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.

Effect on renal function of tenofovir co-administered with either efavirenz or boosted lopinavir or boosted atazanavir: the Swiss HIV Cohort Study

Reduced re'nal function has been reported with tenofovir disoproxil fumarate (TDF). It is not clear whether TDF co-administered with a boosted protease inhibitor (PI) leads to a greater decline in renal function than TDF co-administered with a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NNRTI).Methods: We selected ail antiretroviral therapy-naive patients in the Swiss HIV Cohort Study (SHCS) with calibrated or corrected serum creatinine measurements starting antiretroviral therapy with TDF and either efavirenz (EFV) or the ritonavir-boosted PIs, lopinavir (LPV/r) or atazanavir (ATV/r). As a measure of renal function, we used the Chronic Kidney Disease Epidemiology Collaboration (CKD-EPI) equation to estimate the glomerular filtration rate (eGFR). We calculated the difference in eGFR over time between two therapies using a marginal model for repeated measures. In weighted analyses, observations were weighted by the product of their point of treatment and censoring weights to adjust for differences both in the sort of patients starting each therapy and in the sort of patients remaining on each therapy over time.Results: By March 2011, 940 patients with at least one creatinine measurement on a first therapy with either TDF and EFV (n=484), TDF and LPVlr (n=269) or TDF and ATV/r (n=187) had been followed for a median of 1. 7, 1.2 and 1.3 years, respectively. Table 1 shows the difference in average estimated GFR (eGFR) over time since starting cART for two marginal models. The first model was not adjusted for potential confounders; the second mode! used weights to adjust for confounders. The results suggest a greater decline in renal function during the first 6 months if TDF is used with a PI rather than with an NNRTI, but no further difference between these therapies after the first 6 months. TDF and ATV/r may lead to a greater decline in the first 6 months than TDF and LPVlr.Conclusions: TDF co-administered with a boosted PI leads to a greater de cline in renal function over the first 6 months of therapy than TDF co-administered with an NNRTI; this decline may be worse with ATV/r than with LPV/r.

Arquitectura wormhole per a una NoC 2D-Mesh

Aquest projecte presenta la implementació d'un disseny, i la seva posterior síntesi en una FPGA, d'una arquitectura de tipus wormhole packet switching per a una infraestructura de NetWork-On-Chip amb una topologia 2D-Mesh. Agafant un router circuit switching com a punt de partida, s'han especificat els mòduls en Verilog per tal d'obtenir l'arquitectura wormhole desitjada. Dissenyar la màquina de control per governar els flits que conformen els paquets dins la NoC,i afegir les cues a la sortida del router (outuput queuing) són els punts principals d'aquest treball. A més, com a punt final s'han comparat ambdues arquitectures de router en termes de costos en àrea i en memòria i se n’han obtingut diverses conclusions i resultats experimentals.

Cells with neuronal characteristics differentiate and persist for one year in rat optic nerve explants cultures.

Evidence concerning the presence or absence of common neuronglia lineages in the postnatal mammalian central nervous system is still a matter of speculation. We address this problem using optic nerve explants, which show an extremely long survival in culture. Morphological, immunocytochemical and immunochemical methods were applied. The results obtained from in vitro tissue were compared with optic nerves (ONs) and whole-brain samples from animals of different ages. Newborn rat ONs represented the starting material of our tissue culture; they are composed of unmyelinated axons, astrocytes and progenitor cells but devoid of neuronal cell bodies. At this age, Western blots of ONs were positively stained by neurofilament and synapsin I specific antibodies. These bands increased in intensity during postnatal in situ development. In explant cultures, the glia cells reach a stage of functional differentiation and they maintain, together with undifferentiated cells, a complex histotypic organization. After 6 days in vitro, neurofilaments and synapsin I could not be detected on immunoblots, indicating that 1) axonal degeneration was completed, and 2) neuronal somata were absent at the time. Surprisingly, after about 4-5 weeks in culture, a new cell type appeared, which showed characteristics typical of neurons. After 406 days in vitro, neurofilaments and synapsin I were unequivocally detectable on Western blots. Furthermore, both immunocytochemical staining and light and electron microscopic examinations corroborated the presence of this earlier-observed cell type. These in vitro results clearly show the high developmental plasticity of ON progenitor cells, even late in development. The existence of a common neuron-glia precursor, which never gives rise to neurons in situ, is suggested.

Fraseologia espanyola d'origen llatí i motiu grecorromà

Proyecto realizado en la Universidad de Lleida entre 2003 i 2006. El objetivo principal de este trabajo es vislumbrar la génesis y la evolución de unidades fraseológicas que proceden del latín y de las que utilizan algún motivo grecorromano para su creación. Una de las razones por las que se ha elegido este tipo de fraseologismos es que se remontan a una época bastante bien conocida de la historia de nuestro pueblo, circunstancia que permitirá desarrollar el segundo objetivo, a saber: conocer qué aspectos de la sociedad y la cultura clásicas han sido seleccionados por los antiguos y por los hispanohablantes para la formación de una expresión figurada, así como sacar a la luz las posibles causas que han motivado esta elección. La inclusión de estos dos grupos de unidades –el de las que proceden directamente del latín y el de las que se han basado, ya en plena época romance, en un motivo de la cultura clásica– nos posibilita la consecución de un tercer objetivo: saber si en ambos pueblos (grecorromano e hispano) han llamado la atención los mismos aspectos de la realidad (y de idéntico modo) para la cristalización de unidades fraseológicas. Las hipótesis de partida eran que, en español, debiera darse tanto la perduración o recreación de unidades latinas y griegas, como la creación de nuevas unidades referidas a aspectos culturales de Grecia y Roma; y que el número de estas unidades debiera ser elevado, puesto que el latín es la lengua de la que deriva el español y la cultura grecorromana es la base de la nuestra. Para el establecimiento del corpus definitivo se han elaborado dos corpora de fraseologismos y refranes (sobre el español y el latín), que han sido debidamente comparados hasta llegar establecer unas 20.000 unidades de origen latino y unas 3.000 de origen clásico .

Metodología de diseño de filtros CRF/SCF basada en modelos de resonadores BAW acoplados acústicamente

La creixent utilització de sistemes de comunicacions mòbils ha impulsat la demanda de filtres passabanda miniaturitzats d'elevades prestacions operant en el rang de freqüències de microones. Els Film Bulk Acoustic Resonators (FBAR) estan esdevenint la principal alternativa als filtres basats en ressonadors Surface Acoustic Wave (SAW) o als basats en ressonadors ceràmics. Els Stacked Crystal Filters (SCF) i els Coupled Resonator Filters (CRF) són configuracions FBAR que permeten assolir una excel·lent atenuació en la banda de refús. Aquest treball presenta un innovador circuit equivalent elèctric que modela el CRF. Llavors, es desenvolupa una metodologia de síntesi de filtres per al SCF i per al CRF utilitzant els seus circuits equivalents elèctrics. La metodologia de disseny presentada permet obtenir les dimensions de l'estructura del filtre acústic partint de les especificacions del filtre i de les restriccions pròpies de la tecnologia. S'han implementat diferents respostes de Chebyshev per a sistemes de comunicacions reals per tal de validar el procediment de disseny dels filtres obtenint els resultats esperats.