Peaks detection and alignment for mass spectrometry data

The goal of this paper is to review existing methods for protein mass spectrometry data analysis, and to present a new methodology for automatic extraction of significant peaks (biomarkers). For the pre-processing step required for data from MALDI-TOF or SELDI- TOF spectra, we use a purely nonparametric approach that combines stationary invariant wavelet transform for noise removal and penalized spline quantile regression for baseline correction. We further present a multi-scale spectra alignment technique that is based on identification of statistically significant peaks from a set of spectra. This method allows one to find common peaks in a set of spectra that can subsequently be mapped to individual proteins. This may serve as useful biomarkers in medical applications, or as individual features for further multidimensional statistical analysis. MALDI-TOF spectra obtained from serum samples are used throughout the paper to illustrate the methodology

Phase précoce des troubles psychotiques :Etude de corrélation entre l'évaluation neurocognitive et les données métaboliques.

Introduction : La schizophrénie est une maladie récurrente dans notre société et touche près d'1% de la population. Le premier accès de psychose survient en général entre 18 et 25 ans chez les hommes et entre 24 et 35 ans chez les femmes. Les symptômes sont classés en quatre sous- groupes, (1) les symptômes positifs comprenant les hallucinations, délires, troubles de perception, troubles de la pensée et (2) les symptômes négatifs qui sont les affects aplatis, l'apathie et le retrait social, (3) les symptômes de base qui consistent en troubles perceptifs, moteurs et des émotions et enfin (4) les symptômes cognitifs tels que des troubles de l'attention, de la mémoire et des fonctions exécutives, qui surviennent dans 60 à 80% des cas. La maladie est fréquemment accompagnée de co-morbidités (dépression, abus de substances, troubles obsessionnels compulsifs, anxiété). L'évolution à long terme diffère selon les patients, 35% évolueront de manière chronique et avec une aggravation progressive du déficit, 35% évolueront vers une chronicité de la maladie mais sans atteinte résiduelle, 8% évolueront de manière chronique avec la persistance de symptômes résiduels et enfin on observera une rémission complète après le premier épisode psychotique sans handicap résiduel chez 22% des patients. Les recherches concernant la schizophrénie ont fait une avancée considérable ces vingt dernières années, que cela soit par la définition plus précise des troubles cognitifs ou encore par la mise en évidence de certaines substances neurobiologiques, qui se trouvent dérégulées chez les patients atteints de la maladie. C'est le cas du glutathion (GSH) ainsi que des enzymes et protéines intervenant dans son métabolisme. Il persiste cependant encore beaucoup d'inconnues, et une meilleure connaissance des mécanismes biologiques opérant dans la phase précoce des psychoses contribuerait de façon certaine à une amélioration de l'identification et de la prise en charge des patients pendant la phase prodromique de la maladie et permettrait le développement de cibles pharmacologiques plus précises. Objectifs : Ce travail consiste en une analyse de données récoltées par deux axes de recherche de l'étude sur les bio-marqueurs dans la phase précoce des troubles psychotiques effectuée actuellement au Centre de Neurosciences Psychiatriques, à savoir d'une part l'identification de marqueurs neurocognitifs précoces sur la base d'une série de tests neurocognitifs évaluant (1) la vitesse de traitement de l'information, (2) l'attention et la vigilance, (3) la mémoire de travail, (4) l'apprentissage verbal, (5) l'apprentissage visuel et (6) le raisonnement et la résolution de problèmeet d'autre part l'identification de bio-marqueurs métaboliques associés aux phases précoces de la maladie. Dans cette étude, les patients sont comparés à un groupe d'individus contrôles et les questions suivantes sont posées : « « Dans une population de patients en premier épisode psychotique, les performances neurocognitives sont-elles significativement amoindries comparé à un groupe d'individus contrôles ? » et « Dans cette même population, les déficits neurocognitifs survenant dans la phase de psychose débutante sont-ils en corrélation avec des variations de biomarqueurs métaboliques ? ». Méthodes : Dans cette étude, nous comparons un échantillon de 30 patients provenant d'une cohorte de patients souffrant de psychose émergente (Programme TIPP, Lausanne) à un échantillon de 30 sujets contrôles. L'évaluation neurocognitive des patients et des sujets contrôles a été réalisée par des tests neuropsychologiques s'inspirant de la batterie cognitive MATRICS (Measurement and Treatment Research to Improve Cognition in Schizophrenia). Les données biologiques proviennent (1) de la culture de fibroblastes dérivés de biopsies de peau prélevées auprès de chaque patient et individu contrôle, dont le métabolisme cellulaire a été caractérisé dans des conditions basales, ou après l'ajout de tert-butylhydroquinone (t-BHQ) qui induit un stress oxydatif ; (2) de l'analyse métabolique de prélèvements sanguins également effectués auprès de chaque patient et contrôle et enfin (3) du taux de glutathion mesuré par imagerie par résonance magnétique spectroscopique (MRS). L'analyse et le croisement de ces bases de données ont été faite à l'aide du logiciel SPSS. Résultats et conclusion : Les performances neurocognitives de l'échantillon de patients sont significativement diminuées par rapport au groupe d'individus contrôles, et pour chacun des domaines neurocognitifs. La différence est la plus grande pour les tests HVLT-R (apprentissage verbal) et les tests BACS-SC et TMT-A (vitesse de traitement). Concernant la deuxième partie du travail, (1) un déficit dans les domaines neurocognitifs de l'attention/vigilance (CPT-IP) et la mémoire de travail verbale (WMS-III) est corrélé avec un taux de glutathion sanguin total élevé (p-value = 0.03 et 0.02) ; (2) un déficit dans la vitesse de traitement (TMT-A) est corrélé à un taux de GSH cérébral diminué (p-value=0.047) et (3) un déficit dans le domaine du raisonnement et de la résolution de problème (NAB lab) est corrélé avec une augmentation de l'ARN messager codant pour la protéine Nrf2 au niveau cellulaire (p=0.022). Selon ces résultats, le GSH sanguin total, le GSH cérébral et le Nrf2 pourraient être des bio-marqueurs permettant d'identifier les patients dans la phase précoce de la maladie et leurs mécanismes biologiques pourraient constituer des cibles spécifiques dans le développement de traitements futurs

