Analyse métaprotéomique pour l’étude des fonctionnalités du microbiote intestinal dans de grandes cohortes

Metaproteomics analysis to study functionalities of the gut microbiota in large cohorts

• Auteur / Autrice : Ariane Bassignani
• Direction : Catherine Juste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioinformatique
• Date : Soutenance le 30/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physiologie, physiopathologie et thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : MetaGenoPolis (Jouy-en-Josas, Yvelines ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Alessandra Carbone
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Sabatier, Alain Denise, Sandra Plancade, Magali Berland
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Armengaud, Delphine Pflieger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Flore intestinale

Protéome

Mots clés libres

Métaprotéomique

Réplicabilité

Grande ampleur

Microbiote intestinal

Quantification

Biomarqueurs

Metaproteomics

Replicability

Large-scale studies

Gut microbiota

Quantification

Biomarkers

Résumé

La métaprotéomique s’attache à identifier et quantifier les protéines d’échantillons biologiques complexes comme le microbiote intestinal humain. L’analyse de plusieurs centaines d’échantillons revêt un intérêt évident compte tenu de la reconnaissance croissante de cet écosystème en tant que partenaire santé. Cependant, les méthodes et protocoles utilisés jusqu’à ce jour en métaprotéomique ne sont pas adaptés à des études de grande ampleur. Nous avons développé des algorithmes, évalué et comparé plusieurs approches d’identification des peptides et protéines et proposé des critères d’évaluation systématiques, avec un intérêt particulier porté sur la réplicabilité des identifications, afin de développer un pipeline de prétraitement adapté à des études d’envergure. Ce travail apporte un socle méthodologique jusqu’ici manquant dans le domaine de la métaprotéomique du microbiote intestinal humain. Nous avons également comparé des méthodes de normalisation des XIC et développé une méthodologie d’imputation des données manquantes permettant d’affiner les estimations d’abondances obtenues par la méthode de SC. Ce travail de thèse a permis de mettre en évidence des biomarqueurs microbiens potentiellement d’intérêt pour prédire la réponse à un régime amaigrissant ou pour caractériser différents phénotypes de MICI. Nous avons également analysé le métaprotéome de plus de 200 patients dans le cadre de l’ANR ProteoCardis adossée au projet MetaCardis, et s’intéressant au lien possible entre microbiote intestinal et maladies cardiovasculaires. La recherche de protéines d’intérêt parmi ces données devrait permettre de découvrir des candidats biomarqueurs de maladies cardiovasculaires.

Metaproteomics focuses on identifying and quantifying proteins in complex biological samples such as the human gut microbiota. The analysis of several hundred of samples is of interest given the growing recognition of this ecosystem as a health partner. However, the methods and protocols used so far in metaproteomics are not suitable for large-scale studies. We have therefore developed algorithms, evaluated and compared several identification approaches for peptides and proteins and proposed systematic evaluation criteria, with a particular interest in the replicability of identifications, in order to develop a pre-treatment pipeline suitable for wide-ranging studies. This work bring a methodological base so far missing in the field of the metaproteomics of the human gut microbiota. Quantification of peptides and proteins by XIC has never been performed on this type of data, we have also compared normalization methods and developed a methodology for imputing missing data to refine the abundance estimations obtained by the more classical method of SC. This thesis work has highlighted microbial biomarkers of potential interest for predicting the response to a slimming diet, or to characterize various phenotypes of IBD. We have also been able to analyse the metaproteome of more than 200 patients in the framework of the ProteoCardis ANR, which is ancillary to the European project MetaCardis, and which focuses on the potential link between gut microbiota and cardiovascular diseases. The search for proteins of interest among these data should allow us to discover protective or aggravating candidate biomarkers of cardiovascular diseases.