Application of metabolomics for the study of hepatic encephalopathy and development of new data acquisition protocols in mass spectrometry

La métabolomique non ciblée est une approche visant à caractériser le contenu métabolique d’un échantillon biologique. Cela permet d’évaluer les changements phénotypiques ayant lieux en son sein. Au cours de cette thèse, une cohorte de patients souffrant d’encéphalopathie hépatique (EH) a été étudiée en métabolomique, en association avec de la lipidomique et de la glycomique. L’EH est une maladie dont les mécanismes sont encore mal compris mais avec un impact important médicale et sociétal. Ces travaux ont montré que l’EH est associée à une altération du métabolisme énergétique observable dans le sang et dans le liquide céphalorachidien. A la suite de cette étude et face aux limites mises en exergue, la suite de ces travaux a visé à développer de nouvelles approches analytiques en métabolomique. Nous ainsi avons montré que l’utilisation de nouveaux instruments de type Orbitrap-Fusion, permettant d’atteindre de très hautes résolutions, donne accès à la structure isotopique fine des métabolites ce qui facilite leur l’identification. L’étude de la fragmentation MS² des ions a permis de mieux comprendre des mécanismes mis en jeu, améliorant l'interprétation des spectres. Enfin, nous avons montré que les améliorations apportées aux instruments, notamment en termes de vitesse d’acquisition, permettaient d’envisager la mise en place de nouveaux modes d’acquisition basés sur l’acquisition multi-événements de spectres MS et MS². Ces améliorations proposées devraient rapidement être utilisables et applicables à l'étude métabolomique de nouvelles cohortes médicales.Untargeted metabolomics aims at studying the whole metabolite content of biological media. This allows to assess phenotypic changes in these samples. In the frame of this work, a cohort of patients suffering from hepatic encephalopathy (HE) was studied using metabolomics, in association with lipidomics and glycomics. HE is a disease still poorly understood, but with high medical and social impact. This work, performed on cerebrospinal fluid and blood samples, demonstrates that HE is associated to an alteration of energy metabolism. Then, considering the limitations of metabolomics raised in our first study, we aim at developing new analytical chemistry methods for metabolomics. We demonstrate that the use of new instrument such as Orbitrap Fusion, which can reach very high resolution, gives acces to isotopic fine structure of metabolites, thus facilitating their identification. Furthermore, the study of ion fragmentation from MS² spectra enabled to better understand the involved mechanisms and should help for interpreting MS² spectra obtained from unknown metabolites. Finally, we showed that improvements achieved with the Orbitrap Fusion instrument in terms of data acquisition speed enables the implementation of new acquisition modes based on multi events MS and MS² acquisition, such as data dependent or data idependant acquisitions. All these improvements in the field of metabolomics should rapidly be applicable to medical cohort analyses