Development of smart acquisition methods using real-time control of mass spectrometers

L'étude complète des protéines par spectrométrie de masse (SM) a joué un rôle essentiel, parallèlement à diverses méthodologies " omiques ", dans la transformation de notre compréhension des systèmes biologiques. Les méthodes d'acquisition telles que la DDA (Data Dependent Acquistion) et la DIA (Data Independent Acquisition), permettent d'identifier et de quantifier de nombreuses protéines dans des échantillons complexes, mais peinent souvent à détecter les espèces très peu abondantes. Les approches ciblées comme la SRM (Selected Reaction Monitoring) et la PRM (Parallel Reaction Monitoring) offrent une sensibilité accrue. Néanmoins, la variabilité du temps de rétention (TR) des peptides d'une acquisition à l'autre requiert de larges fenêtres de ciblage, ce qui limite le nombre d'espèces que ces méthodes peuvent suivre. Des méthodes d'acquisition plus sophistiquées sont nécessaires pour définir des fenêtres de ciblage les plus courtes possibles, permettant ainsi de réaliser des acquisitions ciblées à haut débit analytique et à haute sensibilité. L'introduction du contrôle en temps réel pour les spectromètres de masse Thermo a permis la création de nouvelles stratégies d'acquisition plus intelligentes. Cependant, l'interfaçage et la mise en œuvre de ces méthodes restent complexes et coûteuses, sans solutions libres disponibles pour simplifier ce processus. Ce projet de doctorat avait deux objectifs : créer un logiciel facilitant la conception de nouvelles méthodes d'acquisition et développer une stratégie intelligente pour l'acquisition ciblée d'un grand nombre de peptides.Le logiciel MSReact, un système client-serveur compatible avec plusieurs instruments Thermo, a été conçu pour simplifier le développement des méthodes d'acquisition via une interface Python intuitive, donnant ainsi accès à un grand nombre de bibliothèques de code scientifiques. De plus, pour faciliter le développement de nouveaux prototypes de méthodes d'acquisition intelligentes, il fournit un instrument " mock " permettant de simuler une acquisition à partir d'un fichier brut existant, évitant ainsi de monopoliser des instruments pendant les phases de développement.MSReact a ainsi servi d'élément fondateur pour la création de la méthode TWISTT-PRM (TWo Injections with Smart Triggering of Targets for Parallel Reaction Monitoring). Celle-ci combine une acquisition de référence et une acquisition ciblée, avec un ajustement en temps réel des TRs basé sur des signaux peptidiques fiables. Cela réduit le temps de surveillance des cibles et augmente le nombre de peptides pouvant être ciblés. TWISTT-PRM a été évalué en ciblant des peptides d'E.coli ajoutés dans des lysats de cellules HeLa, et les résultats indiquent qu'il permet de cibler davantage de peptides que les méthodes PRM classiques. Cette stratégie a également été évaluée en termes de sensibilité en utilisant des peptides synthétiques ajoutés à différentes concentrations dans un lysat du protéome d'E. coli et les résultats ont été comparés aux acquisitions réalisées à l'aide d'une méthode DIA classique. TWISTT-PRM surpasse la méthode DIA classique en termes de sensibilité et de complétude des données (moins de valeurs manquantes) pour les cibles aux concentrations les plus faibles.Le logiciel MSReact suscite déjà l'intérêt de la communauté scientifique et promet d'accélérer le développement de nouvelles méthodes d'acquisition. Enfin, en élargissant l'échelle des approches ciblées, TWISTT-PRM ouvre la voie à des recherches biologiques avancées, et qui nécessitent notamment la détection d'un grand nombre d'espèces minoritaires.