Dans cette interview réalisée au Pittcon 2024, nous avons parlé au professeur John Yates du Scripps Research Institute de la capture de l'hétérogénéité cellule à cellule des cardiomyocytes via la protéomique descendante.
Sommaire
Pourriez-vous vous présenter et décrire brièvement l’objectif principal de vos recherches et ce qui vous a poussé à démarrer vos travaux en protéomique ?
Je m'appelle John Yates et je travaille au Scripps Research Institute. Depuis 40 ans, mes recherches portent sur l'analyse des protéines par spectroscopie de masse. J'ai étudié la zoologie à l'université et j'aimais la biologie. Grâce à ces études, j'ai développé un intérêt pour le séquençage des protéines.
Un groupe de mon université utilisait la spectrométrie de masse pour séquencer les protéines, et je pensais que c'était un domaine de recherche très intéressant. Les ordinateurs étaient nouveaux et assez rares à l'époque, il était donc intéressant qu'un ordinateur soit installé sur le spectromètre de masse. Cette expérience et cette exposition au domaine m'ont incité à baser mes recherches sur l'utilisation de la spectrométrie de masse pour séquencer les protéines.
Vos recherches soulignent l’importance de comprendre l’hétérogénéité intercellulaire. Comment avez-vous identifié ce domaine d’étude comme crucial dans le contexte de la santé et de la maladie ?
Pour mieux comprendre l’hétérogénéité intercellulaire, il faut savoir que les cellules sont différentes, en particulier si on les considère dans le contexte d’un tissu fonctionnel. Une cellule peut être considérée comme un système ; par conséquent, les tissus ne sont qu’un système de systèmes.
L'objectif principal est de comprendre les cellules et leurs différences, même entre cellules du même type. Ces différences naissent souvent en réaction à leur environnement local.
L'évolution naturelle de ces connaissances de base consiste à les explorer dans le contexte de la santé et de la maladie. L'étude des différents aspects de la biologie s'est facilitée depuis que les techniques de protéomique sont devenues plus performantes. Les recherches dans ce domaine sont rapidement passées des cellules aux tissus, puis aux organismes entiers.
Pouvez-vous expliquer en détail l’importance de l’hétérogénéité intercellulaire dans la compréhension des fonctions biologiques et des mécanismes des maladies ?
L'effet des mutations protéiques peut varier énormément ; dans un type de cellule, une mutation peut être dévastatrice, alors que dans une autre protéine, la même mutation peut être passagère, sans affecter la biologie ou la fonction de la cellule.
La SLA, la maladie de Lou Gehrig, est un exemple de mutations protéiques aux effets dévastateurs. Les mutations qui se produisent dans la protéine superoxyde dismutase détruisent les motoneurones et les personnes atteintes commencent à perdre leur fonction musculaire.
Quels sont les défis et les avancées potentielles dans l’application de la protéomique descendante à l’analyse cellulaire individuelle ?
La protéomique s'intéresse principalement à la digestion des protéines en peptides à des fins d'analyse. Cette approche est motivée par le fait que les technologies d'analyse des peptides sont plus matures et plus fiables que celles des protéines entières.
Les protéines posent des défis plus importants en raison de leur composition chimique diverse et souvent extrême. Par exemple, les protéines membranaires sont variées, hautement hydrophobes et notoirement difficiles à manipuler, tout comme les protéines telles que les mucines, qui présentent des niveaux élevés de glycosylation.
Le traitement des protéines intactes pose de nombreuses difficultés, ce qui accroît la complexité de l'analyse. Par conséquent, la protéomique descendante, qui se concentre sur l'étude des protéines intactes, est moins efficace que la protéomique ascendante pour répondre à des questions biologiques cruciales.
Crédit photo : Proteomics/Shutterstock.com
Malgré ces inconvénients, l’utilisation de la protéomique descendante présente également des avantages. Par exemple, c’est grâce à cette approche que la protéomique a pu être en mesure d’analyser les protéoformes.
Les protéoformes sont des protéines modifiées différemment à partir du même gène. Le gène peut être épissé pour créer des protéines présentant des différences, notamment des variations de taille. Ces protéines sont modifiées en fonction de leur fonction particulière.
La protéomique descendante est la meilleure forme d'analyse pour des recherches multiples. Elle définit la fonction d'une protéine et comprend comment cette fonction peut être modifiée en fonction des différentes modifications ou schémas de modifications d'une protéine.
