Identification of candidate serum biomarkers for schistosomiasis infection using mass spectrometric approaches

Schistosome infections, caused by a family of helminth parasites, are major neglected tropical diseases (NTDs) that have serious implications for socio-economic development in many tropical countries. These debilitating and chronic diseases are endemic in more than 70 countries but diagnostic tools are limited and new tests are necessary to limit morbidity and mortality. The development of such tests may be facilitated by the identification of disease-specific biomarkers that are positive early in infection, that can distinguish between acute and chronic infection and that can serve as validation of cure. This thesis work has two major goals: (a) to identify stage-specific proteomic patterns during early (3 week), acute (6 week) and chronic (12 week) Schistosoma mansoni infection in a mouse model; (b) to profile the sera of humans infected by S. mansoni, or S. haematobium and compare these patterns with the protein profile of healthy human serum. To achieve these goals, proteomic analyses were performed on mouse and human sera using several different mass spectrometry (MS) methodologies. These investigations not only identified large numbers of host proteins/protein peaks that are up- or down-regulated in infected sera (mouse and human) but also found large numbers of schistosome-origin proteins in the serum of infected mice. The presence of host proteins, such as transferrin and alpha 1- antitrypsin, as well as one of the schistosome proteins, glutathione S-transferase (GST), were confirmed by Western blot. In addition to these disease- and stage-specific protein profiles, we also identified a number of host proteins that may individually have potential as novel diagnostic tests for schistosome infections in humans, including apolipoprotein A-I (Apo A-I: up-regulated in chronic S. haematobium infected patients) and carbonic anhydrase 1 (CA1: down-regulated in chronic S. mansoni infected patients). If confirmed in larger field studies, these novel biomarkers, and others yet to be identified from our large MS databases, have the potential to contribute significantly to schistosomiasis detection and subsequent eradication efforts. La bilharziose ou schistosomiase, infection parasitique, demeure l'une des plus importantes maladies tropicales qui sont toujours négligées. Ces maladies débilitantes et chroniques ont des conséquences sérieuses pour le développement socio-économique des pays tropicaux. Elles sont endémiques dans plus de 70 pays, mais il est toujours nécessaire de trouver de nouveaux instruments d'intervention pour réaliser un diagnostic précis des cas d'infection afin d'empêcher la morbidité et la mortalité. Il est peut-être possible de réaliser de nouveaux tests diagnostiques en identifiant des biomarqueurs spécifiques qui deviennent positifs au début de l'infection. L'identification de protéines associées aux différentes maladies pourrait indiquer de nouvelles formes de diagnostiques, qui peuvent être utilisées pour le diagnostic des phases aiguës et chroniques de l'infection et pour la validation du traitement. Cette étude a deux objectifs: (a) identifier des modèles protéomiques dans les sérums pour les différentes phases de l'infection, en commençant par la phase préliminaire (3 semaines), puis en étudiant la phase aiguë (6 semaines) et ensuite la phase chronique (12 semaines) des infections à Schistosoma mansoni dans un modèle de souris; (b) établir le profil des sérums d'humains infectés par S.mansoni et S. haematobium et le comparer avec un profil de sérums sains. En vue de cela, des analyses protéomiques ont été effectuées sur les sérums d'humains et de souris en utilisant de puissantes méthodes à haut débit. Ces recherches ont non seulement identifié des protéines de l'hôte/des quantités maximums de protéines qui sont régulés en hausse et en baisse dans les sérums infectés (d'humains et de souris), mais ont aussi caractérisé les protéines de schistosome dans les sérums de souris infectées. La présence de protéines de l'hôte, telles que la transferrine et l'alpha 1-antitrypsine, ainsi qu'une des protéines de schistosome, la glutathion S-transférase (GST), a été confirmé par le Western Blot. Les résultats ont montré que les profils de protéines sont liés aux différentes maladies et aux phases de l'infection. Ils ont aussi identifié certains protéines de l'hôte qui peuvent servir individuellement comme de nouveaux tests diagnostiques pour la schistosomiase, comme l'apolipoproteine A-I (Apo A-1 : régulée en hausse auprès des patients chroniques qui sont infectés par S. haematobium) et l'anhydrase carbonique 1 (CA1 : régulée en baisse auprès des patients chroniques qui sont infectés par S. mansoni). Si des études plus vastes confirment ces résultats, ces nouveaux biomarqueurs, et aussi d'autre biomarqueurs qui n'ont pas encore été identifiés à partir de nos grandes banques de données MS, pourraient contribuer de manière importante à l'éradication de la schistosomiase