Les -omiques

ENSPS 2 TIC-Santé2012-2013

Plan

• Introduction:– La définition des –omiques et leurs apparitions en

Biologie– L’analyse de l’information dans les données

• Les génomes : de la cartographie au séquençage,• Les ARN messagers : de l’hybridation au DNA chip,• La protéomique : Du gel bidimensionnel à la

spectrométrie de masse. L’interactome.• La métabolomique (l’analyse des métabolites)

PROTEIN, PROTEOME, PROTEOMIQUE

2- analyse informatique des spectres de masse

plan

1 - rappels de spectrométrie de masse

3- exemples

2- analyse informatique des spectres de masse

plan

1 - rappels de spectrométrie de masse

3- exemples

l’analyse protéomique

vise à comprendre l’organisation etle fonctionnement de la cellule

analyse à grande échelle

deux étapes

-1- séparation

-2- caractérisation/identification

electrophorèse 1D/2D

- microséquençage- spectrométrie de masse

Electrophorèse bidimensionnelle

séparationPI / MW

4.0 8.0pH

14.4

21.5

31.0

45.0

66.2

97.4

Mr(kDa)

Adapté de Joyard et al. (1998) Plant Physiol. 118, 715-723

un « spot » correspond à une ou plusieurs

protéines

Caractérisation MS : carte peptidique massique

1. Digestion trypsique

Arg ArgLys

Trypsine

coupure après lysine et arginine si l’acide aminé suivant n’est pas une proline

courtesy M. Ferro CEA Grenoble

Caractérisation MS : carte peptidique massique

1. Digestion trypsique

courtesy M. Ferro CEA Grenoble

fragments trypsiques

Caractérisation MS : carte peptidique massique

courtesy M. Ferro CEA Grenoble

m1

m2

m3

m4 MALDI-TOF

m1

m2

m3

m4masse

2. Analyse par spectrométrie de masse

Matrix Assisted Laser Desorption Ionization

Time Of Flight

cible

Irradiation (laser)

+désorption/ionisation

DétecteurTube de vol

MALDI-TOF

Laboratoire de Chimie des Protéines

CEA-Grenoble

1/2mv2 = zUv ~ (z/m)1/2

Spectre de masse

t ~ (m/z)1/2

m1

m2

m3

Uaccélération

Séquençage par MS/MS : fragmentation Q-TOF

Quadrupole(sélection d’un ion)

+

chambre de collision(hexapole)Electrospray

(ionisation)

++

+

TOF

U

ions fragments

analyse des ions fragments

Fragmentation des peptides

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 m/z

%

200.17

86.11

228.17

285.19

301.23372.29398.30

485.39

970.71

800.56687.46

913.65

GL

[M+H]+

LG LAP [SG]

HN CH C HN CH C HN CH C

S

O O O...

G LH2N CH C HN CH C HN CH C

G

O O O

L L

Fragmentation sur la liaison peptidique

interprétationmanuelle

2- analyse informatique des spectres de masse

plan

1 - rappels de spectrométrie de masse

3- exemples

identification de protéine : approche directe

protéinefragments trypsiques

spectres MS/MS

SwissProt

P1P2

spectres théoriques

P1P5P9

protéines candidates

identification de protéine : approche indirecte protéine

fragments trypsiques

spectres MS/MS

P1P5P9

protéines candidates

interprétation

GLL[SG]LAGP

SwissProt

P1P2

GLLG LAP [SG]

QuickTime™ et un décompresseur TIFF (non compressé) sont requis pour visionner cette image.

Un court fragment peptidique

Deux masses flanquantes de séquence inconnue

PEPTIDESEQUENCETAG

W M P

P M W ? ?

100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000

100

%

554.33

685.37

871.46

1000.49

438.2 Da129.1Da

étiquette peptidique (PST)

M. Mann

« Mapping » d’un PST sur une séquence protéique

...LSEAKISVTSTAESVTASLTDAEKTVNQTAR...675 916

SwissProt

Protéine 1

Protéine 2

Protéine 3

Protéine N…

Identification de protéines

Taggor + PepMap = PepLine

ESV

Taggor + PepMappro = PepLinepro

« Mapping » d’un PST sur une séquence protéique

...LSEAKISVTSTAESVTASLTDAEKTVNQTAR...675 916

SwissProt

Protéine 1

Protéine 2

Protéine 3

Protéine N…

Identification de protéines

ESV

Spectres MS/MS

1) interprétation partielle des

spectres

PSTs

SéquencesGénomiques

Chr 1

Chr 2

Chr 3

Chr M…

Gene

localisation des gènes

2) Localisation et clusteringdes PSTs

on passe aux gènes...

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+3

-1

PepMapGene

chromosome

+1+2traductions

-2-3

traductions

PST

PepMapGene

+3

-1chromosome

+1+2traductions

-2-3

traductions

PST

cluster

procaryote

PepMapGene

+3

-1chromosome

+1+2traductions

-2-3

traductions

PST

cluster

eucaryote

exons

TranslatedChromoso

me(6 frames)

Cluster

Chromosome EXON EXON EXONIntron Intron

Gene

2 – localisation des séquences codantes (PSTs clustering)

EXON EXON EXON

Complete match Partial match

1- localisation des PSTs sur une séquence génomique eucaryote

EXON EXON

No match !

PepMapGene

2- analyse informatique des spectres de masse

plan

1 - rappels de spectrométrie de masse

3- exemples

LCU0134 (nanoLC-MS/MS analysis)

Frame +1

Frame +2

Frame +3

Frame -2

Frame -1

Frame -3

Arabidopsis thaliana Chromosome 1 11300 PSTs

exemple : enveloppe chloroplastique d’A. thaliana

PepLine

MS/MS spc0300117

MS/MS spc0300222

Intronchloroplast innerenvelope protein

exemple : enveloppe chloroplastique d’A. thaliana

Malate permease

protéome membranaire bactérien

exemple 2 : proteome membranaire bactérien

Malate permease

protéome membranaire bactérien

exemple 2 : proteome membranaire bactérien

MS/MS