Projet ANR-14-CE06-0026 – ONE_SHOT_FT-ICR_MS_2D : Spectrométrie de Masse à Résonance Cyclotronique Ionique Bidimensionelle en un Seul Spectre
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Christian Rolando (Miniaturisation pour la Synthèse l’Analyse et la Protéomique, USR CNRS 3290)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 551440.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : La spectrométrie de masse par Résonance Cyclotron des Ions à Transformée de Fourier Bidimensionnelle (FT-ICR 2D) a reçu peu d'attention par rapport à la RMN 2D depuis son introduction en 1987. Les principaux inconvénients de la version originale de la FT-ICR 2D étaient les suivants: la perte de résolution due au CID dans la cellule ICR, la difficulté de traitement de données sans sacrifier la résolution et le bruit intense due à la fluctuation du courant ionique. Au cours des dernières années, dans le cadre du projet ANR «FT-ICR 2D», nous avons revisité la FT-ICR 2D et présenté des solutions à ces problèmes en utilisant des méthodes de fragmentation comme la dissociation infrarouge multi-photonique (IRMPD) et la dissociation par capture d’électron (ECD), par l'amélioration de la séquence d'impulsions 2D , par le développement de logiciels qui peuvent traiter des fichiers de plusieurs Giga-octets et en introduisant des algorithmes innovants basés sur la théorie mathématique de la parcimonie pour la réduction du bruit. Avec ces outils, nous avons pu obtenir des spectres 2D ECD de molécules telles que l'insuline (5,7 kDa).
Notre objectif principal est de réduire le temps d'acquisition, qui est aujourd'hui comparable à l'analyse de chromatographie en phase liquide. Jusqu'à présent, nous avons acquis des spectres 2D avec une résolution modérée similaire aux analyseurs quadripolaires dans la première dimension, et une haute résolution, de classe FT-ICR, dans la deuxième dimension. Pour atteindre une résolution de classe quadripôle dans la première dimension, deux mille spectres environ doivent être enregistrés, ce qui nécessite environ deux heures.
Une première amélioration qui sera explorée dans le projet «ONE_SHOT_FT-ICR_MS_2D» sera d'introduire l'échantillonnage non uniforme (NUS) en FT-ICR. De nouveaux algorithmes doivent être développés pour traiter les spectres FT-ICR, puisque ces spectres ont une taille environ mille fois plus grande que ceux de RMN : les algorithmes connus tels que l'entropie maximale qui dépendent fortement de la taille des données ne peuvent pas être appliqués.
Une deuxième amélioration est de transposer la «RMN 2D en spectre unique» à la FT-ICR. Dans ce procédé de RMN, l'échantillon est placé dans un champ magnétique non-uniforme avec un gradient le long de l'axe du champ magnétique. Ceci permet un codage à double spatio-temporelle de la phase de la magnétisation des noyaux. Nous prévoyons d'utiliser une cellule « compensée » avec un gradient de champ magnétique supplémentaire dans la direction du champ principal afin de mettre en œuvre la « 2D FT-ICR en spectre unique ». Évidemment, cette partie de la proposition est à haut risque scientifique.
Le développement de plusieurs outils est nécessaire pour effectuer ces améliorations. Tout d'abord nous travaillerons sur les séquences d'impulsions qui sont au cœur de la FT-ICR. Nous développerons des trains d’impulsion avec des durées et intensités non constantes pour obtenir une phase initiale uniforme de tous les ions après leur excitation. Cela devrait ouvrir la voie à de nouvelles séquences de FT-ICR avec des avantages similaires aux séquences d’écho de spin en RMN. Nous prévoyons également de continuer à développer des algorithmes de réduction de bruit et de traitement des données échantillonnées non uniformément. Le nouveau algorithme urQRd développé au cours de notre projet FT-ICR 2D et qui réduit efficacement le bruit des spectres FT-ICR pas trop complexes (environ 1000 pics) sera étendu aux spectres complexes (plus de 1 million de pics).
Enfin, des exemples d'échantillons du monde réel seront choisis parmi ceux traités sur la plate-forme de protéomique et de métabolomique labellisée IBISA. La FT-ICR MS 2D sera appliquée à des échantillons qui sont assez abondants et ne peuvent pas être facilement séparés par chromatographie liquide. Nous avons déjà montré que la FT-ICR MS 2D est applicable à l'analyse des triacylglycérols (TAG) isolés de sang humain.