La protéomique mesure les protéines — l’étage effecteur du vivant, que le transcriptome ne prédit qu’imparfaitement. Par spectrométrie de masse, on identifie et quantifie des milliers de protéines dans un échantillon, on détecte des modifications, on compare une tumeur à son tissu sain. Là où l’ARN indique ce qui pourrait être produit, la protéomique mesure ce qui est réellement présent.
Principe et déroulé
L’approche dominante est dite bottom-up (ou shotgun) : les protéines sont digérées par une protéase (le plus souvent la trypsine) en peptides, séparés par chromatographie liquide — souvent en nano-débit —, puis ionisés et fragmentés en spectrométrie de masse en tandem (MS/MS). Des algorithmes confrontent les spectres acquis à une base de séquences pour identifier les peptides et inférer les protéines, sous contrôle d’un taux de faux positifs (FDR, typiquement 1 % par stratégie cible-leurre). La quantification se fait sans marquage (label-free) ou par marquage isotopique (TMT, SILAC) pour comparer des conditions, ou de façon ciblée (MRM/PRM) pour suivre précisément un panel de protéines choisies.
Variantes et options
On distingue la découverte (shotgun, large et non biaisée) de la protéomique ciblée (MRM/PRM, sensible et quantitative sur cibles définies), et le label-free du marquage (TMT/iTRAQ, SILAC). La protéogénomique enrichit la base de séquences avec les données génomiques et transcriptomiques du même échantillon, pour identifier des variants absents des dépôts publics. S’y ajoutent des spécialités : phosphoprotéomique et cartographie des modifications post-traductionnelles, immunopeptidomique, interactomique par purification d’affinité (AP-MS), et les modes d’acquisition DDA ou DIA.
Quand et pourquoi ces techniques
On se tourne vers la protéomique quand la question porte sur les protéines elles-mêmes : leur niveau d’expression (qui ne corrèle qu’imparfaitement avec celui des ARNm), leurs modifications, l’identification de variants de séquence, ou une comparaison différentielle entre tumeur et tissu sain. Elle complète la transcriptomique sans la remplacer — il est fréquent que des voies enrichies au niveau protéique n’apparaissent pas dans les données d’ARN.
Plusieurs limites pèsent sur l’interprétation. La gamme dynamique est le défi majeur : les protéines très abondantes masquent les plus rares, phénomène extrême dans le plasma. La couverture du protéome reste incomplète, avec des valeurs manquantes d’un échantillon à l’autre ; l’inférence des protéines à partir de peptides est parfois ambiguë (peptides partagés entre plusieurs protéines) ; le bottom-up identifie mal les variants d’épissage et ne cartographie pas exhaustivement les modifications post-traductionnelles. L’identification de variants de séquence exige une base de données enrichie, faute de quoi les formes réelles échappent aux dépôts génériques. Enfin, les protéines hydrophobes ou membranaires, de très haut poids moléculaire ou très variables (comme PfEMP1) restent techniquement exigeantes, et la quantification label-free réclame une normalisation soignée.
L’expertise d’Inovarion
Inovarion mobilise la spectrométrie de masse pour répondre à des questions protéiques, en oncologie comme en infectiologie. Plusieurs illustrations en ont été publiées : l’intégration de la protéomique, de la génomique et de la transcriptomique a affiné la classification moléculaire du cancer de la vessie et révélé une sensibilité thérapeutique — l’apoptose induite par TRAIL dans les tumeurs FGFR3-mutées — que le transcriptome seul ne captait pas ; une approche protéogénomique fondée sur une base de séquences enrichie a permis de reconstruire des variants de la protéine PfEMP1 difficiles à identifier dans le paludisme grave ; et la spectrométrie de masse différentielle, complétée d’un MRM ciblé, a quantifié les protéines de l’exocytose dans le phéochromocytome. Découverte ou ciblage, marquage ou label-free, préparation d’échantillon : tout dépend de la question posée.
Voir aussi : RNA-seq « bulk » & transcriptomique différentielle ; Co-immunoprécipitation & interactions protéiques ; Bio-informatique.
Publications clés
- Groeneveld et al. Proteogenomic Characterization of Bladder Cancer Reveals Sensitivity to Apoptosis Induced by Tumor Necrosis Factor-related Apoptosis-inducing Ligand in FGFR3-mutated Tumors. European Urology, 2024. Fiche → · PubMed
- Kamaliddin et al. From genomic to LC-MS/MS evidence: Analysis of PfEMP1 in Benin malaria cases. PLoS One, 2019. PubMed
- Houy et al. Dysfunction of calcium-regulated exocytosis at a single-cell level causes catecholamine hypersecretion in patients with pheochromocytoma. Cancer Letters, 2022. Fiche → · PubMed