Photodynamic DNA damage induced by phycocyanin and its repair in Saccharomyces cerevisiae

In the present study, we analyzed DNA damage induced by phycocyanin (PHY) in the presence of visible light (VL) using a set of repair endonucleases purified from Escherichia coli. We demonstrated that the profile of DNA damage induced by PHY is clearly different from that induced by molecules that exert deleterious effects on DNA involving solely singlet oxygen as reactive species. Most of PHY-induced lesions are single strand breaks and, to a lesser extent, base oxidized sites, which are recognized by Nth, Nfo and Fpg enzymes. High pressure liquid chromatography coupled to electrochemical detection revealed that PHY photosensitization did not induce 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine (8-oxodGuo) at detectable levels. DNA repair after PHY photosensitization was also investigated. Plasmid DNA damaged by PHY photosensitization was used to transform a series of Saccharomyces cerevisiae DNA repair mutants. The results revealed that plasmid survival was greatly reduced in rad14 mutants, while the ogg1 mutation did not modify the plasmid survival when compared to that in the wild type. Furthermore, plasmid survival in the ogg1 rad14 double mutant was not different from that in the rad14 single mutant. The results reported here indicate that lethal lesions induced by PHY plus VL are repaired differently by prokaryotic and eukaryotic cells. Morever, nucleotide excision repair seems to play a major role in the recognition and repair of these lesions in Saccharomyces cerevisiae.

Measurement of intestinal permeability using mannitol and lactulose in children with diarrheal diseases

The excretion ratio of lactulose/mannitol in urine has been used to assess the extension of malabsorption and impairment of intestinal permeability. The recovery of lactulose and mannitol in urine was employed to evaluate intestinal permeability in children with and without diarrhea. Lactulose and mannitol probes were measured using high-performance liquid chromatography with pulsed amperometric detection (HPLC-PAD). Two groups of solutions containing 60 µM sugars were prepared. Group I consisted of glucosamine, mannitol, melibiose and lactulose, and group II of inositol, sorbitol, glucose and lactose. In the study of intra-experiment variation, a sample of 50 µl from each group was submitted to 4 successive determinations. The recovered amounts and retention times of each sugar showed a variation <2 and 1%, respectively. The estimated recovery was >97%. In the study of inter-experiment variation, we prepared 4 independent samples from groups I and II at the following concentrations: 1.0, 0.3, 0.1, 0.03 and 0.01 mM. The amounts of the sugars recovered varied by <10%, whereas the retention times showed an average variation <1%. The linear correlation coefficients were >99%. Retention (k'), selectivity (a) and efficiency (N) were used to assess the chromatographic conditions. All three parameters were in the normal range. Children with diarrhea presented a greater lactulose/mannitol ratio compared to children without diarrhea.

Evaluation of total carotenoids, alpha- and beta-carotene in carrots (Daucus carota L.) during home processing

This study aims to analyze the influence of dehydration and different preparation methods during home processing related toalpha-carotene, beta-carotene and total carotenoids stability in carrots. Vitamin A values were evaluated after different treatments. Thus, carrots were submitted to steam cooking, water cooking with and without pressure, moist/dry cooking and conventional dehydration. Determination of alpha- and beta-carotenes was made by High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) (conditions were developed by us) using spectrophotometric detection visible-UV at 470 nm; a RP-18 column and methanol: acetonitrile: ethyl acetate (80: 10: 10) as mobile phase. Total carotenoids quantification was made by 449 nm spectrophotometer. The retention of the analyzed carotenoids ranged from 60.13 to 85.64%. Water cooking without pressure promoted higher retention levels of alpha- and beta-carotene and vitamin A values, while water cooking with pressure promoted higher retention levels of total carotenoids. Dehydration promoted the highest carotenoid losses. The results showed that, among the routinely utilized methods under domestic condition, cooking without pressure, if performed under controlled time and temperature, is the best method as it reduces losses in the amount of alpha- and beta-carotene, the main carotenoids present in the carrots. Despite the significant carotenoid losses, carrots prepared through domestic methods, remain a rich source of provitamin A.

