Developement of a new proteomic method to improve identification and quantification of acetylated proteins

L'acétylation des protéines constitue l’une des plus importantes modifications post-traductionnelles (PTMs). Elle intervient dans de multiples processus bologiques et physiopathologiques tels que, l’activité transcriptionnelle, l'apoptose, la régulation des voies métaboliques, les cancers, les maladies inflammatoires et cardiovasculaires. Face à l’importance de l’acétylation des protéines, il apparaît donc indispensable de bien comprendre les mécanismes qui y sont associés, et donc, de pouvoir identifier et quantifier les protéines acétylées à partir du protéome complet d’échantillons complexes tels que des extraits cellulaires ou tissulaires. La spectrométrie de masse est une technique de choix pour de telles études, car elle permet d’identifier les protéines et les sites d’acétylation, mais aussi de les quantifier en l’associant à des techniques de quantification (label free, SILAC, iTRAQ/TMT, AQUA). Malheureusement, ces méthodes ne ciblent pas particulièrement les acétylations et requièrent l’utilisation de techniques d’enrichissement ou de fractionnement qui ne sont dédiées qu’à certains types d’acetylation : les N-ter et K-acetylation. Aucun enrichissement n’est disponible pour les O- acétylations et ces méthodes d’enrichissement ne sont pas toujours compatibles avec les techniques de quantification citées ci-dessus. Pour améliorer la détection et la quantification des acétylations, nous proposons la méthode RAQIAT (Relatif Absolute Quantification Isobaric Affinity Tag) qui se résume en trois grandes étapes: i) Le blocage des fonctions amines libres à l'aide de la di-méthylation réductrice, ceci empêchera ces dernières de réagir avec le réactif RAQIAT, ii) La désacétylation des lysines acétylées pour permettre une quantification sélective des acétylations, iii) Le marquage des amines primaires précédemment désacétylées dans l’étape 2 par le réactif RAQIAT pour permettre leurs identifications et quantifications. Ce manuscrit a porté en partie sur les deux premières étapes de la méthode RAQIAT.Dans la première étape, les échantillons de protéines de levure ont été digérés puis di-méthylés et fractionnés par OFFGEL en 24 fractions. Ensuite, chacune de ces 24 fractions OFFGEL a été soumise à un fractionnement nano-RPLC et analysée par MALDI TOF/TOF (4800 MALDI-TOF/TOF, Sciex). En parallèle, la même expérience a été réalisée, cette fois-ci sans di-méthylation. L'analyse des données a été réalisée en utilisant le logiciel Mascot comme moteur de recherche.L’efficacité de la réaction de di-méthylation démontrée, nous avons montré que sans réaliser la di-méthylation réductrice 164 sites acétylés ont pu été identifiés alors que 385 sites acétylés distincts ont été identifiés avec la di-méthylation réductrice. De plus, l'amélioration de la détection de l'acétylation en utilisant la méthode de di-méthylation a été observée pour chacune des différents types acétylations: N-ter, K- et O-acétylation.Dans la deuxième étape, nous avons présenté des résultats préliminaires de déacétylation par la sirtuine 1 en présence du peptide de la p53 (Ac-Arg-His-Lys-Lys-(Ac)-AMC) connu comme étant un substrat de cette enzyme. Nous avons observé la formation d’un peptide non acétylé, suggérant une déacétylation de ce peptide acétylé de p53. Cependant, la formation de cet ion étant très faible et l’ion acétylé étant fortement préservé, nous en avons conclu que l’efficacité de la déacétylation du peptide de p53 n’était pas suffisante pour l’intégrer à la méthode RAQIAT.Protein acetylation is one of the most widespread post-translational modifications which is involved in many cellular physiologies and pathologies such as cancers. Regarding the important biological effect of protein acetylation and a non-negligible number of proteins bearing this PTM, several methods emerged last decade to investigate such PTM. But the detection of acetylations and their quantification are still limited and enrichment method allowing a better detection of acetylation target mostly one kind of acetylation (K-acetylation). To improve the detection of the three kind of acetylation (N-ter, K, and O-) and their quantification, we propose the RAQIAT method (Relative Absolute Quantification Isobaric Affinity Tag), based on protein digestion followed by 3 steps : i) a protection of free primary amines at N-ter, lysine (i.e. primary amine not bearing PTM) based on a reductive di-methylation strategy ii) a deacetylation of acetylated residues to obtain free primary amine corresponding to peptides previously acetylated iii) a RAQIAT labeling on the free primary amine obtained in the previous step to allow the enrichment of peptides previously acetylated and their quantifications. Herein, we present the investigation of the two first steps of RAQIAT method.In the first step, we evidenced that the reductive di-methylation strategy improved the detection of the three kind of acetylation: N-ter, K- and O- acetylations. Yeast protein samples were digested with trypsin prior di-methylation of resulting peptide mixture. Then, di-methylated peptide mixtures were fractionated by OFFGEL and reverse phase liquid chromatography followed by MALDI-TOF/TOF mass spectrometry analysis. Data analysis was performed by using Mascot as search engines.Our results showed that OFFGEL fractionation is a useful step to increase detection of acetylations. Moreover, we showed that our di-methylation treatment improved significantly detection of acetylation. Indeed, after di-methylation treatment, 385 unique acetylated sites were identified while 164 unique acetylated peptides were detected without di-methylation treatment. The improvement of acetylation detection using our di-methylation strategy is observed for each of acetylations: N-ter, K- and O-acetylations. Thus, this new proteomic method is promising to enhance N-ter, K- and O-acetylation detection.In the second step, we presented preliminary results of deacetylation by sirtuin 1 in the presence of p53 peptide (Ac-Arg-His-Lys-Lys- (Ac) –AMC. However, the low deacetylation efficiency of the p53 peptide observed, conclude that is not suitable to applicate into RAQIAT Metho