Mass spectrometry for induced or post-translational modifications : methodology and application to proteins of therapeutic interest

Les modifications de protéines, qu’elles soient post-traductionnelles (PTMs) ou induites chimiquement, ont une influence considérable sur l'activité des protéines. Des méthodes de spectrométrie de masse (MS) HRMS, MS/MS CID et ETD, et de biochimie ont été développées pour la caractérisation structurale et cinétique de complexes protéine-ligand et de PTMs, dans le but de disséquer leur mécanisme et de concevoir des médicaments covalents contre des protéines liant des protéases, des kinases, ou l'ADN. La MS combinée avec des outils biochimiques a permis de séquencer l'inhibiteur de protéases grégline, et de détecter une PTM originale. De même, la transposase MOS1, modèle de l'intégrase du VIH pour la conception d'inhibiteurs, s'avère être à la fois acétylée et phosphorylée. Pour la lyase Abf2, une stratégie de piégeage, purification, protéolyse et hydrolyse ADN du complexe covalent Abf2-ADN, couplée à l’analyse MS, a été développée. Enfin, l’interaction entre le surpresseur de métastase hPEBP1 et la locostatine a été disséquée sur la protéine entière et par approche bottom-up. La locostatine s’hydrolyse en butyrate après fixation. Afin d’identifier le site ciblé par la locostatine, les conditions de réaction et de protéolyse ont été optimisées. La présence de réactions non spécifiques a conduit au développement 1) d'un modèle mathématique permettant de déterminer la fraction de liaison optimale pour discriminer le site spécifique des sites non-spécifiques, et 2) d'une méthode pour la quantification parallèle et exhaustive du degré de modification de tous les sites modifiés d'une protéine. Ces outils sont applicables aux ligands covalents de protéines et/ou à leurs PTMs.Protein modifications, whether post-translational (PTMs) or chemically induced, play a crucial role on the activity of proteins. Mass spectrometry (MS) techniques such as HRMS, CID/ETD MS/MS, and biochemistrybased methods for structural and kinetic characterization of protein-ligand complexes and PTMs have been developed. MS combined with several biochemical tools has been used to sequence the proteinase inhibitor gregline and to detect a novel PTM. A similar approach shows that the transposase MOS1, a model for the design of HIV integrase inhibitors, is both phosphorylated and acetylated. For the lyase Abf2, a strategy of trapping, purification, proteolysis, and DNA hydrolysis of the Abf2-DNA covalent complex, coupled to MS analysis, has been developed. Finally, the interaction between the metastasis suppressor hPEBP1 and locostatin was dissected. Upon binding to hPEBP1, locostatin undergoes hydrolysis. To identify the site targeted by locostatin, the conditions of reaction and proteolysis were optimized. The qualitative approach reveals the presence of non-specific reactions, leading to the development of 1) a mathematical model to determine the optimum bound fraction for discriminating the specific site from non-specific sites, and 2) a method for the parallel and exhaustive quantification of the degree of modification of all modified sites of a protein. These tools are widely applicable to covalent protein ligands and/or PTMs