Contents of folates in edible mushrooms commercialised in the city of Campinas, São Paulo, Brazil

In this study, folates were evaluated in the main species of mushroom cultivated in Brazil. The species analysed were Agaricus bisporus (button mushroom), Lentinula edodes (shiitake) and Pleorotus ostreatus (shimeji). The five main forms of folate found in foods were determined: tetrahydrofolic acid (THFA), 10-methyl folic acid (10MFA), 5-methyl tetrahydrofolic acid (5MTHFA), 10-formyl folic acid (10FFA) and 5-formy tetrahydrofolic acid (5FTHFA). The methodology employed used extraction with phosphate buffer, clean up with trichloroacetic acid and separation of the vitamins by high-performance liquid chromatography, with simultaneous ultraviolet and fluorescence detection. The results obtained for total folate were 551 to 1404 µg.100 g -1 for the button mushroom, 606 to 727 µg.100 g -1 for shiitake and 460 to 1325 µg.100 g-1 for shimeji. The data showed that mushrooms could be considered as sources of folates and that their contribution of these vitamins to the diet was meaningful.

Fumonisin B1 and ochratoxin A in beers made in Brazil

Samples of beer made in Brazil were analyzed for the presence of fumonisin B1 (FB1) and ochratoxin A (OTA). FB1 was searched for in 58 beer samples from 30 plants located in nine states. The samples were concentrated and cleaned up with strong ion exchange column, derivatized with OPA and analyzed by HPLC with fluorescence detection. The limit of detection was 0.26 ng.mL-1 and the average recovery was 98%. Twenty-five samples contained FB1 ranging from 1 to 40 ng.mL-1. Beer (123 samples) from 36 plants located in 5 states were analyzed for OTA by means of immunoaffinity column cleanup followed by liquid chromatography associated with fluorescence. The detection limit was 0.1 ng.mL-1 and the average recovery was 92%. Five samples contained OTA in concentrations from 1 to 18 ng.mL-1. The results indicate that FB1 and OTA contamination in Brazilian beer is not geographically limited and that beer does not contribute significantly to FB1 intake by consumers. In the case of regular high ingestion, beer could contribute sizably to OTA, intake although still below the maximum considered tolerable for the toxin.

Conversion of hydroxycinnamic acids into volatile phenols in a synthetic medium and in red wine by Dekkera bruxellensis

The conversion of p-coumaric acid, ferulic acid, and caffeic acid into 4-ethylphenol, 4-ethylguaiacol and 4-ethylcatechol was studied in Dekkera bruxellensis ISA 1791 under defined conditions in a synthetic medium and in a red wine. Liquid chromatography (HPLC-DAD) was used to quantify the phenolic acids, and gas chromatography (GC) coupled to a FID detector was used to quantify volatile phenols using a novel analytical methodology that does not require sample derivatization. Identification was achieved by gas chromatography-mass detection (GC-MS). The results show that phenolic acids concentration decreases while volatile phenols concentration increases. The proportion of caffeic acid taken up by Dekkera bruxellensis is lower than that for p-coumaric or ferulic acid; therefore less 4-ethylcatechol is formed. More important, 4-ethylcathecol synthesis by Dekkera bruxellensis in wine has never been demonstrated so far. These results contribute decisively to a better understanding of the origin of the volatile phenols in wines. The accumulation of these compounds in wine is nowadays regarded as one of the key factors of quality control.

Development and optimization of a HPLC-RI method for the determination of major sugars in apple juice and evaluation of the effect of the ripening stage

The sugars in apple juice prove its authenticity and its sensory and nutritional properties. The aim of this study was to develop and validate a simple analytical method using high performance liquid chromatography with refractive index detection (HPLC-RI) to determinate and quantify the sugars sucrose, D-glucose, D-fructose, and D-sorbitol polyol in apple juices, as well as to analyze the juices from the Fuji suprema and Lis Gala cultivars at three ripening stages. The analytical performance parameters evaluated indicated that the method was specific for the compounds analyzed, and the linearity of the calibration curves of sugars showed high correlation coefficients (close to 1.0). The limits of detection and quantification are consistent with recommendations available in the literature for this type of matrix. Sample preparation is simple and generates small amount of residues. Over 70% of the sugars were determined in the juices of apples at the pre-ripe stage, with an increase during senescence. This method is applicable for the determination of sugars in juices and evaluation of apple ripening.

