Development of metabolic labeling strategies to study changes in protein expression

Résumé : Les progrès techniques de la spectrométrie de masse (MS) ont contribué au récent développement de la protéomique. Cette technique peut actuellement détecter, identifier et quantifier des milliers de protéines. Toutefois, elle n'est pas encore assez puissante pour fournir une analyse complète des modifications du protéome corrélées à des phénomènes biologiques. Notre objectif était le développement d'une nouvelle stratégie pour la détection spécifique et la quantification des variations du protéome, basée sur la mesure de la synthèse des protéines plutôt que sur celle de la quantité de protéines totale. Pour cela, nous volions associer le marquage pulsé des protéines par des isotopes stables avec une méthode d'acquisition MS basée sur le balayage des ions précurseurs (precursor ion scan, ou PIS), afin de détecter spécifiquement les protéines ayant intégré les isotopes et d'estimer leur abondance par rapport aux protéines non marquées. Une telle approche peut identifier les protéines avec les plus hauts taux de synthèse dans une période de temps donnée, y compris les protéines dont l'expression augmente spécifiquement suite à un événement précis. Nous avons tout d'abord testé différents acides aminés marqués en combinaison avec des méthodes PIS spécifiques. Ces essais ont permis la détection spécifique des protéines marquées. Cependant, en raison des limitations instrumentales du spectromètre de masse utilisé pour les méthodes PIS, la sensibilité de cette approche s'est révélée être inférieure à une analyse non ciblée réalisée sur un instrument plus récent (Chapitre 2.1). Toutefois, pour l'analyse différentielle de deux milieux de culture conditionnés par des cellules cancéreuses humaines, nous avons utilisé le marquage métabolique pour distinguer les protéines d'origine cellulaire des protéines non marquées du sérum présentes dans les milieux de culture (Chapitre 2.2). Parallèlement, nous avons développé une nouvelle méthode de quantification nommée IBIS, qui utilise des paires d'isotopes stables d'acides aminés capables de produire des ions spécifiques qui peuvent être utilisés pour la quantification relative. La méthode IBIS a été appliquée à l'analyse de deux lignées cellulaires cancéreuses complètement marquées, mais de manière différenciée, par des paires d'acides aminés (Chapitre 2.3). Ensuite, conformément à l'objectif initial de cette thèse, nous avons utilisé une variante pulsée de l'IBIS pour détecter des modifications du protéome dans des cellules HeLa infectée par le virus humain Herpes Simplex-1 (Chapitre 2.4). Ce virus réprime la synthèse des protéines des cellules hôtes afin d'exploiter leur mécanisme de traduction pour la production massive de virions. Comme prévu, de hauts taux de synthèse ont été mesurés pour les protéines virales détectées, attestant de leur haut niveau d'expression. Nous avons de plus identifié un certain nombre de protéines humaines dont le rapport de synthèse et de dégradation (S/D) a été modifié par l'infection virale, ce qui peut donner des indications sur les stratégies utilisées par les virus pour détourner la machinerie cellulaire. En conclusion, nous avons montré dans ce travail que le marquage métabolique peut être employé de façon non conventionnelle pour étudier des dimensions peu explorées en protéomique. Summary : In recent years major technical advancements greatly supported the development of mass spectrometry (MS)-based proteomics. Currently, this technique can efficiently detect, identify and quantify thousands of proteins. However, it is not yet sufficiently powerful to provide a comprehensive analysis of the proteome changes correlated with biological phenomena. The aim of our project was the development of ~a new strategy for the specific detection and quantification of proteomé variations based on measurements of protein synthesis rather than total protein amounts. The rationale for this approach was that changes in protein synthesis more closely reflect dynamic cellular responses than changes in total protein concentrations. Our starting idea was to couple "pulsed" stable-isotope labeling of proteins with a specific MS acquisition method based on precursor ion scan (PIS), to specifically detect proteins that incorporated the label and to simultaneously estimate their abundance, relative to the unlabeled protein isoform. Such approach could highlight proteins with the highest synthesis rate in a given time frame, including proteins specifically up-regulated by a given biological stimulus. As a first step, we tested different isotope-labeled amino acids in combination with dedicated PIS methods and showed that this leads to specific detection of labeled proteins. Sensitivity, however, turned out to be lower than an untargeted analysis run on a more recent instrument, due to MS hardware limitations (Chapter 2.1). We next used metabolic labeling to distinguish the proteins of cellular origin from a high background of unlabeled (serum) proteins, for the differential analysis of two serum-containing culture media conditioned by labeled human cancer cells (Chapter 2.2). As a parallel project we developed a new quantification method (named ISIS), which uses pairs of stable-isotope labeled amino acids able to produce specific reporter ions, which can be used for relative quantification. The ISIS method was applied to the analysis of two fully, yet differentially labeled cancer cell lines, as described in Chapter 2.3. Next, in line with the original purpose of this thesis, we used a "pulsed" variant of ISIS to detect proteome changes in HeLa cells after the infection with human Herpes Simplex Virus-1 (Chapter 2.4). This virus is known to repress the synthesis of host cell proteins to exploit the translation machinery for the massive production of virions. As expected, high synthesis rates were measured for the detected viral proteins, confirming their up-regulation. Moreover, we identified a number of human proteins whose synthesis/degradation ratio (S/D) was affected by the viral infection and which could provide clues on the strategies used by the virus to hijack the cellular machinery. Overall, in this work, we showed that metabolic labeling can be employed in alternative ways to investigate poorly explored dimensions in proteomics.

