Protéomique ciblée pour la quantification multiplexée de biomarqueurs, perspectives pour la surveillance environnementale - Archive ouverte HAL Access content directly
Reports Year : 2023

Protéomique ciblée pour la quantification multiplexée de biomarqueurs, perspectives pour la surveillance environnementale

Abstract

Although there is growing interest in the application of biological tools to assess environmental quality, the use of molecular tools (biomarkers) remains limited today (particularly in invertebrates) due to the existence of various technical and scientific obstacles. As demonstrated through previous INRAE-OFB programs on the sentinel species Gammarus fossarum, the implementation of active biomonitoring based on the caging of calibrated organisms from a single source population makes it possible to control the biological variability of the organisms used, thus facilitating the interpretation of the markers monitored. In parallel, we have been able to take advantage of the latest innovations in molecular biology for this species, and in particular to develop a proteogenomic approach in collaboration. This has led to the construction of lists of several hundred sequenced proteins in this crustacean, proteins that are specific to and associated with various physiological functions. At the same time, we demonstrated that, like the multi-residue approaches developed for contaminant assays, the mass spectrometry methods available in targeted proteomics can now quantify several dozen of these proteins in a single sample and in a single analysis, via the assay of specific biomarker peptides. The general aim of the study presented here was to extend these developments towards the operational implementation of these methodologies. To this end, we have pursued two lines of work. The first was to develop a high-throughput, automated proteomics data acquisition capability to enable the definition of reference values and the interpretation of variations in peptide concentrations in gammarids observed during biomonitoring campaigns (in situ caging at some 50 stations in the RCS monitoring network). The second area of research has opened up to other species of environmental interest already proposed as sentinels for monitoring freshwater, transitional and marine aquatic environments. Involving various national scientific partners, the study defined and demonstrated the application of a common strategy for the development of protein biomarkers measured on organs in six species (gammarus, common shrimp, white shrimp, zebra mussel, quagga mussel, stickleback). This strategy has involved an initial phase of protein marker definition, based on a proteogenomics approach (combining transcriptome sequencing and massive proteomics data acquisition) to document the catalog of proteins in the organs of interest in the various species. The reporter peptides of proteins of interest chosen from these catalogs (here associated with detoxification, osmoregulation or immunity) are identified in fine by targeted mass spectrometry.
Bien qu’une attente grandissante existe vis-à-vis de l’application d’outils biologiques pour l’évaluation de la qualité des milieux, l’utilisation des outils moléculaires (biomarqueurs) reste aujourd’hui limitée (particulièrement chez les invertébrés) du fait de l’existence de différents verrous techniques et scientifiques. Comme nous avons pu le démontrer par les travaux INRAE-OFB chez l’espèce sentinelle Gammarus fossarum, la mise en place d’une biosurveillance active basée sur l’encagement d’organismes calibrés provenant d’une unique population source, permet de contrôler la variabilité biologique des organismes utilisés, facilitant ainsi l’interprétation des marqueurs suivis. Nous avons par ailleurs pu bénéficier chez cette espèce des dernières innovations en termes de biologie moléculaire et notamment pu développer une approche dite de protéogénomique en collaboration avec le CEA (Marcoule - DMTS). Ceci a conduit à la construction de listes de plusieurs centaines de protéines séquencées chez ce crustacé, protéines spécifiques et associées à diverses fonctions physiologiques. Dans le même temps, en collaboration avec l’ISA (CNRS Lyon1), nous avons fait la preuve de concept qu’à l’instar des approches multi-résidus développées pour le dosage des contaminants, les méthodes de spectrométrie de masse disponibles en protéomique ciblée permettent aujourd’hui de quantifier sur un même échantillon et en une unique analyse plusieurs dizaines de ces protéines via le dosage de peptides spécifiques biomarqueurs. L’étude présentée ici a eu pour objectif général de prolonger cette dynamique vers la mise en oeuvre opérationnelle de ces méthodologies. Pour cela, deux axes de travail ont été poursuivis. Le premier axe a développé une capacité d’acquisition haut-débit et automatisée de données en protéomique ciblée pour permettre notamment la définition de valeurs de référence et l’interprétation des variations de concentrations en peptides observées lors de campagnes de biosurveillance (encagements in situ sur une cinquantaine de stations du réseau de surveillance RCS). Le deuxième axe a ouvert la réflexion à d’autres espèces d’intérêt environnemental déjà proposées comme sentinelles de la surveillance des milieux aquatiques d’eaux douces, de transition et marines. Associant différents partenaires scientifiques nationaux (SEBIO Reims / Le Havre / Ineris ; LIEC Metz), l’étude a permis de définir et de faire la démonstration de l’application d’une stratégie commune de développement de biomarqueurs protéiques mesurés sur organes chez six espèces (gammare, crevette bouquet, crevette blanche, dreissène, moule quagga, épinoche). Cette stratégie passe par une première phase de définition des marqueurs protéiques qui s’appuie sur une démarche de protéogénomique (couplage de séquençage du transcriptome et d’acquisition de données de protéomique massive) permettant de documenter le catalogue de protéines dans les organes d’intérêt chez les différentes espèces. Les peptides rapporteurs de protéines d’intérêt choisies parmi ces catalogues (ici associées à la détoxication, l’osmorégulation ou l’immunité) sont identifiés in fine en spectrométrie de masse ciblée.
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23_OFB_Action4_biomarqueurs_protéomiques.pdf (4.53 Mo) Télécharger le fichier
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Dates and versions

hal-04138910 , version 1 (23-06-2023)

Licence

Identifiers

  • HAL Id : hal-04138910 , version 1

Cite

Anabelle Espeyte, Davide Degli Esposti, Maxime Leprêtre, Hugo Detante, Kevin Sugier, et al.. Protéomique ciblée pour la quantification multiplexée de biomarqueurs, perspectives pour la surveillance environnementale : Application d’une stratégie généralisable entre espèces pour l’identification de protéines d’intérêt en biosurveillance. INRAE RiverLy. 2023. ⟨hal-04138910⟩
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