Characterization of the phenolic and antioxidant profiles of selected culinary herbs and spices: caraway, turmeric, dill, marjoram and nutmeg

Culinary herbs and spices have long been considered essentially as flavor enhancers or preservatives, with little attention given to their potential health-promoting properties. Nevertheless, recent research has shown them to be significant dietary sources of bioactive phenolic compounds. Despite noteworthy efforts performed in recent years to improve our knowledge of their chemical composition, a detailed phenolic profile of these plant-based products is still lacking. In the present work, antioxidant activities and phenolic composition of five herbs and spices, namely caraway, turmeric, dill, marjoram and nutmeg, have been studied. The use of liquid chromatography coupled to LTQ-Orbitrap mass spectrometry enabled the identification of up to 42 phenolic compounds. To the best of our knowledge, two of them, apigenin-C-hexoside-C-pentoside and apigenin-C-hexoside-C-hexoside have not been previously reported in turmeric. Qualitative and quantitative differences were observed in polyphenol profiles, with the highest phenolic content found in caraway. Multivariate statistical treatment of the results allowed the detection of distinctive features among the studied herbs and spices.

Studies on oxamyl : analytical method development and investigation of fate in peach seedlings and corn seeds

A high performance liquid chromatographic method employing two columns connected in series and separated~y·a.switching valve has been developed for the analysis of the insecticide/ nematicide oxamyl (methyl-N' ,N'-dimethyl-N-[(methylcarbamoyl) oxy]-l-thiooxarnimidate) and two of its metabolites. A variation of this method involving two reverse phase columns was employed to monitor the persistence and translocation of oxamyl in treated peach seedlings. It was possible to simultaneously analyse for oxamyl and its corresponding oxime (methyl-N',N'-dimethyl-N-hydroxy-l-thiooxamimidate}, a major metabolite of oxamyl in plants, without prior cleanup of the samples. The method allowed detection of 0.058 pg oxamyl and 0.035 p.g oxime. On treated peach leaves oxamyl was found to dissipate rapidly during the first two-week period, followed by a period of slow decomposition. Movement of oxamyl or its oxime did not occur in detectable quantities to untreated leaves or to the root or soil. A second variation of the method which employed a size exclusion column as·the first column and a reverse phase column as the second was used to monitor the degradation of oxamyl in treated, planted corn seeds and was suitable for simultaneous analysis of oxamyl, its oxime and dimethylcyanoformamide (DMCF), a metabolite of oxamyl. The method allowed detection of 0.02 pg oxamyl, 0.02 p.g oxime and 0.005 pg DMCF. Oxamyl was found to persist for a period of 5 - 6 weeks, which is long enough to permit oxamyl seedtreatment to be considered as a potential means of protecting young corn plants from nematode attack. Decomposition was found to be more rapid in unsterilized soil than in sterililized soil. DMCF was found to have a nematostatic effect at high concentrations ( 2,OOOpprn), but at lower concentrations no effect on nematode mobility was observed. Oxamyl, on the other hand, was found to reduce the mobility of nematodes at concentrations down to 4 ppm.

An exploratory study for the discovery of non-invasive hepatocellular carcinoma biomarkers among high-risk hepatitis C virus infected patients

