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Réseaux moléculaires en toxicologie médico-légale : applications et perspectives - 10/05/18

Doi : 10.1016/j.toxac.2018.04.040 
S. Allard 1, , P.-M. Allard 2, I. Morel 1, 3, T. Gicquel 1, 3
1 Laboratoire de toxicologie biologique et médico-légale, CHU de Rennes, Rennes, France 
2 École des sciences pharmaceutiques, université de Genève, université de Lausanne, Genève, Suisse 
3 Institut NuMeCan, U1241 Inserm, U1341 Inra, université de Rennes 1, Rennes, France 

Auteur correspondant.

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Résumé

Objectif

Nous appliquons à quatre cas médico-légaux une approche bio-informatique innovante pour l’organisation de données de spectrométrie de masse haute résolution : la génération de réseaux moléculaires. L’objectif est de montrer la pertinence de cette méthode dans le domaine de la toxicologie et d’illustrer son intérêt pour la comparaison et l’interprétation de données par la génération de réseaux multi-échantillons.

Méthodes

Les prélèvements ont été extraits et analysés selon une méthode de screening utilisant un mode de fragmentation data dependent acquisition (DDA) par un couplage LC-MS/MS en haute résolution (Orbitrap, Q-Exactive®, Thermo Scientific) sur une colonne Hypersil Gold PFP (150×2,1mm, 3μm). Après conversion du format propriétaire « .raw » à un format ouvert « .mzXML », les données spectrales ont été pré-traitées avec le logiciel MZmine2, puis traitées sur la plateforme GNPS (gnps.ucsd.edu/) afin de générer les réseaux moléculaires correspondants. Ceux-ci permettent d’organiser les spectres de fragmentation acquis en MS2 (représentés par des nœuds) en fonction de leur similarité spectrale et donc de grouper les analytes en fonction de leur similarité structurale. Les nœuds dont les spectres de masses sont semblables seront ainsi regroupés au sein de clusters. Après interprétation visuelle des réseaux, les données ont été annotées au niveau MS1 via une base de données bibliographiques et au niveau MS2 via une base de données spectrales fragmentée in silico de molécules d’intérêt en toxicologie et via les bases de données spectrales expérimentales du serveur GNPS. Nous préfèrerons ici le terme d’annotation plutôt qu’identification en l’absence de standards de confirmation pour certains analytes.

Résultats

Cas 1 : soumission chimique, réseau généré à partir de 3 segments de cheveux : l’analyse visuelle révèle un unique nœud spécifique du segment 2, il y a donc bien eu une molécule incorporée dans les cheveux au moment des faits mais ni avant, ni après. L’annotation de ce nœud révèle de la doxylamine. Cas 2 et 3 : suicides par injection d’une substance inconnue, réseau généré à partir de celle-ci et du sang périphérique. Dans les deux cas l’analyse visuelle du réseau révèle un unique nœud partagé entre les deux matrices. L’annotation de ce nœud révèle du chlormequat dans le cas 2 et du pentobarbital dans le cas 3. Cas 4 : suspicion d’intoxication à une poudre étiquetée Tabernanthe iboga, réseau généré à partir des matrices bile, sang périphérique, poudre à identifier et poudre témoin de racines d’iboga. Au sein du réseau l’existence d’un cluster constitué de nœuds partagés entre liquides biologiques et extraits de plantes indique la présence de molécules structurellement proches au sein des 4 échantillons. Les résultats suggèrent cependant que la poudre ingérée n’est pas de l’iboga mais provient d’une plante du genre Rauwolfia.

Conclusion

L’approche par génération de réseaux moléculaires est parfaitement adaptée à l’analyse des données complexes obtenues lors de méthodes de screening non ciblées acquises en HRMS. Grâce à ses capacités d’organisation et de visualisation des données spectrales, cet outil permet l’obtention d’informations clés (différences entre échantillons, présence de familles d’analytes structurellement reliées) avant même l’étape d’annotation. Enfin, l’utilisation de bases de données spectrales théoriques générées par fragmentation in silico, permet d’élargir les champs d’applications en toxicologie médico-légale notamment lorsque les composés recherchés sont absents des bases de données classiques.

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Vol 30 - N° 2S

P. S36-S37 - juin 2018 Retour au numéro
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  • Première identification d’un diurétique (hydrochlorothiazide) dans les cheveux : application à un cas d’un dopage et interprétation des concentrations
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