Octobre 2000 - n°51
NOUVELLE PROTEOMIQUE : PROTEINCHIP® TECHNOLOGY : PRINCIPE ET APPLICATIONS
CIPHERGEN France : Virginie Brenac Ph.D Conseiller Scientifique email : vbrenac@ciphergen.com
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1. Principe
La technologie ProteinChip® permet, directement à partir d'échantillons biologiques, de séparer, détecter et analyser très rapidement des protéines (avec un seuil de détection de l'ordre de la femtomole). Elle se révèle particulièrement élégante et efficace pour la découverte et la validation de protéines -marqueurs, l'étude d'interactions d'affinités de type anticorps/antigène, récepteur/ligand, protéine/ADN, mais aussi pour la purification et la caractérisation de protéines.
Le système ProteinChip® qui repose sur la combinaison de 2 principes établis, la chromatographie d'affinité et la spectrométrie de masse, a permis de découvrir en quelques jours, et de valider en quelques semaines, de nouvelles protéines -biomarqueurs, directement à partir d'extraits bruts, tels que du sérum, de l'urine, ou des extraits tissulaires. La clé de cette technologie repose sur les 'chips' qui comportent 8 à 24 sites actifs (ou 'spots') de 1 mm de diamètre qui sont constitués de surfaces chimiques (ioniques, hydrophobes, hydrophiles, etc.) ou biochimiques (anticorps, récepteur, ADN, etc.) permettant la capture spécifique de protéines d'intérêt. Pour réaliser cette capture, quelques µL d'un extrait brut sont déposés par 'spot'. Chaque 'spot' est ensuite lavé pour éliminer les protéines qui ne sont pas fixées spécifiquement, ainsi que les substances qui peuvent interférer (sels, détergents, ...).. Le 'chip' est ensuite inséré dans un lecteur SELDI (Surface Enhanced Laser Desorption/Ionization) -MS-TOF pour une détermination, en quelques secondes, des poids moléculaires des différentes protéines capturées.(voir Figure 1) Un logiciel spécialisé permet de comparer simultanément les profils d'expression de protéines obtenus sur les différents 'spots'.
2. Applications Biomarqueurs
L'analyse différentielle de profils d'expression obtenus à partir de différents liquides biologiques ou extraits tissulaires, s'est montrée particulièrement performante dans la mise en évidence de protéines en tant que marqueurs dans le diagnostic des cancers de la prostate, de la vessie, et de l'ovaire, mais aussi dans des domaines aussi variés que les neurosciences ou l'étude des maladies infectieuses.
Cette approche a, par exemple, permis de découvrir, en 3 jours seulement, plusieurs marqueurs potentiels du cancer de la prostate. Des échantillons de sérum ont été prélevés de patients en stade avancé du cancer et de patients témoins. Avec 1 µL de sérum de chaque patient, déposé par 'spot', les chercheurs ont pu tester les différentes surfaces ProteinChip. En utilisant une surface hydrophobe, 4 protéines dont l'expression était sur-exprimée, et une protéine dont l'expression était réprimée au cours du cancer, ont été immédiatement mises en évidence (voir Figure 2).
Une autre étude a été réalisée sur des cellules prélevées par la technique de LCM (Laser Capture Microdissection) à partir de sections de tissus normaux, pré-cancéreux et cancéreux. Chaque échantillon, constitué de 500 à 1000 cellules, était lysé avant d'être déposé sur le 'chip'. L'analyse des différents profils d'expression de protéines a montré une corrélation entre ces profils et l'état d'avancée de la maladie. Une analyse plus approfondie a fait apparaître des modifications spécifiques pour des protéines uniques.
De la même manière, des biomarqueurs du cancer de l'ovaire ont été mis en évidence en combinant la technologie LCM et le système ProteinChip. A partir de 200 cellules épithéliales cancéreuses provenant de 3 tumeurs différentes, 5 à 8 peptides, ayant des poids moléculaires différents, ont été identifiés de manière commune dans les 3 tumeurs. Etant donné la difficulté à détecter le cancer de l'ovaire à un stade précoce et la progression rapide de la maladie, ces travaux pourraient constituer la première étape dans la mise au point d'un test de dépistage efficace du cancer de l'ovaire.
A l'hôpital St George de Londres, le système ProteinChip a été utilisé pour capturer 'on chip' avec un anticorps, puis détecter quantitativement, différents peptides béta-amyloidiques qui sont des marqueurs potentiels du diagnostic de la maladie d'Alzheimer. Quelques nanomoles de ces peptides ont été détectées à partir de quelques cellules seulement. Après ces travaux réalisés en une semaine, la mise au point d'un diagnostic pré-symptomatique de la maladie d'Alzheimer est étudié. L'avantage majeur de la technologie ProteinChip réside ici dans la possibilité de mesurer quantitativement la présence d'un ensemble de peptides à l'aide d'un seul anticorps.
La technologie ProteinChip peut completer mais le plus souvent remplacer les techniques traditionnelles, parfois 'lourdes', de mise en évidence de biomarqueurs tels que l'analyse d'ARNm, l'électrophorèse 2D, les tests immunologiques, etc.
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