Application d'une approche basée sur protéomiques à la clinique

Thought LeadersProfessor Matthias MannThe University of Copenhagen& The Max Planck Institute of Biochemistry

Dans cette entrevue, professeur Matthias Mann discute son travail dans le domaine de la protéomique, et explique pourquoi l'application des technologies basées sur protéomiques telles que le timsTOF à la clinique pourrait accélérer le diagnostic et la prévision de la maladie humaine.

Que vous a attiré la première fois à l'inducteur de la protéomique ?

Je suis venu du domaine de spectrométrie de masse avant que la protéomique ait même existé. Quand la protéomique est venue le long, beaucoup de gens se concentraient sur la forme des 2D gels, mais ceci ne m'a pas intéressé. Au lieu de cela, l'analyse simultanée de beaucoup de composantes dans une cellule et les aspects de biologie de systèmes des protéomiques de fusil de chasse ont fait appel à moi.

Qu'a suscité votre intérêt pour la recherche fondamentale tout en fonctionnant en laboratoire de John Fenn ?

Je suis instruit en tant que physicien et mathématicien initialement et fonctionner commencé avec John Fenn sur electrospray. J'ai alors suivi l'en aval electrospray, de caractériser les protéines uniques aux composés de protéine, et puis les ensembles de plus en plus complexes aux cellules entières, que j'analyse aujourd'hui.

Après ceci, j'ai commencé à travailler à comprendre comment produire les ions, à la façon dont ils peuvent être mesurés, et puis à la séparation et à la vitesse croissantes pour suivre la complexité.

Pourquoi la ressentez-vous est-vous important pour voir des techniques basées sur protéomiques dans les environnements cliniques ?

Les cliniques se fondent fortement sur des essais en laboratoire, mais c'est habituellement une protéine ou une petite molécule. Les questions techniques sont au sujet de la façon dont précis ceux-ci sont. Par exemple, quand confronté aux diabétiques avec des triglycérides élevées, les scientifiques de laboratoire sauront que l'anticorps cessera de fonctionner, mais le test n'indique pas cela. Il pourrait être rendu beaucoup plus précis avec des techniques basées sur spectroscopie de masse parce qu'ils sont beaucoup plus digitaux.

La raison plus grande d'employer la spectrométrie de masse est que vous pouvez mesurer beaucoup de choses immédiatement. Je crois fortement cela qui prend simultanément beaucoup de mesures, comme une voie entière ou un ensemble entier des protéines, mènerait bien mieux aux diagnostics que ce que nous avons maintenant.

Un autre aspect est que les gens sont habituellement examinés pour l'une maladie, mais la plupart des gens ont des Co-morbidités qui peuvent être recueillies à l'aide de la spectrométrie de masse dans une approche basée sur biologie de systèmes.

Le plus souvent, les maladies proviendront de la même cause fondamentale. Avec du diabète, par exemple, la maladie est entraînée par un syndrome métabolique qui peut se manifester comme diabète, mais également comme affection hépatique et cardiopathies. Adopter une approche basée sur protéomiques nous forcerait à identifier que plus d'une chose est habituellement erronée.

ProtéomiqueYabusaka | Shutterstock

Combien utile les contrôles de santé longitudinaux pourraient-ils être pour des cliniciens et des patients ?

C'est une possibilité très attrayante et n'est pas quelque chose qui est fait actuellement. Par nos expériences de profilage proteomic de plasma, nous avons découvert que les gens ont les niveaux stables de la plupart des protéines dans le plasma. Cependant, nous avons également constaté que bien que la niche, ces niveaux diffèrent de la personne à personne. Il serait, pour cette raison, utile de savoir ce que sont les niveaux de la ligne zéro d'une personne avant d'employer une poignée de ces bornes comme indicateur diagnostique.

Ceci rendrait la borne beaucoup plus sensible parce que nous pourrions voir du niveau que nous avons déterminé et voir, par exemple, qu'il a augmenté de 30%. En comparaison, si nous avions juste la moyenne basée sur la population, nous ne saurions pas si cette élévation de 30% est toujours dans la gamme normale.

Queest-ce que le timsTOF est PRO et pourquoi est timsTOF, avec particulièrement PASEF, une solution attrayante pour des applications cliniques courantes ?

Le timsTOF pro est attrayant de plusieurs manières pour nous, en particulier à cause de la cote supplémentaire de la mobilité d'ion. La cote de mobilité d'ion n'est pas neuve, mais nous avons vu que nous pouvons employer la cote de tims comme ion traitant le dispositif. En réalité, nous l'employons pour aligner les ions et puis pour faire quelque chose avec eux un par un pendant qu'ils s'éluent du dispositif de tims.

