English version below

Les erreurs innées du métabolisme (EIM) correspondent à un ensemble de maladies génétiques orphelines. Ce projet concerne les EIM de la dopamine et de la sérotonine. Ces maladies se manifestent par des symptômes aspécifiques et d’apparition tardive ce qui rend leur diagnostic particulièrement complexe [1]. Ainsi, des biomarqueurs dans le liquide céphalorachidien (LCR) ont été identifiés et validés afin de permettre un diagnostic de certitude plus précoce des EIM de la dopamine et de la sérotonine. Il s’agit de métabolites des neurotransmetteurs et de cofacteurs impliqués dans leur synthèse [2]. Le récent développement d’outils efficaces, notamment en spectrométrie de masse (MS) et en techniques séparatives couplées, telles que la MS haute résolution (HRMS) et la SM en tandem couplée à la chromatographie liquide ultra-haute performance (UHPLC-MS/MS) permettent, de nos jours, l’analyse fine des variations du métabolome associées à différentes conditions physiopathologiques. Il est donc devenu possible de découvrir de nouveaux biomarqueurs, qui sont les outils indispensables au diagnostic et au suivi thérapeutique de ces troubles. Les biomarqueurs sont aussi nécessaires à la compréhension des mécanismes physiopathologiques et donc à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Deux méthodes de dosage de ces biomarqueurs, basées sur l’UHPLC, ont été récemment développées au laboratoire. Une utilise une détection par fluorescence (FD) [3] et l’autre une détection par MS/MS [4]. Ces développements récents en LC-MS/MS, notamment du point de vue sensibilité, ouvrent également la voie vers une exploration plus large du métabolome du LCR et la découverte de nouveaux candidats biomarqueurs.
Ainsi, cette proposition de thèse a pour principal objectif la poursuite de l’étude du métabolome du liquide céphalo-rachidien (LCR). Les développements récents en LC-MS, notamment du point de vue sensibilité, devraient ouvrir la voie vers une exploration plus large du métabolome du LCR et la découverte de nouveaux candidats biomarqueurs. De plus, ces travaux devraient contribuer au développement et à l’évaluation d’une nouvelle puce à code-barres nanofluidique associée à un banc d'analyse portable pour le diagnostic des déficits innés en dopamine et sérotonine, en dosant leurs métabolites ainsi que les cofacteurs enzymatiques, les ptérines impliqués dans leur biosynthèse, dans le LCR. Ces travaux seront ensuite transférés aux services de biochimie des hôpitaux partenaires.
Profil souhaité : Titulaire d’un Bac+5 avec des compétences en techniques d’analyses séparatives et de spectrométrie de masse. Des connaissances dans le domaine des sciences du vivant seront un atout supplémentaire. Au cours de cette thèse, le doctorant sélectionné recevra une formation théorique et pratique de haut niveau dans les domaines des techniques d’analyses et de la micro-fluidique, ainsi qu’une formation spécialisée dans le domaine des maladies métaboliques associées à des troubles neurologiques.

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Analysis of Cerebrospinal Fluid and other biological fluids: Validation of biomarkers of neurological disorders by LC-MS and by nanofluidic device.
Inborn errors of metabolism (IEM) are genetic orphan diseases. This project is exclusively about dopamine and serotonin IEM. These diseases occur as non-specific and late-onset symptoms [1]. Thus, cerebrospinal fluid (CSF) biomarkers have been identified and validated in order to allow an earlier and definitive diagnosis of dopamine and serotonin IEM. These biomarkers correspond to neurotransmitter metabolites or cofactors involved in both neurotransmitter synthesis and degradation [2]. The recent development of effective tools, especially in mass spectrometry (MS) and coupled separation techniques, such as high-resolution MS (HRMS) and tandem MS coupled with ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC-MS/ MS) allows, nowadays, the fine analysis of the variations of the metabolome associated with different physio-pathological conditions. It has therefore become possible to discover new biomarkers, which are essential tools for the diagnosis and therapeutic monitoring of these disorders. Biomarkers are also necessary for understanding pathophysiological mechanisms and therefore for identifying new therapeutic targets [3]. Two methods for quantifying these biomarkers, based on UHPLC technique, have recently been developed in the laboratory. One uses fluorescence detection (FD) [4] and the other uses MS/MS detection [5]. These recent developments in LC-MS/MS also open the way to a broader exploration of the CSF metabolome and the discovery of new biomarker candidates.
Then, the aim of this work is to contribute, through the development of new analytical tools, to the diagnosis and understanding of the physiopathological mechanisms of neurological diseases of unexplained origin. Recent developments in LC-MS should open the way towards entire exploration of CSF metabolome, with particular attention to known biomarker candidates and their oxidation products. In addition, this work contributes to the development and evaluation of a new nanofluidic barcode chip associated with a portable analysis bench for the diagnosis of both dopamine and serotonin deficits, by quantifying their metabolites as well as cofactors enzymatic and the pterins involved in their biosynthesis, in the CSF. This work will then be transferred to the biochemistry departments of the partner hospitals.
Profile: Student with a Master’s degree with skills in separative analytical techniques and mass spectrometry. Knowledge in the field of life sciences will be a great asset. During this thesis, the selected doctoral student will receive a theoretical and practical training of high level in the fields of analytical techniques and microfluidic devices as well as specialized training in the field of metabolic diseases associated with neurological disorders.

References:
[1] K. Hyland, Inherited Disorders Affecting Dopamine and Serotonin: Critical Neurotransmitters Derived from Aromatic Amino Acids, J Nutr. 137 (2007) 1568S-1572S. https://doi.org/10.1093/jn/137.6.1568S.
[2] S. Jung-Klawitter, O. Kuseyri Hübschmann, Analysis of Catecholamines and Pterins in Inborn Errors of Monoamine Neurotransmitter Metabolism—From Past to Future, Cells. 8 (2019) 867. https://doi.org/10.3390/cells8080867.
[4] A. Boulghobra, M. Bonose, I. Billault, A. Pallandre. A rapid and sensitive method for the quantification of dopamine and serotonin metabolites in cerebrospinal fluid based on UHPLC with fluorescence detection - Journal of chromatography B –1200 (2022) 123264
[5] A. Boulghobra, T. Abar, F. Moussa, B. Baudin, D. Rodriguez, A. Pallandre, M. Bonose - Quantification of monoamine biomarkers in cerebrospinal fluid: Comparison of a UHPLC–MS/MS method with a UHPLC coupled to fluorescence detection method - Biomedical Chromatography (2022)