Molecular approaches for the discovery, development and application of toxicity biomarkers in gammarids

Abstract

L'utilisation en routine de biomarqueurs pour la biosurveillance environmentale présente plusieurs limitations, en particulier chez les invertébrés. Parmis ces limitations, la manque de biomarqueurs spécifiques et de approches multibiomarqueurs sont des contraintes majeurs. En se basant sur les catalogues de gènes et protéines obtenus à partir des études proteogénomiques réalisées antérieurement chez l'espèce clé en écotoxicologie Gammarus fossarum, cette thèse a visé l'identification et validation de biomarqueurs moléculaires pour le diagnostic de perturbations toxiques chez cette espèce. À la suite des méthodologies récentes pour le développement de biomarqueurs en santé humaine, nous avons mis en place un dosage multiplexé rapide et spécifique (en utilisant la spectrométrie de masse Selected Reaction Monitoring) pour quantifier simultanément des dizaines de candidats biomarqueurs protéiques. L'éssai a été appliqué pour l'évlauation de l'importance physiologique des candidats et de sa pertinence comme biomarqueurs à travers des expositions à des polluants chimiques au laboratoire et sur le terrain. Le deuxième axe de cette thèse a visé le développement de biomarqueurs spécifiques d'une perturbation endocrinienne via deux approches. La première approche, basée sur un étude de protéomique comparative avec un perturbateur endocrinien connu chez les arthropodes, a permis d'augmenter l'exhaustivité dans le suivi du protéome avec la détection d'environ 4000 protéines (dont 53 modulés par l'exposition). La deuxième approche a compris des recherches d'homologies de séquence, des analyses phylogénétiques, et des études d'expression de gènes pour proposer des candidats biomarqueursThe routine use of biomarkers in environmental biomonitoring faces several drawbacks, especially in invertebrates. Among these limitations, the lack of validated species-specific biomarkers and multibiomarker methodologies comprise major constraints. Based on gene and protein catalogs obtained from proteogenomics experiments previously performed on the ecotoxicological-relevant species Gammarus fossarum, this thesis aimed at identifying and validating molecular biomarkers for the diagnostic of toxic perturbations in this species. Following recent methodologies for the development of biomarkers in human disease diagnosis, we implemented a fast, specific, quantitative multiplexed targeted proteomics assay (using Selected Reaction Monitoring mass spectrometry) to study dozens of protein biomarker candidates simultaneously. The assay was applied to assess the physiological importance of protein candidates, and to assess their pertinence as biomarkers after laboratory and field exposures to chemical contamination. The second part of this thesis aimed at the development of specific endocrine disruption biomarkers, through two complementary approaches. The first approach, based on a comparative shotgun proteomic analysis using a known endocrine disruptor for arthropods, allowed exhaustively increasing the whole-proteome analysis through the detection of roughly 4000 proteins (53 modulated by the exposure). The second comprised sequence homology searches, phylogenetic analyses, and gene expression studies for proposing new biomarker candidates identified from literature searche

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This paper was published in Theses.fr.

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