Développement de nouveaux outils pour l’analyse métabolomique par spectrométrie de masse haute résolution : de l’acquisition de spectres MS/MS pour l’identification large-spectre de métabolites au marquage isotopique pour la quantification - CEA - Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Development of new tools for metabolomic analysis by high-resolution mass spectrometry : from the acquisition of MS/MS spectra for large-scale metabolite identification to isotope labeling for quantification

Développement de nouveaux outils pour l’analyse métabolomique par spectrométrie de masse haute résolution : de l’acquisition de spectres MS/MS pour l’identification large-spectre de métabolites au marquage isotopique pour la quantification

Kathleen Rousseau
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1169437
  • IdRef : 249877244

Résumé

Metabolomics is a relatively new science that studies molecules with a molecular weight below 1.5 kDa, present in a given biological matrix. It is the last link in the "omics" sciences and represents the ultimate response of an organism to factors that disrupt its functioning. Today, many developments in high-resolution mass spectrometry coupled to liquid chromatography (LC/HRMS) aim at improving the detection, identification and quantification of metabolites but also at increasing the robustness of the analyses. This PhD thesis took place in that context. One of its main objectives was to develop methods allowing the simultaneous acquisition of MS and MS/MS spectra via analyses in "Data Dependent Acquisition" and "Data Independent Acquisition" modes. These methods allowed the production of data with the same sensitivity as the traditional "Full Scan" analysis while providing more precise and relevant information for further metabolite identification. These methodological developments were applied to an inter-laboratory study as part of a European project. The other major objective of this PhD was to set-up strategies for the large-scale quantification of metabolites in biological samples. To do so, the production and characterization of isotopically labeled internal standards were investigated. Thus, chemical synthesis methods relying on H/D exchange was evaluated and enabled the production of a large panel of labeled compounds. Their isotopic pattern exploitation allowed the development of an innovative quantitative approach by multi-point internal calibration. This method was compared to the conventional isotope dilution approach. At last, isotope profiling was applied to the preliminary analysis of mouse urine samples obtained from mice that were in vivo labeled with carbone-13. The aims were to study the C-13 incorporation kinetics in targeted metabolites, but also to annotate and identify new metabolites. Overall, the set of developments carried out during this thesis have allowed to reach a better level of identification of metabolites and to improve their quantification.
La métabolomique est une science relativement récente qui étudie les molécules de masses moléculaires inférieures à 1.5 kDa, présentes dans une matrice biologique donnée. Elle est le dernier maillon des sciences « omiques » et représente l’ultime réponse d’un organisme aux facteurs perturbant son fonctionnement. Aujourd’hui, de nombreux développements en spectrométrie de masse à haute résolution couplée à la chromatographie liquide (LC-HRMS), visent à améliorer la détection, l’identification et la quantification des métabolites mais également à augmenter la robustesse des analyses. C’est dans ce contexte que mon projet de thèse s’est intégré. L’un des objectifs de cette thèse a donc été de développer des méthodes permettant l’acquisition simultanée de spectres MS et MS/MS via des analyses en mode d’acquisitions dits « données dépendantes » et « données indépendantes ». Ces méthodes ont permis d’avoir la même sensibilité que les analyses classiquement réalisées en spectrométrie de masse à haute résolution, tout en acquérant des informations importantes pour l’identification des métabolites grâce aux spectres MS/MS. Ces développements ont pu être appliqués à une étude inter-laboratoires dans le cadre d’un projet européen. L’autre objectif majeur de ce doctorat a été la mise en place de stratégies pour la quantification de métabolites en matrice biologique. Pour ce faire, la production et la caractérisation de standards internes marqués aux isotopes stables ont été envisagées. Ainsi, des méthodes de synthèses chimiques par échanges H/D ont été évaluées et ont permis d’obtenir de nombreux composés marqués. L’exploitation des profils isotopiques obtenus pour ces composés a permis la mise en place d’une approche quantitative innovante par étalonnage interne multipoints. Cette méthode a pu être comparée aux approches classiques de dilution isotopique. Par ailleurs, l’étude de profils isotopiques a également pu être appliquée à des analyses préliminaires d’urines de souris métaboliquement marquées (in vivo) au carbone-13, à la fois pour du suivi cinétique d’incorporation du C-13 au sein de quelques métabolites ciblés mais aussi, à plus long terme, pour l’annotation et l’identification de nouveaux métabolites. In fine, l’ensemble des développements réalisés au cours de cette thèse ont permis d’atteindre un meilleur niveau d’identification des métabolites et d’améliorer leur quantification.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03793794 , version 1 (02-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03793794 , version 1

Citer

Kathleen Rousseau. Développement de nouveaux outils pour l’analyse métabolomique par spectrométrie de masse haute résolution : de l’acquisition de spectres MS/MS pour l’identification large-spectre de métabolites au marquage isotopique pour la quantification. Chimie analytique. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASF006⟩. ⟨tel-03793794⟩
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