Étude des protéines et des maladies humaines à l'aide de la spectrométrie de masse

Une entrevue avec Amanda Hummon PhD, professeure agrégée de l'Ohio State University, discutant de la façon dont la spectrométrie de masse peut être utilisée pour analyser le protéome et comment cela peut aider à l'étude des maladies humaines.

Comment la spectrométrie de masse est-elle utilisée pour étudier le protéome?

Les spectromètres de masse sont essentiellement des machines de pesage ou des balances très coûteuses. Ils ont été magnifiquement appliqués à l'étude des protéines et du protéome global car les protéines sont composées d'acides aminés répétitifs qui ont tous des masses distinctes. Nous pouvons utiliser la spectrométrie de masse pour distinguer les protéines individuelles, déterminer celles qui sont présentes et leur quantité.

La belle chose à ce sujet est que nous considérons les protéines comme les molécules d'action des cellules. Donc, ce sont eux qui font beaucoup de travail, et étudier le protéome des tissus sains par rapport aux tissus malades, par exemple, peut vous donner beaucoup d'informations sur les raisons pour lesquelles une maladie survient et aussi ce qui pourrait être fait pour traiter. il. Pour cette raison, la spectrométrie de masse et la protéomique se marient à merveille.

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Dans quelle mesure les études sur le protéome sont-elles cruciales pour faire progresser notre compréhension des maladies humaines?

Il est extrêmement important d'étudier le protéome pour comprendre les maladies humaines. Il existe deux manières différentes d'examiner le protéome: la première consiste à examiner les diagnostics et la seconde à comprendre les options de traitement.

Par exemple, si vous avez un patient qui développe une maladie, cette maladie sera souvent déclenchée par l'expression de protéines qui ne seraient pas présentes à l'état sain ou qui seraient potentiellement présentes en différentes quantités dans un état sain par rapport à un malade. Etat.

En étudiant le protéome et en regardant quelles protéines sont présentes et la quantité présente, nous pouvons déterminer, par exemple, si un patient a une maladie particulière. C'est la première grande application.

La deuxième application dans laquelle les études du protéome peuvent être très utiles consiste à examiner les options de traitement. Encore une fois, par exemple, si vous avez différents médicaments qui peuvent être utilisés pour traiter une maladie, vous pouvez utiliser les protéines comme lecture pour voir si votre médicament fonctionne ou non et si un autre médicament doit être utilisé pour ce patient. Nous considérons la protéomique comme une très bonne lecture de la santé et de la viabilité des cellules humaines.

Quels sont les progrès réalisés dans les méthodes de spectrométrie de masse?

Au cours des cinq à dix dernières années, nous avons vu d'énormes progrès dans le domaine de l'instrumentation de spectrométrie de masse comme en témoigne la popularité croissante de la technique. Si vous assistez à la réunion de la Société américaine pour la spectrométrie de masse, elle devient de plus en plus grande chaque année. C'est en grande partie parce que tout peut être étudié en regardant son poids moléculaire.

Certaines des avancées vraiment passionnantes qui ont eu lieu ces dernières années sont l'introduction de techniques comme la mobilité ionique, qui vous permet de faire la distinction entre des molécules qui ont le même poids moléculaire mais des formes différentes.

Avec la spectrométrie de masse, vous étudiez généralement les choses et regardez les différences de poids. Lorsque nous ajoutons la mobilité ionique à l'extrémité avant d'un spectromètre de masse, nous pouvons regarder des choses qui ont le même poids mais des formes différentes. Nous arrivons donc à un point passionnant où nous pouvons regarder presque tout.

Dans mon domaine de recherche, je fais beaucoup de protéomique et beaucoup d'imagerie par spectrométrie de masse. Il y a eu de nombreux développements dans le monde de l'imagerie également qui nous permettent de regarder, avec une résolution spatiale vraiment exquise, quelques cellules à la fois de manière spatialement discrète par spectrométrie de masse. Je suis également très enthousiasmé par ces avancées.

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Comment ce type d'innovation permet-il une recherche qui va au-delà d'une analyse standard?

Avec ces nouveaux types de méthodes, nous pouvons commencer à poser des questions auxquelles nous ne pouvions pas répondre auparavant. Pour revenir à la question de la mobilité ionique, vous utilisez la mobilité ionique dans différents types de recherche. Disons, par exemple, que vous aviez deux molécules qui avaient exactement la même masse.

Un grand nombre de molécules plus petites, comme les lipides, auront souvent la même masse, nous ne pouvions donc pas faire la distinction entre ces différentes espèces auparavant. Mais maintenant, avec ces nouvelles avancées, nous pouvons commencer à comprendre ces différences subtiles.

Les cellules humaines font cela depuis des milliers d'années; ils sont vraiment doués pour distinguer et utiliser ces différentes molécules. Nous sommes maintenant en train de rattraper l'instrumentation, et pouvoir les discriminer et les utiliser est très avantageux.

Pourquoi choisissez-vous de vous concentrer sur cette recherche et quels sont les avantages de la recherche?

J'ai été formé comme chimiste analytique. J'ai travaillé dans un groupe de chimie analytique en tant qu'étudiant diplômé, et j'aime la chimie analytique fondamentale et largement applicable. En fin de compte, toute science est guidée par la mesure. Si vous ne savez pas ce que vous avez, vous ne pouvez vraiment pas faire de recherche. La chimie analytique est le domaine de recherche qui rend tout cela possible. J'adore cet aspect.