Quels sont les principaux avantages de l’utilisation d’un dispositif CellenONE et d’EThcD par rapport aux méthodes traditionnelles dans votre approche utilisant la protéomique descendante ?
CellenONE est un nouvel appareil très efficace pour isoler les cellules. Je n'en ai pas dans mon laboratoire, mais je collabore avec un groupe qui en possède un, et ils ont découvert comment isoler avec succès les cardiomyocytes.
Le flux vidéo associé au dispositif CellenONE permet d'observer les cardiomyocytes. Il a été découvert qu'ils continuent de battre pendant leur passage dans le système, ce qui suggère que les cardiomyocytes survivent au processus d'analyse.
CellenONE a révolutionné le domaine en découvrant une nouvelle façon d'isoler les cellules en utilisant la cytométrie de flux.
Quels ont été les plus grands défis techniques auxquels vous avez été confrontés lors du développement de cette méthode d’analyse de cellules cardiomyocytaires individuelles ?
Comme pour de nombreuses méthodes d’analyse, tous les problèmes n’ont pas encore été résolus.
Un défi important est apparu dans l’analyse du mécanisme contractile des cardiomyocytes, car les protéines responsables de leur battement ne sont pas très solubles.
Leader d'opinion de Pittcon : John Yates
Les chercheurs doivent donc trouver un moyen de rendre ces protéines suffisamment solubles pour passer à travers le spectromètre de masse afin de produire une analyse précise.
Votre étude a identifié un degré élevé d’hétérogénéité des protéoformes parmi les cellules cardiomyocytaires individuelles. Comment cette découverte modifie-t-elle notre compréhension de la biologie cardiaque ?
Il s’agit d’une approche novatrice. Par conséquent, nous n’avons pas encore recueilli suffisamment d’informations pour modifier notre compréhension de la biologie cardiaque. Cependant, nous sommes sur la bonne voie pour y parvenir. À l’avenir, l’un de nos principaux objectifs est de comprendre s’il existe une différence biologique entre les cardiomyocytes de différentes tailles. La taille des cardiomyocytes peut varier de 40 à 100 microns, et ces différences peuvent modifier leur fonction et leur localisation dans le ventricule cardiaque.
Vous évoquez la découverte de nombreuses modifications post-traductionnelles comme la crotonylation et la phosphorylation. Pourriez-vous nous en dire plus sur cette découverte et sur les implications qu'elle a pour les futures recherches ou thérapies cardiaques ?
L’essentiel de ces résultats est que nous pouvons désormais mesurer ces modifications post-traductionnelles. Il est toutefois encore trop tôt pour comprendre les implications pour la recherche et les thérapies cardiaques.
Maintenant que ces observations ont été reconnues sur des cœurs normaux, nous pouvons aller de l’avant et commencer à examiner les cœurs malades pour comprendre comment les modèles de phosphorylation peuvent changer en fonction de la maladie.
Par conséquent, nous commencerons probablement à comprendre les implications des modifications post-traductionnelles à partir de ces comparaisons.
Des études ont également été menées sur des cellules en vrac. Grâce à cette analyse, il a été observé que les changements dans les schémas de phosphorylation pourraient être une fonction de l'insuffisance cardiaque. Les efforts visant à comprendre les causes de ces changements pourraient nous aider dans la recherche de nouvelles thérapies.
Quelles sont les prochaines étapes de vos recherches ? Y a-t-il des domaines ou des applications spécifiques de l’analyse du protéome des cardiomyocytes que vous aimeriez particulièrement explorer ?
L'un des objectifs majeurs de ce domaine est d'accéder aux protéines de plus grande taille présentes dans les cardiomyocytes et de les analyser. Pour y parvenir, il faudra continuer à améliorer les méthodes d'analyse utilisées. Parallèlement, l'accent sera mis sur l'obtention d'informations plus fiables sur l'emplacement des modifications dans chaque protéine, améliorant ainsi le processus de fragmentation des protéines.
Globalement, l’objectif est d’analyser plus en détail toutes les protéines des cardiomyocytes, alors que, jusqu’à présent, l’analyse n’a porté que sur une fraction des protéines.
Alors que nous célébrons le 75ème anniversaire de Pittcon, pourriez-vous partager votre premier souvenir ou expérience de participation à cette conférence et comment cela a impacté votre vision de la communauté scientifique ?