Ce sert de base au PASEF ; que nous pouvons ordonnancer les ions l'un après l'autre pendant qu'ils sortent. En réalité, nous les ordonnançons en parallèle, multipliant de ce fait la vitesse de ordonnancement. C'est ce qui rend la combinaison de tims avec le temps-de-vol (TOF) si attrayante pour l'acquisition sans données.

PASEF en ligne - tableau montrant les précurseurs unique chargés exclusCrédit : Meier, et autres mole. Protéomique de cellules. 2018.

Comment les plans normaux d'acquisition comparent-ils à PASEF ?

L'avantage de PASEF est que vous enfermez les ions une fois et alors vous pouvez les sélectionner beaucoup de pour davantage de manipulation, telle que l'ordonnancement. Ce principe peut être normal, par exemple, nous savons de douze précurseurs selon l'échographie, mais à l'avenir, elle pourrait même être extensible à des numéros plus élevés. Ce serait possible par un meilleur bureau d'études, poussant plus de précurseurs, et pilotant des choses dans ce sens sans affecter la sensibilité.

Les plans normaux d'acquisition peuvent être plus rapides, mais d'autre part inévitablement, ils deviennent moins sensibles parce qu'il a fait séquentiel.

Ceci vous signifie trappe ou mesure le précurseur pendant un certain temps et pour augmenter la vitesse que le temps doit rétrécir ensemble pour obtenir une plus haute fréquence. Ce serait toujours aux dépens de la sensibilité, qui n'est pas le point de droit pour PASEF.

Dans quels domaines cliniques vous aiment voir des caractéristiques de PASEF étant employées et pourquoi ?

Deux grands sens mesurent des prises de sang et des tissus.  Nous sommes très attirés à mesurer le protéome de plasma parce que c'est d'une façon minimum invasif et a besoin seulement d'une goutte de sang qui vous pouvez obtenir de toute personne sans édition. Pour des tissus, il est plus important pour des états graves comme le cancer, qui est tissu-dépendant, par opposition au protéome de plasma, qui peut être fait pour beaucoup de gens qui ne sont pas forcément malades.

Je voudrais à PASEF étant employé pour des populations à risque, par exemple, pour diagnostiquer s'ils sont en danger pour l'affection hépatique. Nous pourrions également regarder ceux déjà diagnostiqués avec l'affection hépatique et alors les vérifier de nouveau après une intervention. Ceci exige beaucoup de prises de sang fréquentes, qui tireraient bénéfice pour cette raison d'être rapidement et bon marché que je pense est dans le mandat de la technologie.

Pour faire ceci, nous voudrions combiner le timsTOF de Bruker avec l'Evosep qui a un gradient très rapide ainsi nous pouvons faire 60 segments par jour. Ce seul est bonne utilisation du spectromètre de masse, qui peut aider à justifier les coûts. Même à court terme, vous pourriez faire cette analyse pour des dollars de deux cents ou des euros et à long terme elle pourrait être moins que cents euros.

Si vous comparez ceci aux tests d'ELISA, qui peuvent coûter quarante dollars et sont moins sensibles, la réponse est simple. Nous devons travailler sur la dynamique, ainsi les anticorps peuvent disparaître un bas plus profond dans la dynamique du protéome de plasma.

Plasmaangellodeco | Shutterstock

Pensez-vous l'épuisement pourriez-vous être une solution ?

Oui, réellement. Avec la voie qu'ils lui sont faits maintenant ne soyez pas possible, parce qu'en ce moment vous avez besoin de fléaux très chers et ils dégradent au fil du temps qui n'est pas bon pour des applications cliniques. Cependant, sous une certaine forme ou forme, l'épuisement fera partie de la solution.

Comme exemple, que les caractéristiques de PASEF peuvent-elles indiquer au sujet des cellules cancéreuses ?

Nous employons actuel PASEF pour des échantillons de pathologie, en prenant des parts de la FFPE et en coupant des endroits affectés avec la microdissection de laser. Les cancers sont hautement hétérogènes, ainsi nous coupons les endroits plus avancés du cancer moins de l'avancé et alors nous les comparons.

En comparant le protéome, nous pouvons voir ce qui est différent, qui nous donnera les objectifs supplémentaires. Nous employons le logiciel avancé pour que ceci regarde ce qui upregulated dans ce cancer et lesquelles de ces protéines correspondent aux médicaments qui sont procurables. Nous avons pour avoir déjà fait ceci d'un point de soins ou pour les patients qui étaient chemorefractory, et nous avons trouvé les objectifs neufs qui leur ont permis de recevoir davantage le médicament fortement visé.

