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.

Videolaryngoscopy improves intubation condition in morbidly obese patients

Résumé : Contexte clinique et objectifs: l'intubation oro-trachéale peut être plus difficile chez les patients obèses morbides (index de masse corporelle BMI > 35 kg/m2) que chez les patients non-obèses. Récemment, de nouveaux instruments permettant une intubation assistée au moyen d'une caméra ont été développés. Notre expérience pratique avec la vidéolaryngoscopie nous a conduit à l'hypothèse que celle-ci pourrait améliorer la vision laryngoscopique chez cette population spécifique et de ce fait faciliter l'intubation. Le but de cette étude était donc d'évaluer le bénéfice du vidéolaryngoscope sur le grade de laryngoscopie chez le patient obèse morbide. Résultats : le grade laryngoscopique fut abaissé de manière significative avec le vidéolaryngoscope comparé à la vision directe avec un laryngoscope standard. Lorsque le grade laryngoscopique était plus grand que 1 à la laryngoscopie directe, il fut dans la grande majorité des cas (93% des patients) abaissé avec le vidéolaryngoscope. Chez les 7 % restant, le grade laryngoscopique resta identique. Conclusions : chez le patient obèse morbide, l'utilisation du vidéolaryngoscope améliore de manière significative la visualisation du larynx et de ce fait facilite l'intubation. Une application systématique de ce procédé pourrait donc permettre de réduire l'incidence d'une intubation difficile ainsi que ses conséquences chez cette population de patients. Summary : Background and objective: Tracheal intubation may be more difficult in morbidly obese patients (body mass index >35 kgM-2) than in the non-obese. Recently, new video-assisted intubation devices have been developed. After some experience with videolaryngoscopy, we hypothesized that it could improve the laryngoscopic view in this specific population and therefore facilitate intubation. The aim of this study was to assess the benefit of a videolaryngoscope on the grade of laryngoscopy in morbid obesity. Methods: We studied 80 morbidly obese patients undergoing bariatric surgery. They were randomly assigned to one of two groups. One group was intubated with the help of the videolaryngoscope and in the control group the screen of the videolaryngoscope was hidden to the intubating anaesthesiologist. The primary end-point of the study was to assess in both groups the Cormack and Lehane direct and indirect grades of laryngoscopy. The duration of intubation, the number of attempts needed as well as the minimal SPO2 reached during the intubation process were measured. Results: Grade of laryngoscopy was significantly lower with the videolaryngoscope compared with the direct vision (P < 0.001). When the grade of laryngoscopy was higher than one with the direct laryngoscopy (n = 30), it was lower in 28 cases with the videolaryngoscope and remained the same only in two cases (P < 0.001). The minimal SPO2 reached during the intubation was higher with the videolaryngoscope but it did not reach statistical significance. Conclusions: In morbidly obese patients, the use of the videolaryngoscope significantly improves the visualization of the larynx and thereby facilitates intubation.

Pathogenèse du cancer de l'endomètre de type I : de l'hyperplasie au cancer [Pathogenesis of type I endometrial carcinoma: From hyperplasia to cancer]

Les carcinomes de l'endomètre sont classés en deux types cliniques (types I et II), cinq types histologiques et quatre types moléculaires. Le type I correspond à l'adénocarcinome endométrioïde de grade 1 ou 2, précédé par des lésions d'hyperplasie atypique. Ce cancer est souvent révélé à un stade précoce par des saignements vaginaux postménopausiques et son pronostic est globalement favorable. Les facteurs de risque à l'origine de la majorité des cas (indice de masse corporelle [IMC] élevé, diabète de type II, traitement hormonal substitutif, tamoxifène) agissent par le biais d'une hyperestrogénie non contrecarrée par la progestérone. Moins de 5 % des cas surviennent dans le contexte d'un syndrome de Lynch (anomalie germinale d'un gène de réparation de l'ADN, à transmission autosomique dominante) chez des femmes plus jeunes dont l'IMC est typiquement bas. Les cancers de l'endomètre de type II (carcinomes séreux, à cellules claires, indifférenciés), plus rares, sont des tumeurs agressives diagnostiquées typiquement chez des femmes plus âgées et à un stade plus avancé, de pronostic défavorable.