Hepatocellular Carcinoma (HCC) is a major healthcare problem, representing the third most common cause of cancer-related mortality worldwide. Chronic infections with Hepatitis B virus (HBV) and/or Hepatitis C virus (HCV) are the major risk factors for the development of HCC. The incidence of HBV -associated HCC is in decline as a result of an effective HBV vaccine; however, since an equally effective HCV vaccine has not yet been developed, there are 130 million HCV infected patients worldwide who are at a high-risk for developing HCC. Because reliable parameters and/or tools for the early detection of HCC among high-risk individuals are severely lacking, HCC patients are always diagnosed at a late stage where surgical solutions or effective treatment are not possible. Using urine as a non-invasive sample source, two different approaches (proteomic-based and genomic-based approaches) were pursued with the common goal of discovering potential biomarker candidates for the early detection of HCC among high-risk chronic HCV infected patients. Urine was collected from 106 HCV infected Egyptian patients, 32 of whom had already developed HCC and 74 patients who were diagnosed as HCC-free at the time of initial sample collection. In addition to these patients, urine samples were also collected from 12 healthy control individuals. Total urinary proteins, Trans-renal nucleic acid (Tr-NA) and microRNA (miRNA) were isolated from urine using novel methodologies and silicon carbide-loaded spin columns. In the first, "proteomic-based", approach, liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) was used to identify potential candidates from pooled urine samples. This was followed by validating relative expression levels of proteins present in urine among all the patients using quantitative real time-PCR (qRT-PCR). This approach revealed that significant over-expression of three proteins: DJ-1, Chromatin Assembly Factor-1 (CAF-1) and 11 Moemen Abdalla HCC Biomarkers Heat Shock Protein 60 (HSP60), were characteristic events among HCC-post HCV infected patients. As a single-based HCC biomarker, CAF-1 over-expression identified HCC among HCV infected patients with a specificity of 90%, sensitivity of 66% and with an overall diagnostic accuracy of 78%. Moreover, the CAF-lIHSP60 tandem identified HCC among HCV infected patients with a specificity of 92%, sensitivity of 61 % and with an overall diagnostic accuracy of 77%. In the second genomic-based approach, two different approaches were processed. The first approach was the miRNA-based approach. The expression levels of miRNAs isolated from urine were studied using the Illumina MicroRNA Expression Profiling Assay. This was followed by qRT-PCR-based validation of deregulated expression of identified miRNA candidates among all the patients. This approach shed the light on the deregulated expression of a number of miRNAs, which may have a role in either the development of HCC among HCV infected patients (i.e. miR-640, miR-765, miR-200a, miR-521 and miR-520) or may allow for a better understanding of the viral-host interaction (miR-152, miR-486, miR-219, miR452, miR-425, miR-154 and miR-31). Moreover, the deregulated expression of both miR-618 and miR-650 appeared to be a common event among HCC-post HCV infected patients. The results of the search for putative targets of these two miRNA suggested that miR-618 may be a potent oncogene, as it targets the tumor-suppressor gene Low density lipoprotein-related protein 12 (LPR12), while miR-650 may be a potent tumor-suppressor gene, as it is supposed to downregulate the TNF receptor-associated factor-4 (TRAF4) oncogene. The specificity of miR-618 and miR-650 deregulated expression patterns for the early detection of HCC among HCV infected patients was 68% and 58%, respectively, whereas the sensitivity was 64% and 72%, respectively. When the deregulated expression of both miRNAs was combined as a tandem biomarker, the specificity and the sensitivity were 75% and 58% respectively. 111 Moemen Abdalla HCC Biomarkers In the second, "Trans-renal nucleic acid-based", approach, the urinary apoptotic nucleic acid (uaNA) levels of 70ng/mL or more were found to be a good predictor of HCC among chronic HCV infected patients. The specificity and the sensitivity of this diagnostic approach were 76% and 86%, respectively, with an overall diagnostic value of 81 %. The uaNA levels positively correlated to HCC disease progression as monitored by epigenetic changes of a panel of eight tumor-suppressor genes (TSGs) using methylation-sensitive PCR. Moreover, the pairing of high uaNA levels (:::: 70 ng/mL) and CAF-1 over-expreSSIOn produced a highly specific (l 00%) multiple-based HCC biomarker with an acceptable sensitivity of 64%, and with a diagnostic accuracy of 82%. In comparison to the previous pairing, the uaNA levels (:::: 70 ng/mL) in tandem with HSP60 over-expression was less specific (89%) but highly sensitive (72%), resulting in a diagnostic accuracy of 64%. The specificities of miR-650 deregulated expression in combination with either high uaNA content or HSP 60 over-expression were 82% and 79%, respectively, whereas, the sensitivities of these combinations were 64% and 58%, respectively. The potential biomarkers identified in this study compare favorably with the diagnostic accuracy of the a-fetoprotein levels test, which has a specificity of 75%, sensitivity of 68% and an overall diagnostic accuracy of 70%. Here we present an intriguing study which shows the significance of using urine as a noninvasive sample source for the identification of promising HCC biomarkers. We have also introduced new techniques for the isolation of different urinary macromolecules, especially miRNA, from urine. Furthermore, we strongly recommend the potential biomarkers indentified in this study as focal points of any future research on HCC diagnosis. A larger testing pool will determine if their use is practical for mass population screening. This explorative study identified potential targets that merit further investigation for the development of diagnostically accurate biomarkers isolated from 1-2 mL urine samples that were acquired in a non-invasive manner.

