Quantification multiplexe de biomarqueurs d’intérêt clinique et de leurs protéoformes par spectrométrie de masse. Application à l’analyse de cohortes médicales

Multiplexed mass spectrometry based quantification of clinical biomarkers proteoforms. Application to clinical cohorts

• Auteur / Autrice : Arthur Viodé
• Direction : François Becher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 05/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etude du Métabolisme des Médicaments (LEMM) (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Claire Smadja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Becher, Claire Smadja, Arnaud Salvador, Christophe Hirtz, Virginie Redeker, Foudil Lamari
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Salvador, Christophe Hirtz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies neurodégénératives

Marqueurs biologiques

Protéines -- Analyse

Spectrométrie de masse

Mots clés libres

Protéoformes

Spectrométrie de masse

Quantification

Maladies neurodégénératives

Biomarqueurs

Proteoform

Mass spectrometry

Quantification

Neurodegenerative diseases

Biomarkers

Résumé

Les protéoformes désignent toutes les formes sous lesquelles une protéine peut être présente. Cela inclut les formes portant des modifications post-traductionnelles, les isoformes et les formes résultant d’épissages alternatifs. Ces modifications peuvent influer sur la fonction d’une protéine, d’où l’intérêt de développer des méthodes sensibles, spécifiques et robustes de quantification de protéoformes pour une meilleure compréhension de mécanismes pathologiques ou la recherche de biomarqueurs. L’objectif de ce travail a été d’exploiter les avantages de la spectrométrie de masse à haute résolution pour la caractérisation et la quantification de protéoformes de protéines associées à des maladies neurodégénératives. Nous nous sommes principalement intéressés à deux protéines, la C9ORF72 et l’alpha-synucléine. Dans un premier temps, une méthode de quantification des deux isoformes de la C9ORF72 a été développée et appliquée à une cohorte de 43 cerveaux humains comprenant des cas de démences fronto-temporale (DFT) avec ou sans mutation C9ORF72. Les résultats obtenus montrent pour la première fois par spectrométrie de masse une diminution d’environ 50% de l’isoforme longue de la C9ORF72 en présence de la mutation. Dans une seconde étape, nous avons élargi l’analyse à la quantification multiplexe de 49 protéines cérébrales potentiellement impliquées dans les DFT. En parallèle, nous nous sommes intéressés aux formes tronquées de l’alpha-synucléine. Leur quantification a été réalisée par une approche top-down dans des tissus cérébraux et une approche par bottom-up dans le liquide céphalorachidien (LCR). Enfin, l’analyse a été étendue à la quantification multiplexe de l’alpha-synucléine et de la protéine tau du LCR.

Proteoforms describe the complexity of protein forms. This includes forms with post-translational modifications, isoforms and forms resulting from alternative splicing. These modifications can influence the function of a protein, hence the interest in developing sensitive, specific and robust methods for the quantification of proteoforms for a better understanding of pathological mechanisms or biomarkers discovery. The objective of this work was to take advantage of high-resolution mass spectrometry for the characterization and quantification of proteoforms associated with neurodegenerative diseases. We mainly focused on two proteins, C9ORF72 and alpha-synuclein. First, a method for quantifying the two C9ORF72 isoforms was developed and applied to a cohort of 43 human brains including cases of frontotemporal dementia (FTD) with or without C9ORF72 mutation. The results obtained show for the first time by mass spectrometry a decrease of about 50% of the long isoform of C9ORF72 in the presence of the mutation. Then, we extended the analysis to the multiplex quantification of 49 brain proteins potentially involved in FTD. In parallel, we focused on the truncated forms of alpha-synuclein. Their quantification was performed by a top-down approach in brain tissue and a bottom-up approach in cerebrospinal fluid (CSF). Finally, the analysis was extended to the multiplex quantification of alpha-synuclein and tau protein in CSF.