Les défis du passeport biologique: du prélèvement à l’interprétation

L’Agence Mondiale Antidopage a officiellement lancé le passeport biologique en 2008. Le premier module validé pour lutter contre l’érythropoïétine (EPO) et la transfusion sanguine fut le module sanguin. Il a été très efficace pour attraper des athlètes dopés, et il a particulièrement réduit la prévalence du dopage sanguin. On ne sait pas si les athlètes ont arrêté le dopage ou se sont adaptés et prennent des micros doses d’EPO ou se transfusent de petits volumes de sang. Plus récemment, le module stéroïdien a été mis en place, mais jusqu’à présent, le nombre de cas de passeports urinaires atypiques a été très faible. L’une des raisons évoquées semble être le manque de standardisation des conditions pré-analytiques et analytiques. Ceci a pour effet d’accroître considérablement la variabilité intra-individuelle et diminuer significativement la sensibilité du modèle adaptatif. Des ressources doivent être investies pour améliorer le système actuel et empêcher ainsi les athlètes d’abuser de la testostérone et des composés apparentés

Phase précoce des troubles psychotiques :Etude de corrélation entre l'évaluation neurocognitive et les données métaboliques.

Introduction : La schizophrénie est une maladie récurrente dans notre société et touche près d'1% de la population. Le premier accès de psychose survient en général entre 18 et 25 ans chez les hommes et entre 24 et 35 ans chez les femmes. Les symptômes sont classés en quatre sous- groupes, (1) les symptômes positifs comprenant les hallucinations, délires, troubles de perception, troubles de la pensée et (2) les symptômes négatifs qui sont les affects aplatis, l'apathie et le retrait social, (3) les symptômes de base qui consistent en troubles perceptifs, moteurs et des émotions et enfin (4) les symptômes cognitifs tels que des troubles de l'attention, de la mémoire et des fonctions exécutives, qui surviennent dans 60 à 80% des cas. La maladie est fréquemment accompagnée de co-morbidités (dépression, abus de substances, troubles obsessionnels compulsifs, anxiété). L'évolution à long terme diffère selon les patients, 35% évolueront de manière chronique et avec une aggravation progressive du déficit, 35% évolueront vers une chronicité de la maladie mais sans atteinte résiduelle, 8% évolueront de manière chronique avec la persistance de symptômes résiduels et enfin on observera une rémission complète après le premier épisode psychotique sans handicap résiduel chez 22% des patients. Les recherches concernant la schizophrénie ont fait une avancée considérable ces vingt dernières années, que cela soit par la définition plus précise des troubles cognitifs ou encore par la mise en évidence de certaines substances neurobiologiques, qui se trouvent dérégulées chez les patients atteints de la maladie. C'est le cas du glutathion (GSH) ainsi que des enzymes et protéines intervenant dans son métabolisme. Il persiste cependant encore beaucoup d'inconnues, et une meilleure connaissance des mécanismes biologiques opérant dans la phase précoce des psychoses contribuerait de façon certaine à une amélioration de l'identification et de la prise en charge des patients pendant la phase prodromique de la maladie et permettrait le développement de cibles pharmacologiques plus précises. Objectifs : Ce travail consiste en une analyse de données récoltées