Nouvel outil de quantification de biomarqueurs couplant la spectroscopie optique et de la spectrométrie de masse, la Photo-SRM

par Quentin Enjalbert

Thèse de doctorat en Physico-Chimie

Sous la direction de Philippe Dugourd et de Jérôme Lemoine.

Soutenue le 08-11-2013

à Lyon 1 , dans le cadre de École doctorale de Physique et d’Astrophysique (Lyon) , en partenariat avec Institut Lumière Matière (laboratoire) et de Institut Lumière Matière (laboratoire) .

Le président du jury était Hélène Budzinski.

Le jury était composé de Yann Bretonnière, Yves Leblanc.

Les rapporteurs étaient Sandrine Sagan, Christophe Masselon.


  • Résumé

    La spectrométrie de masse apparaît au travers de la technologie SRM (Selected Reaction Monitoring) comme une alternative crédible aux tests immunologiques pour la quantification de biomarqueurs. Cependant, les limites de quantifications et de détections atteintes ne sont pas suffisantes pour réaliser des dosages cliniques. Afin d'améliorer les limites de détections, nous nous sommes intéressés au couplage de la spectroscopie optique avec la spectrométrie de masse pour le dosage de biomarqueurs. Ce couplage s'appelle la Photo-SRM. Je me suis donc appliqué, dans un premier temps, à étudier les propriétés optiques de biomolécules dans des domaines de longueurs d'ondes différents allant du VUV au visible. Par la suite, la preuve de concept de l'outil Photo-SRM a été réalisée. Suite à une modification instrumentale réalisée sur un spectromètre de masse de type triple quadripôle, un laser continu émettant des photons dans le domaine du visible, 532 nm, a été implémenté dans cet instrument. Cet outil a ensuite été appliqué pour un dosage multiplexé des protéines endogènes majoritaires du sérum humain. Ces protéines ont été dosées via des peptides protéotypiques contenant des cystéines. L'ensemble du sérum a donc été dérivé en amont de l'analyse. Nous avons souhaité appliquer la Photo-SRM au dosage des métabolites. En effet, dans de nombreuses pathologies, les métabolites et les protéines jouent un rôle important. Par exemple, les œstrogènes utilisés comme contraceptif ont un impact sur les concentrations des protéines de coagulation. Il semble donc intéressant de pouvoir étudier ces deux familles de biomolécules lors d'une même analyse. Enfin, avec l'avènement des instruments hybrides, tels que les Q-TOF et le Q-exactive, la quantification n'est plus réservée qu'à l'usage des instruments de type triple quadripôle. Ces instruments permettent de doser des biomolécules aux mêmes ordres de grandeur que les triples quadripôles en mode SRM. Ces instruments permettent également de réaliser des expériences de découvertes en protéomique. La modification instrumentale d'un Q-exactive, hybride quadripôle-Orbitrap, est présentée suivie d'expériences préliminaires. Ce couplage ouvre donc de nouvelles perspectives d'étude en quantification mais également en découverte protéomique

  • Titre traduit

    Photo-SRM, a new analytical tool for protein quantitation by mass spectrometry


  • Résumé

    Targeted mass spectrometry using selected reaction monitoring (SRM) has emerged as an alternative to immunoassays for protein quantification owing to faster development time and higher multiplexing capability. However, the SRM strategy is faced with the high complexity of peptide mixtures after trypsin digestion of whole plasma or the cellular proteome that most of the time causes contamination, irremediably, by interfering compounds in the transition channels monitored. This problem becomes increasingly acute when the targeted protein is present at a low concentration. In this work, the merit of laser-induced photo-dissociation in the visible region at 473 nm implemented in an hybrid quadrupole linear ion-trap mass spectrometer (photo-SRM) was evaluated for detection specificity of cysteine-containing. Compared with conventional SRM, photo-SRM chromatograms have improved detection specificity for most of peptides monitored. Comparison of the signals obtained for the best proteotypic peptides in SRM mode and those recorded by photo-SRM of cysteine-containing peptides for the same proteins reveals either increased (up to 10-fold) or similar signal to photo-SRM detection. Finally, photo-SRM has extended response linearity across a calibration plot obtained by diluting human plasma in rat plasma, down to the lowest concentrations. Hence, photo-SRM may advantageously complement conventional SRM in assay of proteins in complex biological matrices


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