Contribution of capillary electrophoresis for the study of disease-associated modifications in protein glycosylation : towards the identification of new biomarkers

La glycosylation est l’une des principales modifications post-traductionnelles des protéines. La glycosylation des protéines est fortement modifiée lors de diverses pathologies comme le cancer, la polyarthrite rhumatoïde ou les troubles congénitaux de la glycosylation («Congenital disorders of glycosylation», CDGs). Ainsi, la nature et les proportions relatives des oligosaccharides liés aux protéines peuvent être utilisées pour dépister, pronostiquer voire suivre l’évolution de pathologies. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur l’étude de la glycosylation pour permettre le dépistage de certaines pathologies : les CDGs, la maladie d’Alzheimer (MA) et la dégénérescence rétinienne. Plusieurs stratégies fondées sur l’électrophorèse capillaire (EC) ont été envisagées pour répondre à cet objectif. Tout d’abord, le développement d’une méthode par EC de zone (ECZ) l’apolipoprotéine C-III (ApoC-III) intacte, une O-glycoprotéine impliquée dans le dépistage des troubles de la O-glycosylation, a permis de séparer les différentes glycoformes selon leur degré de sialylation. L’analyse d’échantillons d’ApoC-III standard provenant de différents fournisseurs par spectrométrie de masse (MS) MALDI -TOF a mis en évidence une hétérogénéité liée à la présence (inattendue) de formes carbamylées. Un traitement du plasma basé sur une immunocapture de l’ApoC-III suivie d’une dérivation sur billes magnétiques de la protéine par un fluorophore a permis de séparer ses différentes glycoformes en ECZ. Ensuite, une analyse N-glycomique de fluides biologiques employant une nouvelle technique de préparation d’échantillon que nous avons adaptée au plasma et au liquide céphalorachidien, a été réalisée par EC en gel couplée à une détection par fluorescence induite par laser (ECG-LIF) sur des patients sains et atteints de la MA. Cette étude a permis de mettre en évidence quelques modifications des N-glycanes chez ces patients. Enfin la combinaison des deux stratégies d’analyse de la glycosylation (glycoprotéine intacte et glycanes libérés), a permis de détecter la transferrine intacte présente dans le liquide vitré à des concentrations faibles ainsi que ses N-glycanes libérés, dans le cadre du dépistage d’une maladie oculaire. L’EC-QTOF-MS a également été explorée pour l’analyse de N-glycanes dérivés avec un nouveau fluorophore permettant d’améliorer la sensibilité en MS.Glycosylation is one of the most main types of post-translational modifications of proteins. Disease-associated modifications in protein glycosylation have been observed for various pathologies such as cancer, rheumatoid arthritis, or «Congenital disorders of glycosylation» (CDGs). They are often exploited for diagnosis, prognosis and monitoring of these diseases. This thesis work focused on the glycosylation study with the aim to allow the screening of different pathologies: CDGs, Alzheimer’s disease and retinal degeneration diseases. Different strategies based on capillary electrophoresis (CE) were considered to fulfil this goal. First, the developement of a CZE analysis of intact apolipoprotein C-III (ApoC-III), an O-glycoprotein implied in the screening of O-glycosylation disorders, allowed the separation of its glycoforms according to their sialylation degree. The MALDI-TOF mass spectrometry (MS) analysis of standard ApoC-III batches from different standard ApoC-III batches from different suppliers highlighted an additonnal heterogeneity due to (unexpected) carbamylated species. A plasma pretreatment based on an immunocapture of apoC-III followed by protein derivatization on magnetic beads using a fluorophore allowed to separate its glycoforms by CZE. Second, a glycomic analysis of biologicial fluids using a new sample treatment method that we adjusted to plasma and cerebrospinal fluid samples was performed by CGE-LIF on controls and Alzheimer’s patients. It allowed to highlight some modifications of N-glycans for this disease. Finally, the combination of both strategies of glycosylation analysis (intact glycoprotein and released N-glycans) allowed the detection of intact transferrin present in vitrous humor but also of its released N-glycans for the screening of retinal degeneration disease. CE-QTOF-MS was also investigated for the analysis of released N-glycans derivatized by a new fluorophore which increases MS sensitivity