Une nouvelle approche pour l'identification et quantification d'isomères de métabolites

par Yali Wang

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Philippe Maitre.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes , en partenariat avec Institut de Chimie Physique (laboratoire) , CAPRI (equipe de recherche) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 17-09-2018 .


  • Résumé

    L'identification et la quantification de biomarqueurs sont essentielles en recherche biomédicale. Les métabolites, dont les variations d'abondance traduisent l'apparition d'une maladie, sont des utiles pour le pronostic, notamment pour le diagnostic précoce et le suivi d'erreurs innées de métabolisme. La métabolomique est le nom générique pour l'étude des profils métabolomiques des systèmes biologiques. Le propos est d'identifier et quantifier un jeu de métabolites cibles au sein d'un échantillon. Une approche complémentaire, qualifiée de non-ciblée, repose sur la comparaison de profils métabolomiques d'échantillons analogues, avec pour objectif de discerner des différences corrélées à des réponses à des facteurs internes (maladie) ou externe (environnement). La spectrométrie de masse est aujourd'hui la méthode la plus utilisée en métabolomique. Dans le cas d'échantillon d'urine, une simple dilution ou une ultrafiltration de l'échantillon avant l'introduction dans le spectromètre de masse est suffisante. Cependant, dans la plupart des cas, la spectrométrie de masse doit être couplée à une technique séparative (chromatographie liquide ou gazeuse, ou électrophorèse capillaire). Ce couplage conduit à une amélioration de la résolution en masse. Ceci permet en particulier une meilleure résolution des espèces isobares et isomères. L'objectif du projet est de développer une méthode rapide et robuste pour la séparation et l'identification d'isomères de métabolites au sein de fluides biologiques complexes. Cette méthode sera mise en oeuvre avec un instrument prototype basé sur un spectromètre de masse tandem (MS/MS) interfacé avec un module de mobilité ionique différentielle (DIMS) et un laser infrarouge qui est développé dans notre laboratoire. Une séparation efficace d'isomères peut être obtenue avec le DIMS à une échelle de temps de 2 à 3 ordres de grandeur plus rapide que la chromatographie. L'identification est effectuée à l'aide d'un laser infrarouge qui permet une fragmentation spécifique d'un isomère suite à la sélection des ions en masse en en DIMS. Cette nouvelle méthodologie sera employée pour dériver le profil métabolique de fluides biologiques, avec une attention particulière sur la résolution des isomères de métabolites.

  • Titre traduit

    Identification and quantification of isomeric metabolites using a new and unique approach


  • Résumé

    The identification and quantification of biomarkers are essential cornerstones in the field of biomedical research. Metabolites, whose level changes are natural outcomes of the onset of many diseases, are important prognostic biomarkers, especially for the early diagnosis and monitoring of inborn errors of metabolism. Metabolomics is the generic name for the studies of metabolomics profiles in biological systems. The purpose of metabolomic profiling is to identify and quantify a targeted set of metabolites within a sample. A complementary approach, often called untargeted approach, relies on the comparison of metabolic profiles between analogous samples with the aim of tracking differences in response to some internal (disease) or external (environmental stimulus). Mass spectrometry is currently the most prevalent technique used in metabolomics studies. In cases such as urine, dilution or ultrafiltration of samples before the introduction into the mass spectrometer using atmospheric ionization is sufficient. In most of the cases, however, mass spectrometry has to be coupled with an efficient separation technique such as gas or liquid chromatography, or capillary electrophoresis. This coupling provides an enhancement of mass resolving and mass determining capabilities. This allows in particular for a better resolution of isobaric and/or isomeric species. The aim of our project is to develop a fast and robust method for the separation and identification of isomeric metabolites within complex biological fluids. This unique method can be performed using a prototype of an instrument based on tandem mass-spectrometer (MS/MS) interfaced with differential ion mobility spectrometry (DIMS) and an infrared laser which is being developed in our lab. An efficient isomeric separation can be achieved with DIMS on time scale that is several orders of magnitude faster than gas or condensed phase chromatography. Identification is performed using an isomer specific activation mode where DIMS- and mass-selected ions are irradiated at selected wavenumbers allowing for the specific fragmentation through an infrared multiple photon dissociation (IRMPD) process. This new methodology will be employed for the metabolomics profiling of biological fluids, with a special emphasis on the resolution of isomeric metabolites.