Développement de techniques analytiques pour la détermination des agents anti-infectieux dans les eaux environnementales

Les agents anti-infectieux sont utilisés pour traiter ou prévenir les infections chez les humains, les animaux, les insectes et les plantes. L’apparition de traces de ces substances dans les eaux usées, les eaux naturelles et même l’eau potable dans plusieurs pays du monde soulève l’inquiétude de la communauté scientifique surtout à cause de leur activité biologique. Le but de ces travaux de recherche a été d’étudier la présence d’anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées (c.-à-d. eaux usées, eaux naturelles et eau potable) ainsi que de développer de nouvelles méthodes analytiques capables de quantifier et confirmer leur présence dans ces matrices. Une méta-analyse sur l’occurrence des anti-infectieux dans les eaux environnementales contaminées a démontré qu’au moins 68 composés et 10 de leurs produits de transformation ont été quantifiés à ce jour. Les concentrations environnementales varient entre 0.1 ng/L et 1 mg/L, selon le composé, la matrice et la source de contamination. D’après cette étude, les effets nuisibles des anti-infectieux sur le biote aquatique sont possibles et ces substances peuvent aussi avoir un effet indirect sur la santé humaine à cause de sa possible contribution à la dissémination de la résistance aux anti-infecteiux chez les bactéries. Les premiers tests préliminaires de développement d’une méthode de détermination des anti-infectieux dans les eaux usées ont montré les difficultés à surmonter lors de l’extraction sur phase solide (SPE) ainsi que l’importance de la sélectivité du détecteur. On a décrit une nouvelle méthode de quantification des anti-infectieux utilisant la SPE en tandem dans le mode manuel et la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). Les six anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime, ciprofloxacin, levofloxacin, clarithromycin et azithromycin) ont été quantifiés à des concentrations entre 39 et 276 ng/L dans les échantillons d’affluent et d’effluent provenant d’une station d’épuration appliquant un traitement primaire et physico- chimique. Les concentrations retrouvées dans les effluents indiquent que la masse moyenne totale de ces substances, déversées hebdomadairement dans le fleuve St. Laurent, était de ~ 2 kg. En vue de réduire le temps total d’analyse et simplifier les manipulations, on a travaillé sur une nouvelle méthode de SPE couplée-LC-MS/MS. Cette méthode a utilisé une technique de permutation de colonnes pour préconcentrer 1.00 mL d’échantillon dans une colonne de SPE couplée. La performance analytique de la méthode a permis la quantification des six anti-infectieux dans les eaux usées municipales et les limites de détection étaient du même ordre de grandeur (13-60 ng/L) que les méthodes basées sur la SPE manuelle. Ensuite, l’application des colonnes de SPE couplée de chromatographie à débit turbulent pour la préconcentration de six anti-infectieux dans les eaux usées a été explorée pour diminuer les effets de matrice. Les résultats obtenus ont indiqué que ces colonnes sont une solution de réchange intéressante aux colonnes de SPE couplée traditionnelles. Finalement, en vue de permettre l’analyse des anti-infectieux dans les eaux de surface et l’eau potable, une méthode SPE couplée-LC-MS/MS utilisant des injections de grand volume (10 mL) a été développée. Le volume de fuite de plusieurs colonnes de SPE couplée a été estimé et la colonne ayant la meilleure rétention a été choisie. Les limites de détection et de confirmation de la méthode ont été entre 1 à 6 ng/L. L’analyse des échantillons réels a démontré que la concentration des trois anti-infectieux ciblés (sulfaméthoxazole, triméthoprime et clarithromycine) était au dessous de la limite de détection de la méthode. La mesure des masses exactes par spectrométrie de masse à temps d’envol et les spectres des ions produits utilisant une pente d’énergie de collision inverse dans un spectromètre de masse à triple quadripôle ont été explorés comme des méthodes de confirmation possibles.

