Développements méthodologiques en spectrométrie de masse pour l’analyse structurale de peptides naturels

Methodological developments in mass spectrometry for the structural analysis of natural peptides

• Auteur / Autrice : Elodie Logerot
• Direction : Christine Enjalbal
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie Biomoléculaire
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-….)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IBMM - Institut des Biomolécules Max Mousseron
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : F12. Sciences Analytiques des Biomolécules & Modélisation Moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Catherine Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Enjalbal, Antony Memboeuf, Vincent CARRé, Emmanuelle Sachon, David Touboul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuelle Sachon, David Touboul

Mots clés

Mots clés libres

Spectrométrie de masse

Peptide

Caractérisation structurale

CID/ETD/Mobilité ionique

Fragmentation

Séquençage De Novo

Mass Spectrometry

Peptide

Structural characterization

CID/ETD/Ion mobility

Fragmentation

De Novo sequencing

Résumé

Les peptides, présents dans de nombreux extraits naturels, constituent une classe de biomolécules à fort potentiel thérapeutique. Parmi les nombreuses modifications post-traductionnelles répertoriées, l’amidation C-terminale du squelette peptidique est considérée comme une signature d’activité biologique, d’où l’importance de s’intéresser plus particulièrement à ces peptides C-amidés. Cependant, ces peptides modifiés diffèrent d’uniquement 0.984 Da des peptides natifs présentant une fonction acide carboxylique C-terminale, résultant alors en une superposition de leurs massifs isotopiques en spectrométrie de masse. Cette particularité entraîne des difficultés pour la détection et la caractérisation spécifique des peptides amides en générant des spectres MS/MS potentiellement chimériques contenant des ions fragments issus des deux séquences. De plus, cette différence de masse peut également s’expliquer par certains couples de résidus où la modification acide/amide est localisée en chaîne latérale (acide aspartique/asparagine ou acide glutamique/glutamine), générant alors une problématique de régiosélectivité. Les travaux de thèse ont alors été focalisés sur la caractérisation structurale de peptides carboxylés et amidés par spectrométrie de masse en tandem sous activation CID et ETD d’ions moléculaires protonés et sodés. La spectrométrie de masse résolue en énergie a permis de différencier sans ambigüité des séquences amidées et carboxylées, à partir de leurs comportements de dissociations en phase gazeuse. Enfin, la spectrométrie de masse à ultra-haute résolution ainsi que les techniques séparatives conventionnelles comme la chromatographie liquide haute performance mais aussi l’électrophorèse capillaire ont été mises en œuvre pour sonder la faisabilité de détection et de quantification de traces du peptide acide en mélange avec le peptide amide.

Peptides that are present in many natural extracts, constitute a class of biomolecules with high therapeutic potency. Among the numerous archived post-translational modifications, the peptide backbone C-terminal amidation is considered as a signature of biological activity. We hence focused our attention on such C-amidated sequences. As a matter of fact, these modified peptides differ by only 0.984 Da from the native ones with a C-terminal carboxylic acid function, resulting in overlapping isotopic clusters in mass spectrometry. This particularity leads to difficulties for the detection and specific characterization of amidated peptides by generating potentially chimeric MS/MS spectra containing fragment ions issued from both sequences. Moreover, this mass difference can also be encountered with couples of residues where the acid/amide modification is localized in the side chain (aspartic acid/asparagine or glutamic acid/glutamine), thus generating regioselectivity concern. The thesis work was thus focused on the structural characterization of carboxylated and amidated peptides by tandem mass spectrometry under CID and ETD activations of protonated and sodiated ions. Energy-resolved mass spectrometry allowed the unambiguous differentiation of amidated and carboxylated sequences, based on their dissociation behavior in the gas phase. Finally, ultra-high resolution mass spectrometry as well as conventional separative techniques such as high performance liquid chromatography and also capillary electrophoresis were used to probe the feasibility of detecting and quantifying traces of the acidic peptide contaminating the amidated peptide.