Intégration de données publiques et analyses protéomiques pour révéler les mécanismes et biomarqueurs du dépôt de lipides dans la carcasse ou le muscle bovin

Public data integration and proteomic analysis to reveal bovine carcass or muscle lipid depots mechanisms and biomarkers

• Auteur / Autrice : Jeanne Bazile
• Direction : Muriel Bonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et Physiologie
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut National de la Recherche Agronomique (France). Unité Mixte de Recherche sur les Herbivores (Clermont-Ferrand, Puy-de-Dôme)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Lobaccaro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Etienne Paux, Isabelle Hue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Berri, Sébastien Dejean

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Bovins de boucherie

Mots clés libres

Biomarqueurs

Méta-analyse

Données publiques

Bovins

Biomarkers

Meta-analysis

Public data

Bovines

Résumé

L’équilibre entre les masses des tissus musculaire (TM) et adipeux (TA) conditionne le poids de carcasse et son rendement (rapport TM et TA), mais aussi les qualités sensorielle et nutritionnelle des viandes. Comprendre comment contrôler le rapport des masses de muscle relativement à celle des tissus adipeux reste un enjeu majeur pour les filières de production bovine. Les méthodes omiques ont abondamment été utilisées pour comprendre les mécanismes explicatifs de la variabilité du croît ou de la masse des tissus adipeux et musculaire chez le bovin. Cependant, à partir de cette masse de données, il n’est pas toujours aisé d’extraire ou de générer une information biologique synthétique. L’objectif de ma thèse était donc d’agréger et de ré-analyser des données publiques pour proposer des gènes ou protéines marqueurs de l’adiposité corporelle ou musculaire, compléter les connaissances disponibles ou identifier des manques de données. Pour ce faire, des techniques in silico et expérimentale ont été combinées. La majorité des données disponibles dans les bases publiques concernaient le muscle et étaient des données transcriptomiques, rarement protéomiques. Les résultats de 5 publications comparant le protéome musculaire de bovins divergents pour la teneur en lipides intramusculaires ont été agrégés pour identifier 50 protéines avec des abondances divergentes, dont 9 trouvées dans au moins 2 publications. Ces données ayant été obtenues chez des races précoces, nous avons analysé le protéome d’une race plus tardive. Le muscle Longissimus thoracis de bovins, Rouges des Prés divergents par les adiposités musculaire et corporelle ont été analysés par les techniques de shotgun et de 2DE. Sur les 47 protéines liées significativement aux dépôts adipeux dans le muscle ou la carcasse, 21 étaient communes avec les résultats publiés, et 26 n’avaient jamais été identifiées. En particulier, l’abondance d’APOBEC2 était fortement corrélée à l’adiposité de la carcasse et du muscle.Parmi les données issues de puces à ADN accessibles dans les bases de données publiques, 84 et 12 jeux de données relatifs, respectivement à la croissance musculaire et adipeuse, ont été sélectionnés. En raison de manques dans les métadonnées, seulement 33 (32 « TM », 1 « TA ») d’entre eux ont été rendus comparables par la mise à jour des noms de gène sur le génome bovin actuel (UCD1.2 ; collaboration avec Sigenae). Les données des 32 jeux de données « muscle » ont été catégorisées selon l’âge, la race, le sexe ou l’alimentation. Par catégorie, les données ont été regroupées et analysées par combinaison de valeurs p selon la méthode inverse normale (collaboration avec l’UMR Gabi). Pour la catégorie âge, facteur de variation majeur de la teneur en lipides intramusculaires, nous avons identifié 238 gènes (sur les 715 communs à 10 jeux de données) différentiellement exprimés dans le longissimus dorsi de bovins de 5 races. Parmi ces 238 gènes, 97 étaient différentiels dans au moins 2 des jeux de données analysés individuellement et la méta-analyse. Ils confirmaient par exemple la dynamique de régulation des métabolismes glycolytiques et oxydatif en fonction de l’âge des bovins. 17 gènes ont été identifiés comme différentiel selon l’âge exclusivement dans la méta-analyse. Parmi les gènes identifiés certains sont liés au métabolisme des lipides (APOE, LDLR, MXRA8) et d’autres pourraient induire (YBX1) ou réprimer (MAPK14, YWAH, ERBB2), la différenciation de cellules progénitrices musculaires vers le lignage adipeux. L’intégration de données publiques, notamment par la méta-analyse, a donc augmenté les connaissances sur les mécanismes biologiques et biomarqueurs contribuant au rapport TA/TM. Les relations entre les abondances des molécules identifiées et des critères d’adiposité restent à quantifier dans une perspective de validation des biomarqueurs.