Développement de méthodes analytiques de séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose

La cellulose et ses dérivés sont utilisés dans un vaste nombre d’applications incluant le domaine pharmaceutique pour la fabrication de médicaments en tant qu’excipient. Différents dérivés cellulosiques tels que le carboxyméthylcellulose (CMC) et l’hydroxyéthylcellulose (HEC) sont disponibles sur le commerce. Le degré de polymérisation et de modification diffèrent énormément d’un fournisseur à l’autre tout dépendamment de l’origine de la cellulose et de leur procédé de dérivation, leur conférant ainsi différentes propriétés physico-chimiques qui leurs sont propres, telles que la viscosité et la solubilité. Notre intérêt est de développer une méthode analytique permettant de distinguer la différence entre deux sources d’un produit CMC ou HEC. L’objectif spécifique de cette étude de maitrise était l’obtention d’un profil cartographique de ces biopolymères complexes et ce, par le développement d’une méthode de digestion enzymatique donnant les oligosaccharides de plus petites tailles et par la séparation de ces oligosaccharides par les méthodes chromatographiques simples. La digestion fut étudiée avec différents paramètres, tel que le milieu de l’hydrolyse, le pH, la température, le temps de digestion et le ratio substrat/enzyme. Une cellulase de Trichoderma reesei ATCC 26921 fut utilisée pour la digestion partielle de nos échantillons de cellulose. Les oligosaccharides ne possédant pas de groupements chromophores ou fluorophores, ils ne peuvent donc être détectés ni par absorbance UV-Vis, ni par fluorescence. Il a donc été question d’élaborer une méthode de marquage des oligosaccharides avec différents agents, tels que l’acide 8-aminopyrène-1,3,6-trisulfonique (APTS), le 3-acétylamino-6-aminoacridine (AA-Ac) et la phénylhydrazine (PHN). Enfin, l’utilisation de l’électrophorèse capillaire et la chromatographie liquide à haute performance a permis la séparation des produits de digestion enzymatique des dérivés de cellulose. Pour chacune de ces méthodes analytiques, plusieurs paramètres de séparation ont été étudiés.

Développement d’outils analytiques pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces

Les phytochélatines (PC) sont des polypeptides ayant la structure générale, (alpha-Glu-Cys)n-Gly, où n = 2 à 11. Leur synthèse est induite par un grand nombre de végétaux en réponse à une élévation de la concentration du milieu en métaux, en particulier le cadmium (ci-après, Cd). Le but de cette étude a été de développer un outil pour évaluer la biodisponibilité du Cd dans les eaux douces. Pour ce faire, une méthode analytique a été réalisée afin de déterminer les phytochélatines induites dans les algues C. reinhardtii. Celle-ci consiste à utiliser la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LCHP-SM/SM) "on-line". L’ionisation des molécules est celle faite par électronébulisation (IEN) (traduction de electrospray ionisation). L’objectif principal de ce mémoire est la validation de cette méthode : la détermination des courbes de calibration et des limites de détection et l'identification d'interférences potentielles. L’utilisation de dithiothreitol (DTT) à une concentration de 25 mM a été nécessaire à la conservation de la forme réduite des phytochélatines. En effet, suite à la validation de la méthode d’analyse des phytochélatines il a été démontré qu’elle représente un potentiel d’application. Ceci dans la mesure où l’induction des phytochélatines (PC2, PC3 et PC4) dans les algues C. reinhardtii a été possible à deux concentrations de Cd (1 x 10-7 M et 1 x 10 6 M) et ce, après plusieurs temps d'induction (1, 2, 4, et 6 h). Ainsi, l’étude de la stabilité des phytochélatines a été réalisée et toutes les températures examinées ont démontré une diminution des phytochélatines analysées par HPLC-ESI-MS/MS. Il se pourrait que la cause de la dégradation des phytochélatines soit physique ou chimique plutôt que bactérienne. Toutefois, un approfondissement au niveau de la purification de la solution d’extraction serait nécessaire à la mise au point de la dite méthode analytique afin de quantifier les phytochélatines dans l’algue C. reinhardtii.