Leniency programs, antitrust enforcement and multimarket contact : three essays in industrial organization

The Layout of My Thesis This thesis contains three chapters in Industrial Organization that build on the work outlined above. The first two chapters combine leniency programs with multimarket contact and provide a thorough analysis of the potential effects of Amnesty Plus and Penalty Plus. The third chapter puts the whole discussion on leniency programs into perspective by examining other enforcement tools available to an antitrust authority. The main argument in that last chapter is that a specific instrument can only be as effective as the policy in which it is embedded. It is therefore important for an antitrust authority to know how it best accompanies the introduction or modification of a policy instrument that helps deterrence. INTRODUCTION Chapter 1 examines the efféct of Amnesty Plus and Penalty Plus on the incentives of firms to report cartel activities. The main question is whether the inclusion of these policies in a leniency program undermine the effectiveness of the latter by discouraging the firms to apply for amnesty. The model is static and focus on the ex post incentives of firms to desist from collusion. The results suggest that, because Amnesty Plus and Penalty Plus encourage the reporting of a second cartel after a first detection, a firm, anticipating this, may be reluctant to seek leniency and to report in the first place. However, the effect may also go in the opposite direction, and Amnesty Plus and Penalty Plus may encourage the simultaneous reporting of two cartels. Chapter 2 takes this idea further to the stage of cartel formation. This chapter provides a complete characterization of the potential anticompetitive and procompetitive effects of Amnesty Plus in a infinitely repeated game framework when the firms use their multimarket contact to harshen punishment. I suggest a clear-cut policy rule that prevents potential adverse effects and thereby show that, if policy makers follow this rule, a leniency program with Amnesty Plus performs better than one without. Chapter 3 characterizes the socially optimal enforcement effort of an antitrust authority and shows how this effort changes with the introduction or modification of specific policy instruments. The intuition is that the policy instrument may increase the marginal benefit of conducting investigations. If this effect is strong enough, a more rigorous detection policy becomes socially desirable.

Octopus Standard Automated Perimetry, Pulsar Perimetry, Moorfields Motion Displacement Test and Heidelberg Retinal Tomography in Glaucoma Detection - A Comparison of Diagnostic Accuracy

Purpose: To investigate the accuracy of 4 clinical instruments in the detection of glaucomatous damage. Methods: 102 eyes of 55 test subjects (Age mean = 66.5yrs, range = [39; 89]) underwent Heidelberg Retinal Tomography (HRTIII), (disc area<2.43); and standard automated perimetry (SAP) using Octopus (Dynamic); Pulsar (TOP); and Moorfields Motion Displacement Test (MDT) (ESTA strategy). Eyes were separated into three groups 1) Healthy (H): IOP<21mmHg and healthy discs (clinical examination), 39 subjects, 78 eyes; 2) Glaucoma suspect (GS): Suspicious discs (clinical examination), 12 subjects, 15 eyes; 3) Glaucoma (G): progressive structural or functional loss, 14 subjects, 20 eyes. Clinical diagnostic precision was examined using the cut-off associated with the p<5% normative limit of MD (Octopus/Pulsar), PTD (MDT) and MRA (HRT) analysis. The sensitivity, specificity and accuracy were calculated for each instrument. Results: See table Conclusions: Despite the advantage of defining glaucoma suspects using clinical optic disc examination, the HRT did not yield significantly higher accuracy than functional measures. HRT, MDT and Octopus SAP yielded higher accuracy than Pulsar perimetry, although results did not reach statistical significance. Further studies are required to investigate the structure-function correlations between these instruments.

La concurrence : un instrument de maîtrise des coûts de la santé?

[Table des matières] 1. Les acteurs du système suisse de santé : les assureurs maladies, les fournisseurs de prestations, l'Etat, les assurés patients. 2. Quelle concurrence pour quelle organisation? : 2.1 Concurrence entre fournisseurs de prestations: Références étrangères (Grande-Bretagne, USA, Pays-Bas); Le système suisse: Financement et planification, Conventions tarifaires, Un élement indispensable à la concurrence: l'information. 2.2 Concurrence entre assureurs maladie. 3. Nouvelles formes d'organisation : 3.1 Les Health Maintenance Organizations (HMO); 3.2 Les HMO en Suisse: un moyen d'endiguer la croissance des coûts; 3.3 Les Nouvelles Orientations de Politique Sanitaire (NOPS); 3.4 La concurrence dans le cadre des réseaux intégrés.