Les protéines sont les chevaux de bataille de la cellule. Leur activité est souvent contrôlée par l'ajout ou la suppression de produits chimiques appelés phosphates, comme allumer ou éteindre un courant électrique. Mesurer combien de protéines sont phosphorylées, ou allumé, a été un obstacle à la recherche. Parce que les protéines phosphorylées sont difficiles à obtenir en grande quantité, ils peuvent être difficiles à analyser, même en utilisant des instruments avancés tels qu'un spectromètre de masse.

Les chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory ont mis au point un moyen de mesurer et de distinguer d'infimes quantités de protéines phosphorylées, une approche qui pourrait être utilisée dans la recherche pour aider à traiter des maladies telles que le diabète et le cancer. L'étude apparaît comme l'article de couverture du 7 mai de la revue Chimie analytique .

Distinguer les protéines phosphorylées

Dans un spectromètre de masse, les molécules s'accumulent dans un piège juste devant l'appareil de mesure, comme des véhicules attendant sur une bretelle d'autoroute à compteur, a déclaré la co-auteure Karin D. Rodland, un chercheur du laboratoire PNNL et chercheur biomédical. Le piège se libère une fois qu'il accumule suffisamment de molécules. Cela permet aux molécules d'avancer comme les véhicules lorsque le feu de rampe devient vert.

Mais lorsque de faibles niveaux de protéines phosphorylées sont dans un échantillon, leur signal est souvent trop faible pour être détecté par un spectromètre de masse, les molécules restent donc bloquées avant même d'être mesurées.

Dans cette étude, les chercheurs ont cherché à amplifier les signaux pour contourner la barrière et rendre mesurables même les faibles niveaux de protéines. Pour pouvoir le faire, l'équipe a déployé une technique existante appelée étiquetage isobare, qui marque chimiquement les échantillons. Chaque étiquette est unique et adhère à et identifie toutes les protéines dans un échantillon donné. Plus important, une fois les échantillons étiquetés individuellement mélangés, ils deviennent un seul, échantillon chimiquement identique.

« Aux yeux de la spéc. de masse, " a déclaré l'auteur correspondant Tao Liu, un scientifique biomédical au PNNL, "l'échantillon apparaît comme une seule identité."

Habilement, les chercheurs ont marqué et mélangé de manière isobare un matériau « stimulant » avec les échantillons de l'étude qui étaient limités en quantité, à un rapport rappel/échantillon de 30 pour 1. Ce matériel de rappel est biologiquement similaire aux échantillons de l'étude, de sorte que les catalogues de protéines sont similaires et sont facilement disponibles en quantité beaucoup plus importante. Par exemple, des lignées cellulaires mixtes peuvent être utilisées pour imiter les tissus.

La combinaison du matériau d'amplification et des échantillons d'étude a rendu le signal global suffisamment grand pour être détecté par la spécification de masse. Cela a essentiellement incité l'instrument - qui est incapable d'effectuer des mesures lorsque l'échantillon est trop petit - à donner le feu vert à l'ensemble de l'échantillon pour analyse.

La technologie est un peu comme les voitures et les camions se triant par vitesse une fois qu'ils se fondent sur l'autoroute, puis en sélectionnant les voitures par leurs couleurs, dit Rodland. Ces véhicules n'auraient jamais été triés s'ils n'avaient pas reçu le signal "go" du dispositif de mesure.

Lorsque la spécification de masse a séparé l'échantillon marqué et mélangé de manière isobare pour analyse, les rapports dans lesquels les étiquettes apparaissaient ont permis aux scientifiques de déterminer la quantité de chaque peptide dans chaque échantillon d'origine.

Des avancées dans la détection des maladies

En utilisant la stratégie de marquage/boosting isobarique, l'équipe a d'abord démontré que trois lignées cellulaires différentes de leucémie myéloïde aiguë - un type de cancer qui commence dans la moelle osseuse - peuvent être efficacement distinguées en fonction de leurs profils d'activité protéique, en utilisant un nombre relativement faible de cellules.

Les chercheurs ont ensuite porté leur attention sur les îlots pancréatiques, qui jouent un rôle central dans le diabète. Ces amas cellulaires produisent des hormones, l'insuline et le glucagon, qui agissent ensemble pour empêcher la glycémie de devenir trop élevée ou trop basse. Les cellules sont des cibles chez les patients de type 1, ou insulino-dépendant, Diabète. Cependant, l'activité des protéines dans les îlots humains est difficile à étudier en raison de leur teneur limitée en protéines. Grâce à la nouvelle technique, les chercheurs ont analysé les changements dans l'activité des protéines dans les îlots humains en réponse au traitement, une aspiration longtemps recherchée par les médecins surveillant leurs patients.

« Cela nous donnera un nouvel aperçu de ce qui se passe lorsque les cellules productrices d'insuline meurent chez les patients atteints de diabète, " dit Wei-Jun Qian, l'autre auteur correspondant de l'article et un scientifique biomédical au PNNL. "La capacité de suivre l'activité des protéines de manière plus rigoureuse nous aidera à comprendre quelles voies de signalisation sont impliquées dans la mort cellulaire."

Sur l'horizon

La nouvelle approche est prometteuse pour divers types de recherche biologique et biomédicale lorsque les échantillons sont rares. Les utilisations pourraient inclure la comparaison des cellules avant et après le traitement médicamenteux, tester différentes doses, ou étudier le moment de l'activation ou de la désactivation des protéines.

"Les possibilités sont infinies, " a déclaré Liu. " Vous pouvez faire une quantification à très grande échelle, et vous pouvez également mélanger de nombreuses conditions différentes que vous souhaitez étudier en une seule expérience."