par deux axes de recherche de l'étude sur les bio-marqueurs dans la phase précoce des troubles psychotiques effectuée actuellement au Centre de Neurosciences Psychiatriques, à savoir d'une part l'identification de marqueurs neurocognitifs précoces sur la base d'une série de tests neurocognitifs évaluant (1) la vitesse de traitement de l'information, (2) l'attention et la vigilance, (3) la mémoire de travail, (4) l'apprentissage verbal, (5) l'apprentissage visuel et (6) le raisonnement et la résolution de problèmeet d'autre part l'identification de bio-marqueurs métaboliques associés aux phases précoces de la maladie. Dans cette étude, les patients sont comparés à un groupe d'individus contrôles et les questions suivantes sont posées : « « Dans une population de patients en premier épisode psychotique, les performances neurocognitives sont-elles significativement amoindries comparé à un groupe d'individus contrôles ? » et « Dans cette même population, les déficits neurocognitifs survenant dans la phase de psychose débutante sont-ils en corrélation avec des variations de biomarqueurs métaboliques ? ». Méthodes : Dans cette étude, nous comparons un échantillon de 30 patients provenant d'une cohorte de patients souffrant de psychose émergente (Programme TIPP, Lausanne) à un échantillon de 30 sujets contrôles. L'évaluation neurocognitive des patients et des sujets contrôles a été réalisée par des tests neuropsychologiques s'inspirant de la batterie cognitive MATRICS (Measurement and Treatment Research to Improve Cognition in Schizophrenia). Les données biologiques proviennent (1) de la culture de fibroblastes dérivés de biopsies de peau prélevées auprès de chaque patient et individu contrôle, dont le métabolisme cellulaire a été caractérisé dans des conditions basales, ou après l'ajout de tert-butylhydroquinone (t-BHQ) qui induit un stress oxydatif ; (2) de l'analyse métabolique de prélèvements sanguins également effectués auprès de chaque patient et contrôle et enfin (3) du taux de glutathion mesuré par imagerie par résonance magnétique spectroscopique (MRS). L'analyse et le croisement de ces bases de données ont été faite à l'aide du logiciel SPSS. Résultats et conclusion : Les performances neurocognitives de l'échantillon de patients sont significativement diminuées par rapport au groupe d'individus contrôles, et pour chacun des domaines neurocognitifs. La différence est la plus grande pour les tests HVLT-R (apprentissage verbal) et les tests BACS-SC et TMT-A (vitesse de traitement). Concernant la deuxième partie du travail, (1) un déficit dans les domaines neurocognitifs de l'attention/vigilance (CPT-IP) et la mémoire de travail verbale (WMS-III) est corrélé avec un taux de glutathion sanguin total élevé (p-value = 0.03 et 0.02) ; (2) un déficit dans la vitesse de traitement (TMT-A) est corrélé à un taux de GSH cérébral diminué (p-value=0.047) et (3) un déficit dans le domaine du raisonnement et de la résolution de problème (NAB lab) est corrélé avec une augmentation de l'ARN messager codant pour la protéine Nrf2 au niveau cellulaire (p=0.022). Selon ces résultats, le GSH sanguin total, le GSH cérébral et le Nrf2 pourraient être des bio-marqueurs permettant d'identifier les patients dans la phase précoce de la maladie et leurs mécanismes biologiques pourraient constituer des cibles spécifiques dans le développement de traitements futurs