Producing meat animals with adequate muscular and adipose masses (i.e. lean-to-fat ratio) is an economic challenge for the beef industry. The lean-to-fat ratio influence weight and yield of carcasses as well as the sensorial and nutritional quality of the meat. Omics methods have been widely used to understand mechanisms underlying the variability of the adipose and muscle tissue growth in the bovine. However, it is not always easy to extract or generate a synthetic biological information from this volume of data. The objective of my thesis was to aggregate and analyse public data to propose genes or proteins related to the lean-to-fat, and to identify data to be completed by experiment. To achive this goal, experimental and in silico methods were combined.Majority of available data in public databases were muscle transcriptomic data, and very rarely proteomic data. Data from 5 publications comparing muscle proteome of bovine breeds divergent in their intramuscular lipid content were aggregated and allowed the identification of 50 differently abundant proteins. Of these, 9 were concordant in at least 2 publications. As those data were obtained only in late-maturing breeds, we analysed proteome of “Rouges des Prés” cows which deposit fat in a later stage of development. Longissimus thoracis muscle of bovine “Rouges des prés”, that diverges in their muscular and corporal adiposity were analysed by shotgun and 2DE techniques. Of the 47 proteins significatively associated to adipose depots in muscle or carcass, 21 were common to published data and 26 had never been identified before. Particularly, APOBEC2 abundance was strongly correlated with both carcass and muscle adiposity.Among the microarray data available in the public databases, 84 and 12 datasets relative to muscular and adipose growth were selected, respectively. Because of missing metadata, only 33 (32 “MT” and 1 “AT”) were used and their identifiers updated on the current bovine genome (UCD1.2; collaboration with Sigenae). Data of 32 “muscle” datasets were categorized according to the age, breed, sex or nutrition. Data were regrouped by categories and analysed by p-value combination according to the inverse normal method (collaboration with Gabi UMR). For the age category, a major factor influencing intramuscular lipid content, we identified 238 genes differentially expressed between two ages in longissimus dorsi of bovine of 5 different breeds. Among these 238 genes, 97 were identified in at least 2 datasets analysed individually and in the meta-analysis. The meta-analysis confirmed the dynamic regulation of glycolytic and oxidative metabolisms depending on bovine age. 17 genes were exclusively identified in the meta-analysis as differentially expressed between two ages. Among the identified genes, some are linked to lipid metabolism (APOE, LDLR, MXRA8) and other may induce (YBX1) or repress (MAPK14, YWAH, ERBB2) the differentiation of muscle progenitor cells towards the adipose lineage.Integration of public data, in particular by the meta-analysis, provided a global view of biological mechanisms and biomarkers (genes or proteins) of the lean-to-fat ratio that were the most frequently identified in several breeds. The relationships between the abundances of the identified molecules and adiposity criteria remain to be quantified in a perspective of biomarker validation (prior to animal slaughter/ without the need to slaughter the animal).Integration of public data, in particular by the meta-analysis, allowing to aquire a global view of biological mechanisms and biomarkers (genes or proteins) of the AT to MT ratio. This approach will allow to check and evaluate carcass and muscle AT percentage from gene or protein abundance prior to animal slaughter/ without the need to slaughter the animal.