Cette approche n'est pas approuvée pour l'usage répandu, mais nous travaillons toujours sur ce projet avec de petites cohortes patientes. Le patient doit reconnaître, les médecins doivent reconnaître, et actuel, c'est purement pour des cas où chaque autre traitement a été épuisé.

Comment les caractéristiques de PASEF peuvent-elles être employées pour aviser et personnaliser des plans de traitement pour des patients présentant le syndrome métabolique ?

Nous pouvons voir les protéines qui avisent sur l'état inflammatoire du patient et puis prennent cette Commission, avec d'autres Commissions aussi, pour aviser au sujet de certains aspects de l'état de santé de cela individuel. Alors nous pourrions dire que cette personne a l'inflammation de qualité inférieure due à être obèse, par exemple, et le docteur pourrait proposer un certain nombre d'interventions de mode de vie, telles que s'exercer davantage ou le grammage perdant.  

Cependant, certains peuvent bénéficier plus de l'exercice et une autre personne peut bénéficier plus du grammage perdant. C'est réputé dans la pratique, mais il n'y a aucune lecture pour cela jusqu'ici quand le docteur doit émettre une recommandation. Nous pouvons employer notre technologie pour obtenir ces Commissions inflammatoires et dire l'exercice sans grammage perdant est assez pour diminuer la condition inflammatoire de qualité inférieure.

Comment est-ce que vous pensez-vous l'apprentissage automatique renforcerez le potentiel du timsTOF, et facilitez son utilisation dans un réglage clinique ?

Nous sommes toujours excités au sujet des avances qui sont effectuées l'apprentissage automatique et en apprenant profondément et de la façon les appliquer dans notre pratique analytique. Ces technologies entrent à deux niveaux. Un niveau est qu'ils peuvent prévoir les mesures supplémentaires. Par exemple, nous avons effectué le travail sur mesurer la loi de la collision en circuit plus de 2 millions de coupes transversales et alors nous pouvons employer un cadre profond-apprenant pour prévoir exactement ce que sera la coupe transversale pour une séquence donnée de peptide.

Le deuxième niveau est de prévoir le temps d'assemblage. D'autres gens ont prouvé que ceci peut être les spectres faits de MS-MS, aussi. Ceci nous permet de prévoir la séquence de peptide, ce qui sera son comportement, ou ce qui sera sa position dans le cuboïde multidimensionnel de caractéristiques. Ceci nous aiderait à recenser les peptides.

Allant plus loin en aval nous pouvons employer l'apprentissage automatique pour classifier les patients, basés sur leur protéome, dans des conditions de risque. Ceci enlève le besoin de biomarqueur unique et te permet au lieu d'employer la configuration entière de l'expression de la protéine pour voir s'il y a un risque de la maladie. Plus de caractéristiques peuvent nous permettre d'appliquer apprendre profondément dans ce contexte dans une année ou deux.

Cellules cancéreusesJavier Regueir | Shutterstock

Que le contrat à terme retient-il pour votre recherche ?

Nous nous sommes concentrés beaucoup sur la protéomique clinique, mais notre laboratoire étudie également beaucoup d'autres choses comme l'analyse ou la phosphorylation de signalisation. Que dit, je pense mon groupe peut effectuer l'impact important dans la protéomique clinique avec le protéome de plasma parce que ceci pourrait être employé tellement génériquement comme diagnose pour beaucoup de maladies.

Notre objectif est de développer la recherche davantage, à une condition où il peut être employé pour diagnostiquer des patients présentant un certain nombre de maladies humaines. Nous voulons employer ceci comme pierre de progression pour commencer à prévoir le risque d'autres maladies telles que les syndromes métaboliques, le cancer (cancers de tard-présentation y compris), et les maladies complet différentes telles que les maladies psychiatriques ou neurodegenerative.

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Au sujet de professeur Matthias Mann

Matthias Mann - photoProfesseur Matthias Mann est le chef du service de la protéomique et de la transduction du signal au Max Planck Institute des biochimies. Il est l'un des chercheurs les plus cités dans le monde, avec plus de 200.000 citations. Le laboratoire de Mann avait abouti l'avancement de la protéomique basée sur spectrométrie de masse pour les dernières deux décennies.

Professeur Mann est également le directeur du programme de protéomique au centre de fondation de Novo Nordisk pour la recherche de protéine (NNF-CPR) à Copenhague, où il aboutit le groupe clinique de protéomique.

Le groupe a travaillé sur un grand nombre de projets d'international comprenant le projet d'UE de MSmed, la synergie Grant ToPAG d'ERC, Michael J. Fox Foundation pour les projets de recherche de Parkinson, et Digimed Bavière.

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