Identification de biomarqueurs protéiques prédictifs et diagnostiques des maladies coronariennes pour une population de souche canadienne-française

Les biomarqueurs plasmatiques constituent des outils essentiels, mais rares, utilisés pour diagnostiquer les maladies, comme les maladies cardiovasculaires (MCV), et stratifier le niveau de risque associé. L’identification de nouveaux biomarqueurs plasmatiques susceptibles d’améliorer le dépistage et le suivi des MCV représente ainsi un enjeu majeur en termes d’économie et de santé publique. Le projet vise à identifier de nouveaux biomarqueurs plasmatiques prédictifs ou diagnostiques des MCV, à déterminer le profil protéomique plasmatique de patients atteints de MCV et à développer des méthodes innovantes d’analyse d’échantillon plasmatique. L’étude a été effectuée sur une large banque de plasma provenant de 1006 individus de souche Canadienne-Française recrutés à différents stades de la MCV et qui ont été suivis sur une période de 5 ans. Des séries de déplétions ont été réalisées afin de dépléter les 14 protéines majoritaires (colonne IgY14TM) de l’échantillon avant son analyse par trois approches effectuées en parallèle: 1) Une chromatographie liquide (LC) en 2 dimensions qui fractionne les protéines selon le point isoélectrique puis selon le degré d’hydrophobicité, via le système PF2D, suivie par une chromatographie liquide couplée avec une spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS). 2) Une séparation classique sur gel 1D-SDS-PAGE suivie d’une LC-MS/MS; 3) Par une déplétion plus poussée du plasma avec l’utilisation en tandem avec la colonne IgY14TM d’une colonne SupermixTM permettant de dépléter également les protéines de moyenne abondance, suivie d’une séparation sur gel 1D-SDS-PAGE et d’une analyse LC-MS/MS de la portion déplétée (3a) et de la portion liée à la SupermixTM (3b). Les résultats montrent que le système PF2D permet d’identifier plusieurs profils protéiques spécifiques au groupe MCV. Sur un total de 1156 fractions (équivalent à 1172 pics protéiques pour le groupe contrôle et 926 pics pour le groupe MCV) recueillies, 15 fractions (23 pics protéiques) présentaient des différences quantitativement significatives (p<0,05) entre les 2 groupes. De plus, 6 fractions (9 pics) sont uniquement présentes dans un groupe, représentant d’autres signatures protéomiques et biomarqueurs potentiellement intéressants. Les méthodes 2, 3a et 3b ont permis l’identification de 108, 125 et 91 protéines respectivement avec des chevauchements partiels (31% entre la méthode 2 et 3a, 61% entre 2 et 3b et 19% entre 3a et 3b). Les méthodes 2 et 3 ont permis l’identification de 12 protéines qui présentaient des différences quantitatives significatives entre les 2 groupes. L’utilisation de plusieurs approches protéomiques complémentaires nous ont d’ores et déjà permis d’identifier des candidats biomarqueurs des angines instables avec récidive d’infarctus du myocarde (IM).