J'aime aussi le développement de méthodes et être capable de développer ces méthodes rigoureuses et robustes. J'aime faire de la chimie analytique dans le domaine de la recherche biomédicale parce que je veux fondamentalement faire des recherches qui aideront les gens. C'est l'objectif primordial de la recherche en général.

Ma famille a des antécédents de certains types de cancers et nous avons donc concentré tous les efforts de mon groupe de recherche sur l'application de la chimie analytique à la biologie du cancer et en essayant d'utiliser ces stratégies de mesure pour explorer des questions convaincantes en biologie du cancer.

Que vous réserve l'avenir de vos recherches en biologie du cancer?

Mon groupe de recherche fait beaucoup de travail en utilisant différents types de systèmes modèles de cancer. Plus précisément, les travaux au cours des 10 dernières années ont utilisé des lignées cellulaires immortalisées pour former des cultures cellulaires tridimensionnelles, qui sont des imitations de tumeurs humaines.

Nous avons développé une suite de méthodes de spectrométrie de masse qui sont très robustes et rigoureuses, et nous avons passé 10 ans à développer ces méthodes afin de pouvoir ensuite les traduire des modèles de culture cellulaire dans les tissus de patients réels. Nous faisons maintenant cette transition et déplaçons nos méthodes analytiques des lignées cellulaires vers les organoïdes dérivés des patients.

Ce sont des échantillons issus de biopsies de patients et nous pouvons utiliser nos méthodes de spectrométrie de masse, par exemple, pour déterminer si un patient répondra ou non à un médicament spécifique. Nous pouvons prendre l'une de ces biopsies, la cultiver, la traiter avec le médicament et utiliser la spectrométrie de masse pour voir si le patient peut ou non métaboliser ce médicament. Avoir cette information peut aider à guider les décisions cliniques.

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Quels autres axes de recherche y a-t-il chez Pittcon?

J'ai donné une conférence sur l'utilisation du protéome pour examiner les moyens d'augmenter l'efficacité chimiothérapeutique. Mon laboratoire a étudié différentes modifications nutritionnelles pour déterminer si nous pouvons ou non améliorer le fonctionnement de la chimiothérapie. Nous avons des données préliminaires très prometteuses indiquant que manger moins peut augmenter l'efficacité de la chimiothérapie dans les cellules cancéreuses du côlon. Ceci est basé sur des données phénotypiques et protéomiques.

J’ai également donné une conférence sur le travail de spectrométrie de masse par imagerie de mon groupe de recherche, en utilisant nos modèles sphéroïdes tridimensionnels et nos organoïdes pour examiner à la fois la pharmacocinétique et la pharmacodynamique des différents composés disponibles pour les patients atteints de cancer colorectal.

Avec ces deux discussions, nous cherchions à appliquer la spectrométrie de masse à ce que je considère comme des problèmes vraiment importants dans la recherche sur le cancer colorectal, et nous espérons proposer de meilleures options pour les patients.

Qu'espérez-vous retirer de Pittcon avec ces présentations de recherche?

C'est toujours merveilleux de venir ici parce que vous pouvez voir tous vos amis et collègues et rencontrer de nouvelles personnes. Au cours de l'une de mes conférences, j'ai rencontré un groupe de personnes que je n'avais jamais rencontrées auparavant et j'ai pu entendre parler de leurs recherches et certaines des idées et des concepts qui ont été introduits dans le symposium étaient des choses auxquelles je n'avais pas pensé.

Cela change un peu ma perspective sur la recherche et parfois cela vous oblige à vous concentrer sur d'autres aspects ou à affiner un peu vos hypothèses. J'aime être présenté à ces nouvelles idées.

De plus, si vous avez de très bonnes questions après avoir prononcé un discours, il peut parfois être difficile d'y répondre, mais cela peut aussi améliorer encore davantage votre recherche si cela vous oblige à réfléchir à la raison pour laquelle vous faites ce que vous faites. Je trouve que Pittcon est un environnement scientifique très riche et il y a beaucoup de bonnes discussions en cours ici.

Pourquoi pensez-vous que Pittcon profite à la communauté scientifique analytique?

Je viens à Pittcon depuis que je suis étudiant diplômé; Je pense que c'est mon 15^e année ici, peut-être. Il est toujours très important de venir et d'interagir avec vos amis et collègues pour découvrir ce qui se passe sur le terrain et pour avoir une idée de la destination de la communauté.

Il a également été intéressant de voir des changements dans l'orientation de la chimie analytique au fil des ans et de voir différents sujets devenir plus importants et plus importants.

A propos d'Amanda Hummon

En tant que membre de la Molecular Carcinogenesis and Chemoprevention à l'OSUCCC – James, les intérêts de recherche d'Amanda se situent à l'intersection de la chimie analytique et de la biologie chimique, avec un accent sur la biologie du cancer.

Le laboratoire développe des méthodes analytiques pour évaluer le protéome, le phosphoprotéome et le métabolome dans les cellules cancéreuses tout en explorant la dérégulation des voies de transduction des signaux associés au cancer. Nous utilisons le profilage spectrométrique de masse global pour évaluer quantitativement l'abondance modifiée des biomolécules dans les cellules cancéreuses, en particulier dans le cancer du côlon. Nous avons utilisé cette approche pour examiner des échantillons de patients, des xénogreffes de souris et des lignées cellulaires immortalisées.

Le laboratoire d'Amanda développe également des méthodes d'imagerie par spectrométrie de masse pour suivre la pénétration et le métabolisme des chimiothérapies dans les tumeurs et les cultures cellulaires tridimensionnelles.