Thèse Année : 2023

Metabolomic study of immune system cells activation by liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry

Etude métabolomique de l'activation des cellules du système immunitaire par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution

Résumé

Genetic factors, age, and environment shape our immune system, giving each individual a different capacity to respond to a given infection or disease. During an infection, the immune cells are activated and thereby undergo significant metabolic changes. Some metabolic intermediates are thought to play crucial roles in immune processes. In this context, metabolomic analysis (analysis of the whole set of small molecules <1 kDa) appears to be particularly relevant for a better understanding of these metabolic changes. To date, no exhaustive study of the metabolome of dendritic cells (DCs) has been published.We have therefore chosen to implement and validate an untargeted metabolomics approach by high-resolution mass spectrometry to detect as many metabolites as possible in DCs and macrophages previously isolated from blood. Hence, it becomes possible to study the activation of immune cells in a given pathological context without any a priori.The development and optimisation of a sample preparation protocol involving cold organic solvents proved necessary. Under these conditions, we were able to study the cellular reprogramming of DCs and macrophages following the application of different activation stimuli (e.g. Lipopolysaccharide). The thorough investigation of the metabolic modifications generated was made possible thanks to the monitoring of more than 200 metabolites identified at the highest confidence level. Thus, we provided the first metabolic maps of the changes occurring in activated DCs and macrophages, including significant changes in the Krebs cycle, the urea cycle, and tryptophan metabolism.Our approach represents a powerful and straightforward way to robustly monitor the metabolic activation of antigen-presenting cells to identify potential biomarkers specific to a given infection, thus allowing for more specific patient management with a more adapted therapeutic management.

Les facteurs génétiques, l'âge et l'environnement sont autant d'éléments qui façonnent notre système immunitaire, conférant à chacun une capacité de réponse différente à une infection ou une pathologie donnée. Lors d'une infection, les cellules du système immunitaire sont activées et sont alors le théâtre de changements métaboliques majeurs. Certains intermédiaires métaboliques joueraient un rôle clé dans les processus immunitaires. Dans ce contexte, l'analyse métabolomique (analyse de l'ensemble des petites molécules <1 kDa) apparaît comme particulièrement pertinente pour une meilleure compréhension de ces changements métaboliques. A ce jour, aucune étude exhaustive du métabolome des cellules dendritiques (DCs) n'a été publiée.C'est pourquoi nous avons choisi de mettre en œuvre et de valider des protocoles d'analyse métabolomique non ciblée par spectrométrie de masse haute résolution afin de cartographier le plus grand nombre de métabolites au sein de DCs et macrophages isolés du sang. Ainsi, il devient possible d'étudier sans a priori l'activation des cellules du système immunitaire dans un contexte pathologique donné.Le développement et l'optimisation d'un protocole de préparation d'échantillons impliquant des solvants organiques froids, se sont avérés nécessaires. Dans ces conditions, nous avons pu étudier la reprogrammation cellulaire de DCs et macrophages suite à l'application de différents stimuli d'activation (exemple : Lipopolysaccharide). L'étude fine des modifications métaboliques engendrées a pu être menée grâce au suivi de plus de 200 métabolites identifiés au plus haut niveau de confiance. Ainsi, nous avons pu fournir les premières cartes métaboliques des changements survenant dans les DCs et macrophages activés avec notamment des modifications majeures du cycle de Krebs, du cycle de l'urée et du métabolisme du tryptophane.Notre approche représente un moyen puissant et simple de surveiller de manière robuste l'activation métabolique des cellules présentatrices d'antigènes afin de mettre en évidence de potentiels biomarqueurs spécifiques d'un signal d'infection donné, permettant ainsi de proposer dans le futur, des prises en charge de patients plus spécifiques avec des diagnostics et traitements plus ciblés.

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Citer

Jessica Michieletto. Etude métabolomique de l'activation des cellules du système immunitaire par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution. Chimie analytique. Université Paris-Saclay, 2023. Français. ⟨NNT : 2023UPASF018⟩. ⟨tel-04999756⟩
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