Marquage fluorescent des protéines pour étudier les enzymes protéolytiques solubles et immobilisées par la cartographie peptidique électrophorétique

La cartographie peptidique est une méthode qui permet entre autre d’identifier les modifications post-traductionnelles des protéines. Elle comprend trois étapes : 1) la protéolyse enzymatique, 2) la séparation par électrophorèse capillaire (CE) ou chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) des fragments peptidiques et 3) l’identification de ces derniers. Cette dernière étape peut se faire par des méthodes photométriques ou par spectrométrie de masse (MS). Au cours de la dernière décennie, les enzymes protéolytiques immobilisées ont acquis une grande popularité parce qu’elles peuvent être réutilisées et permettent une digestion rapide des protéines due à un rapport élevé d’enzyme/substrat. Pour étudier les nouvelles techniques d’immobilisation qui ont été développées dans le laboratoire du Professeur Waldron, la cartographie peptidique par CE est souvent utilisée pour déterminer le nombre total de peptides détectés et leurs abondances. La CE nous permet d’avoir des séparations très efficaces et lorsque couplée à la fluorescence induite par laser (LIF), elle donne des limites de détection qui sont 1000 fois plus basses que celles obtenues avec l’absorbance UV-Vis. Dans la méthode typique, les peptides venant de l’étape 1) sont marqués avec un fluorophore avant l’analyse par CE-LIF. Bien que la sensibilité de détection LIF puisse approcher 10-12 M pour un fluorophore, la réaction de marquage nécessite un analyte dont la concentration est d’au moins 10-7 M, ce qui représente son principal désavantage. Donc, il n’est pas facile d’étudier les enzymes des peptides dérivés après la protéolyse en utilisant la technique CE-LIF si la concentration du substrat protéique initial est inférieure à 10-7 M. Ceci est attribué à la dilution supplémentaire lors de la protéolyse. Alors, afin d’utiliser le CE-LIF pour évaluer l’efficacité de la digestion par enzyme immobilisée à faible concentration de substrat,nous proposons d’utiliser des substrats protéiques marqués de fluorophores pouvant être purifiés et dilués. Trois méthodes de marquage fluorescent de protéine sont décrites dans ce mémoire pour étudier les enzymes solubles et immobilisées. Les fluorophores étudiés pour le marquage de protéine standard incluent le naphtalène-2,3-dicarboxaldéhyde (NDA), la fluorescéine-5-isothiocyanate (FITC) et l’ester de 6-carboxyfluorescéine N-succinimidyl (FAMSE). Le FAMSE est un excellent réactif puisqu’il se conjugue rapidement avec les amines primaires des peptides. Aussi, le substrat marqué est stable dans le temps. Les protéines étudiées étaient l’-lactalbumine (LACT), l’anhydrase carbonique (CA) et l’insuline chaîne B (INB). Les protéines sont digérées à l’aide de la trypsine (T), la chymotrypsine (CT) ou la pepsine (PEP) dans leurs formes solubles ou insolubles. La forme soluble est plus active que celle immobilisée. Cela nous a permis de vérifier que les protéines marquées sont encore reconnues par chaque enzyme. Nous avons comparé les digestions des protéines par différentes enzymes telles la chymotrypsine libre (i.e., soluble), la chymotrypsine immobilisée (i.e., insoluble) par réticulation avec le glutaraldéhyde (GACT) et la chymotrypsine immobilisée sur billes d’agarose en gel (GELCT). Cette dernière était disponible sur le marché. Selon la chymotrypsine utilisée, nos études ont démontré que les cartes peptidiques avaient des différences significatives selon le nombre de pics et leurs intensités correspondantes. De plus, ces études nous ont permis de constater que les digestions effectuées avec l’enzyme immobilisée avaient une bonne reproductibilité. Plusieurs paramètres quantitatifs ont été étudiés afin d’évaluer l’efficacité des méthodes développées. La limite de détection par CE-LIF obtenue était de 3,010-10 M (S/N = 2,7) pour la CA-FAM digérée par GACT et de 2,010-10 M (S/N = 4,3) pour la CA-FAM digérée par la chymotrypsine libre. Nos études ont aussi démontrées que la courbe d’étalonnage était linéaire dans la région de travail (1,0×10-9-1,0×10-6 M) avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,9991.