Role of micronutrients in medicine

peer reviewedAdequate micronutrient intake throughout life course is essential for the maintenance of health. Micronutrients are necessary for the maintenance of intermediary metabolism, play a crucial role as co-factors or co-enzymes in the activity of virtually all enzymes, and have important functions to neutralise the deleterious effects of oxidant species. Claims have been made for the benefits of micronutrient supplementation. Clinical benefit of a supplementation is obvious in those individuals who are severely depleted and at risk of complications. More recently, the concept of subclinical deficit has been developed, which essentially relies upon biochemical abnormalities the interpretation of which remains doubtful in most instances. Symptomatology related to such subclinical deficit is non specific and the potential advantages of micronutrient supplements remain marginal and largely not well-established. In contrast, provision of excess supplements to individuals who do not need them may be harmful. In the general population, a well-balanced diet supplies an adequate intake of micronutrient. Further research is needed to identify the best markers of micronutrient and antioxidant status, so that at risk patients can be identified and appropriate supplementation provided accordingly. New large-scale trials of different doses of micronutrients, based on precise outcome markers, are required to optimise intakes in different groups of patients as well as in the general population

Les foraminifères benthiques : bio-indicateurs d’eutrophisation naturelle et anthropique en milieu marin franc

The aim of this work is to evaluate the potential utilisation of benthic foraminifera as bioindicators of eutrophication phenomena in open marine environments. More precisely, we have compared different types of eutrophicated environments, in natural (sediments of the Rhône prodelta) and anthropogenic conditions (oil drill cuttings off Congo and Gabon; sewage sludge in the Firth of Clyde in Scotland). In this context, we studied the spatial distribution of benthic foraminifera, and compared their distributional patterns with the available physico-chemical parameters. Foraminifera are amongst the most abundant protists in benthic marine environments. Because of their high biodiversity, their short life cycles and the specific ecological requirements of the various species, foraminiferal faunas react quickly to the environmental disturbances. Our study reveals a typical faunal succession in response to an increasing gradient of organic enrichment. When approaching the source of organic enrichment, a diminution of the species characteristic of stable environments is observed; these species are replaced gradually by more opportunistic taxa in the highly enriched area. If the environmental degradation is persistent, only species very resistant to the environmental stress are present, generally with low densities. Thus, benthic foraminifera represent a very good tool to evaluate the impact of ecosystem eutrophication. These bio-markers can be used successfully in environmental monitoring and in survey networks of marine environments in order to evaluate the impact on the ecosystem of environmental disturbance

Effets préventifs de la baie d'aronia sur la santé cardiométabolique et ses principaux déterminants : examen de la portée