Il y a 30 ans, parcourir le hall d'exposition était une expérience époustouflante. La conférence était énorme, avec 30 000 personnes et beaucoup d'enthousiasme. De nombreux fournisseurs organisaient des événements spéciaux autour de la conférence. Par conséquent, mon expérience globale a été extrêmement intéressante et passionnante.
Lors de mon premier Pittcon, j'étais membre du comité consultatif éditorial de la revue Analytical Chemistry.
À propos de John Yates
John R. Yates est professeur Ernest W. Hahn aux départements de médecine moléculaire et de neurobiologie du Scripps Research Institute. Il a obtenu une licence en zoologie et une maîtrise en chimie de l'université du Maine à Orono. Il a obtenu son doctorat. Il a obtenu son doctorat en chimie à l'Université de Virginie dans le laboratoire de Donald F. Hunt, avec une thèse intitulée « Séquençage de protéines par spectrométrie de masse en tandem ». Il a effectué des recherches postdoctorales dans le laboratoire de Leroy E. Hood au California Institute of Technology. À l'Université de Washington, il a obtenu le rang de professeur associé avec titularisation avant de rejoindre le Scripps Research Institute à LaJolla, en Californie. Ses intérêts de recherche comprennent le développement de méthodes intégrées pour l'analyse par spectrométrie de masse en tandem de mélanges de protéines, la bioinformatique utilisant des données de spectrométrie de masse et les études biologiques impliquant la protéomique. Il est le principal inventeur du logiciel SEQUEST pour corréler les données de spectrométrie de masse en tandem aux séquences de la base de données et le développeur de la technique de protéomique shotgun pour l'analyse des mélanges de protéines. Son laboratoire a développé l'utilisation de techniques protéomiques pour analyser les complexes protéiques, les modifications post-traductionnelles, les organites et l'analyse quantitative de l'expression des protéines pour la découverte de nouvelles biologies. De nombreuses approches protéomiques développées par Yates sont devenues une ressource nationale et internationale pour de nombreux chercheurs de la communauté scientifique. Il a reçu le prix de recherche de l'American Society for Mass Spectrometry, le prix Pehr Edman en chimie des protéines, la médaille Biemann de l'American Society for Mass Spectrometry, le prix HUPO Distinguished Achievement Award in Proteomics, le prix Herbert Sober de l'ASBMB et le prix Christian Anfinsen de la Protein Society, le prix de chimie analytique 2015 de l'ACS, le prix Ralph N. Adams 2015 en chimie bioanalytique, la médaille Thomson 2018 de l'International Mass Spectrometry Society, le prix John B. Fenn Distinguished Contribution to Mass Spectrometry 2019 de l'ASMS, le prix HUPO 2019 en découverte et le prix 2024 de la Pittsburgh Society en chimie analytique. Il a été classé par Citation Impact, Science Watch comme l'un des 100 meilleurs chimistes de la décennie 2000-2010. Il a été classé n°1 sur la liste des chercheurs les plus influents en chimie analytique établie par The Analytical Scientist le 30/10/2013 et figure sur la liste des chercheurs biomédicaux les plus influents, 1996-2011 (European J. Clinical Investigation 2013, 43, 1339-1365) et sur la liste Clarivate des scientifiques les plus cités en 2015 et 2019-2023. Il a publié plus de 1 000 articles scientifiques avec plus de 173 000 citations et un indice H de 205 (Google Scholar). Le Dr Yates a été rédacteur en chef adjoint chez Analytical Chemistry pendant 15 ans et est actuellement rédacteur en chef du Journal of Proteome Research.
À propos de Pittcon
Pittcon est la plus grande conférence et exposition annuelle au monde consacrée aux sciences de laboratoire. Pittcon attire plus de 16 000 participants issus de l'industrie, du monde universitaire et du gouvernement de plus de 90 pays à travers le monde.
Leur mission est de parrainer et de soutenir des activités éducatives et caritatives pour l’avancement et le bénéfice de l’effort scientifique.
Le public cible de Pittcon n’est pas seulement composé de « chimistes analytiques », mais de tous les scientifiques de laboratoire : toute personne qui identifie, quantifie, analyse ou teste les propriétés chimiques ou biologiques de composés ou de molécules, ou qui gère ces scientifiques de laboratoire.
Ayant dépassé ses racines en chimie analytique et spectroscopie, Pittcon est devenu un événement qui sert désormais également un public diversifié englobant les sciences de la vie, la découverte pharmaceutique et l'assurance qualité, la sécurité alimentaire, l'environnement, le bioterrorisme et le cannabis/les psychédéliques.
