SILK_road: étude du turnover protéique humain dans le sang et le liquide cérébro-spinal – SILK_road

La protéomique clinique repose principalement sur la quantification absolue ciblée ou globale des protéines d’un échantillon biologique humain. Ce type d'analyse ne révèle pas le « turnover » (c'est-à-dire les taux de synthèse et de clairance) dont la connaissances détaillées et spécifiques aux tissus constituent une perspective complémentaire qui donne un aperçu unique de la régulation du métabolisme des protéines. Ces données sont généralement obtenues par spectrométrie de masse en utilisant des traceurs isotopiques pour marquer les protéines nouvellement synthétisées. Différents protocoles existent avec généralement la délivrance du traceur en continu sur une période assez longue (plusieurs semaines). Peu de données sur la dynamique des protéines in vivo sont en fait disponibles chez l'homme et un protocole récent appelé SILK (Stable Isotope Labeling Kinetics), utilisant de la Leucine C13 marquée, permet d'obtenir une image quantitative de la dynamique d'un petit nombre de protéines.
Dans un travail récent, nous avons réalisé une cartographie à grande échelle du « turnover » des protéines dans le liquide cérébrospinal (LCS) en utilisant un nouveau protocole basé sur des expériences de SILK sans a priori. Nous avons démontré le potentiel de cette approche en obtenant les paramètres de « turnover » d'environ 200 protéines in vivo chez des patients humains (5 connues auparavant, soit une multiplication par 40). Ces données ont montré notre capacité à cartographier le turnover protéique à grande échelle, y compris la génération d'un répertoire de peptides protéotypiques susceptibles d'être réutilisés ultérieurement par la communauté.

Nous proposons ici d'établir une première cartographie (SILK_road) couvrant la dynamique des protéines du LCS et du plasma sanguin in vivo chez l’humain. Nous nous concentrerons d'abord sur des individus sains (amyloïdes-négatifs) qui serviront de référence. Une analyse supplémentaire des cas amyloïdes positifs nous permettra de soutenir la communauté Alzheimer et de réaliser une première étude sur la dynamique globale protéique dans cette maladie.
La modélisation mathématique des données nous permettra de trouver des différences significatives dans la dynamique mais aussi dans les échanges sang/CSF ou cerveau/CSF, domaines d'investigation qui n'ont jamais été couverts jusqu'à présent à cette échelle. Cela pourrait révéler des altérations au niveaux des plexus choroïdes ou de la barrière hémato-encéphalique ainsi que la production relative de protéines en périphérie par rapport à celle du cerveau.

Nos données pourront aussi être utiles aux chercheurs qui étudient l'impact d’un nouveau traitement sur une cible en détectant les altérations du taux de production. En particulier, SILK_road fournira un répertoire de peptides se prêtant à des études dynamiques pour de nombreuses protéines. Tous les codes des logiciels de traitement des données et de modélisation seront mis à disposition. Les données seront déposées dans des bases de données publics (par exemple, PRIDE) et seront disponibles à partir d'un site web dédié. En outre, nous partagerons les données traitées avec les bases de données de protéomique intéressées, par exemple, neXtProt avec laquelle nous avons déjà eu des contacts.

Au final, nos objectifs sont les suivants
1. Etablir le premier atlas in vivo de la dynamique des protéines du sang et du LCS humains en accès libre, fournissant la synthèse, la dégradation et les estimations des taux d’échange entre le sang et le LCS d'individus en bonne santé.
2. Développer une implémentation logicielle complète et robuste de la pipeline bioinformatique nécessaire et de la modélisation mathématique, mettant ainsi le compartiment multi-biologique SILK à la disposition de la communauté. Rendre les données de SILK_road disponibles à partir d'un site web dédié.
3. Valider la pertinence de cet atlas par une étude pilote sur les patients amyloïdes positifs, prodromaux pour la maladie d'Alzheimer.