Vu l'incidence des maladies chroniques, une transition vers une alimentation plus diversifiée intégrant les petits fruits, dont la baie d'aronia, pourrait être bénéfique. Une meilleure connaissance de l'effet préventif de la baie d'aronia sur ces maladies et leurs principaux déterminants est donc requise. Les bénéfices découlant de la consommation des baies de cet arbuste reposent sur leur teneur en polyphénols et l'activité métabolique du microbiote intestinal. Cet examen de la portée s'intéresse au genre Aronia et à ses espèces associées. Il vise à identifier, à partir de la littérature scientifique et grise en santé, les effets préventifs de la baie d'aronia sur la santé cardiométabolique et ses principaux déterminants. Cet examen s'appuie sur le manuel du JBI. Les bases de données exploitées sont : MEDLINE, FSTA, Embase, Cochrane, CINAHL, CAB Abstracts, WOS, ABI/INFORM global, Academic Search Premier, et ClinicalTrials.gov pour la littérature grise. Les données retenues sont réunies dans deux principaux tableaux synthèses sous forme de cartographie. Des 2 204 articles répertoriés, 318 ont été retenus pour la deuxième sélection (proportion d'accord - 85,76 % et κ - 0,71) ; et 21, finalement. Chez l'animal, les baies d'aronia ont produit un effet favorable sur 40 % des (bio)marqueurs cardiométaboliques mesurés à une moyenne des DMJ de polyphénols et d'anthocyanes de 205,13 et de 46,62 mg/kg de p.c. moyen, respectivement. Chez l'humain, un effet positif a été noté pour 33 % des (bio)marqueurs investigués à une moyenne des DMJ de polyphénols et d'anthocyanes de 15,38 et de 2,37 mg/kg p.c. moyen, respectivement. Dans une perspective de santé publique, les baies d'aronia contribueraient à l'amélioration de l'état de santé de la population, donc à la prévention de certaines maladies cardiométaboliques et à la diminution des inégalités de santé. Cette étude pourrait orienter les futures recherches sur l'aronia dans certaines populations ou différents contextes socioéconomiques.Given the incidence of chronic diseases, a transition to a more varied diet incorporating berries, including the aronia berry, could be beneficial. A better knowledge of the preventive effect of the aronia berry on these diseases and their main determinants is therefore required. The benefits resulting from the consumption of the berries of this shrub are based on their polyphenol content and the metabolic activity of the intestinal microbiota. This scoping review focuses on the genus Aronia and its associated species. The aim is to identify, from scientific and gray health literature, the preventive effects of the aronia berry on cardiometabolic health and its main determinants. This scoping review is based on the JBI manual. The databases used are: MEDLINE, FSTA, Embase, Cochrane, CINAHL, CAB Abstracts, WOS, ABI/INFORM global, Academic Search Premier, and ClinicalTrials.gov for gray literature. The data retained are brought together in two main summary tables in the form of a map. From 2,204 articles listed, 318 were retained for the second selection (proportion of agreement - 85.76% and κ - 0.71); and 21, finally. In animals, aronia berries produced a favorable effect on 40% of cardiometabolic (bio)markers measured at an average of mean daily doses (ADD) of polyphenols and anthocyanins of 205.13 and 46.62 mg/kg mean body weight (mbw), respectively. In humans, a positive effect was noted for 33% of the (bio)markers investigated at an average ADD of polyphenols and anthocyanins of 15.38 and 2.37 mg/kg mbw, specifically. From a public health perspective, aronia berries would contribute to improve the state of health of the population, therefore to the prevention of certain cardiometabolic diseases and to the reduction of health inequalities. This study could guide future research on chokeberry in certain populations or different socioeconomic contexts

Synthèse et caractérisation de nanoparticules luminescentes à base de lanthanides : vers de nouveaux bio-marqueurs

