 70% are glycosylated. It regulates numerous biological properties including their stability, half-life, and activity. Nevertheless, proteins can also exhibit other types of PTMs that lead to a very large number of isoforms, varying in mass, properties and concentration in the biological samples. Therefore, the characterization of a glycoprotein is highly challenging and requires the use of powerful separation techniques and sensitive and informative detection modes.The human chorionic gonadotropin (hCG) is the hormone specific to human pregnancy. It is essential for the development of placenta and fetus. It is based on two heavily glycosylated subunits, hCGα and hCGβ, having 8 glycosylation sites (4 N- and 4 O-glycosylation sites). Some recent studies demonstrated that here is a correlation between the hCG glycosylation state and the fetus implantation. This is why the characterization of the hCG glycoformes is needed.Therefore, new LC/CE-MS methods were developed for the characterisation of hCG at the intact level using two hCG-based drugs having different glycosylation profiles. While the CZE-MS (TQ) method showed its potential for glycosylation fingerprinting, the complementarity of LC-(qTOF) MS methods in RP and HILIC modes allowed the identification of the glycoforms of the hCGα subunit.To limit the identification errors due to the overlapping of isotopic distribution patterns, the profile of each isoform was resolved by FT-ICR MS. For this purpose, a nanoLC separation in RP mode was developed, thus improving the sensitivity of the method by a factor 500 compared to the conventional format. This method allowed the confirmation of the identification of hCGα glycoforms. Then, it was possible to obtain different glycosylation patterns of the hCGβ by promoting its ionization after hCG reduction. Then, a PNGase treatment was carried out to remove the N-glycans in order to obtain the O-glycoprofiles of hCGβ isoforms.