Méthodes de la protéomique, limites et développements technologiques

par Jérôme Garin, Myriam Ferro, Norbert Rolland, Hélène Rivière-Rolland, Alain Viari et Jacques Joyard (note présentée par Jacques Joyard)

Publications de l'Académie d'Agriculture de France

Résumé

Cet article décrit brièvement (a) les outils utilisés dans l'analyse protéomique, (b) certaines de leurs limites et (c) quelques-unes des possibilités d'innovation dans le domaine. Une approche de type protéomique vise à identifier l'ensemble des protéines d'une cellule. Pour cela, les protéines étudiées sont solubilisées, puis séparées par électrophorèse (1D ou 2D). Les protéines sont alors repérées à l'aide d'une coloration appropriée avant d'être analysées par microséquençage ou par spectrométrie de masse. La limite importante des analyses protéomiques réside dans l'incapacité à résoudre la totalité des protéines présentes dans cette cellule avec un simple gel 2D. Une autre difficulté découle de l'extrême diversité des protéines en termes de dynamique d'expression et de nature chimique. L'analyse des compartiments cellulaires est une réponse efficace, mais partielle, à ces contraintes. De nouvelles méthodologies pour l'analyse protéomique haut débit et haute sensibilité sont actuellement mises en œuvre dans divers laboratoires. L'identification de protéomes membranaires est un bon exemple de l'intérêt de ce type de stratégie. L'objectif est de générer des quantités extrêmement importantes de données de séquence et de masse de peptides à partir d'échantillons biologiques ciblés, ce qui implique le développement de nouveaux outils bio-informatiques dédiés à la protéomique. Ces outils permettront de confronter directement les données de séquence protéique et de masse avec les informations de séquence d'ADN contenues dans les banques génomiques ce qui nous permettra, à terme, de participer à la mise en place d'une véritable synergie entre les informations apportées par le séquençage systématique des génomes et la connaissance des protéines.

Mots clés : électrophorèse, spectrométrie de masse, MALDI-Tof, MS/MS, bio-informatique, compartimentation cellulaire, protéome membranaire, protéines hydrophobes.

Summary

As a complementary approach to genome projects, proteomic analyses have been set up to identify new gene products. In comparison with transcriptome analysis, proteomics is closer to the final issue of the gene expression process and does not require any previous information about the genes, but actually provides links between genes and gene products. It has also been becoming obvious that the high sensitivity and superb ability of mass spectrometry to characterize very small quantities of proteins and peptides in their cellular form has a crucial role to play in the proteomics endeavour. Such techniques allow one to directly identify, locate (including at the subcellular level) and -in some cases- quantify gene products, and are particularly suited to generate functional information. However, proteomics suffers from some drawbacks, such as the low representativity of protein populations, due to difficulties encountered to analyse some classes of proteins (very hydrophobic proteins, basic or high molecular weight proteins, or low abundance proteins). Proteomic analysis of subcellular compartments is probably one of the best way to improve the actual representativity of protein populations. The identification of membrane proteomes is a good example of such a strategy. The field of proteomics, especially as a method to display and detect all cellular proteins in a form suitable for subsequent analyses, is currently in a rapid state of development to which bioinformatics contributes significantly. Significant efforts are devoted to the development of new tools towards high throughput proteomics. In this article, we briefly summarize (a) the actual technology used for proteomics, (b) some of its limits and (c) some technological developments towards high throughput proteomics.

Key words : electrophoresis, mass spectrometry, MALDI-Tof, MS/MS, bioinformatics, subcellular compartmentation, membrane proteome, hydrophobic proteins.