Ce travail concerne la mise au point de nanoparticules (NPs) luminescentes utilisables comme bio-marqueurs. Des nanoparticules inorganiques ont été synthétisées, dans lesquelles l'ion luminescent (Eu3+ pour la plupart des mesures) est introduit en substitution dans une matrice oxyde. Des nanoparticules de LnOHCO3:Eu3+ (Ln = Y ou Gd), de Ln2O3:Eu3+, de Ln2O3S:Eu3+ et de SiO2 :Eu3+ ont été caractérisées avec les techniques ATG, DRX-WAXS, TEM, IR et photoluminescence (PL). La précipitation contrôlée en présence d'urée est la voie qui a été optimisée pour obtenir des NPs sphériques et monodisperses en taille (150±15 nm). Ces particules d'hydroxycarbonate de lanthanide amorphes peuvent être utilisées comme marqueurs luminescents, telles quelles, ou après leur conversion en oxyde ou en oxysulfure. Pour les particules de SiO2:Eu3+ , c'est la synthèse par pyrolyse d'aérosol qui a été employée. Ces particules sont sphériques d'un diamètre moyen de 350 nm. Dans un second temps, les NPs inorganiques ont été modifiées en surface, par réaction avec des alcoxysilanes, afin d’y greffer des fonctions amines réactives. Plusieurs voies de modification ont été explorées : avec APTES (aminopropyltriethoxysilane), avec TEOS (tetraethoxysilane) puis APTES ou avec le mélange TEOS+APTES. Les mêmes techniques de caractérisation ont été appliquées aux particules modifiées, ainsi que l'analyse chimique, la RMN du solide et l'XPS. Des mesures de DLS et potentiel . des NPs en suspension dans l'eau ont été réalisées, ainsi que l'évaluation du nombre de NH2 accessibles par le couplage avec FITC (fluorescéine isothiocyanate). La modification directe de l'oxyde (Y2O3, Gd2O3) par APTES est la voie la plus favorable, et permet de greffer une couche d'environ 1 nm d'épaisseur, homogène à l'observation par TEM et présentant le plus grand nombre de NH2 accessibles. Finalement, pour progresser vers les applications de marquage luminescent en milieu biologique, la luminescence des particules a été observée et analysée : -au spectrofluorimètre, après leur dispersion dans l'eau -au microscope de fluorescence, sur lame de verre, sous excitation en bande large -au microscope confocal, sous excitation laser, après internalisation des particules dans des cellules cancéreuses -au cytomètre de fluxThis work deals with the development of luminescent nanoparticles (NPs) suitable as bio-labels. Inorganic NPs have been synthesized, in which luminescent ion (Eu3+ in most of cases) is substituting ions of the oxide host matrix. NPs of Ln(OH)CO3:Eu3+ (Ln = Y or Gd), Ln2O3:Eu3+, Ln2O2S:Eu3+ and SiO2:Eu3+ have been characterized by the way of TGA, WAXS-XRD, TEM, IR and photoluminescence (PL) techniques. The controlled precipitation using urea as precipitating agent is the way chosen and optimized to obtain spherical and monodispersed in size (150±15 nm) NPs. These particles of amorphous lanthanide hydroxycarbonate can directly be used as luminescent bio-labels or after their conversion in oxide or oxysulfide. For the silica particles, the synthesis by aerosol pyrolysis has been used. The obtained particles are spherical with a main diameter of 350 nm. In a second step, the surface of the inorganic NPs has been modified, in order to graft amino­reactive functions. Several modification ways have been explored: with APTES (aminopropyltriethoxysilane), with TEOS (tetraethoxysilane) and then APTES, or with a TEOS/APTES mixture. The same characterizations techniques have been applied to the modified particles, and chemical analysis, solid state NMR and XPS. DLS and .-potential of the NPs dispersed in water have also been measured. These analyses have been completed by the evaluation of the number of accessible amine functions by coupling with FITC (fluoresceine isothiocyanate). The direct modification of oxides (Y2O3 or Gd2O3) with APTES is the best way, and an homogenous layer of 1 nm with a high number of accessible amine can be graft. Finally, to move toward luminescent bio-labelling in biological medium, the luminescence of the NPs has been observed and analyzed using: -A spectrofluorimeter, after their dispersion in water -A fluorescence microscope, on glass slides, under broad band excitation -A confocal microscope, under laser excitation, after their internalisation in cancer cells -A flow cytomete