Nouveaux développements en spectrométrie de masse de haute résolution pour l’analyse protéomique appliquée au patrimoine culturel : étude des protéines intactes, de leurs réticulations et leurs intéractions dans les oeuvres d’art et les objets de musées

Abstract

Les protéines présentes dans les objets du patrimoine culturel constituent une source d’information essentielle. Leur détection et leur caractérisation peuvent fournir une compréhension précise de la technique et des formulations de l’artiste. Un aperçu plus approfondi de l'état de conservation et de l'histoire de l'œuvre d'art peut également être obtenu grâce à l'étude au niveau moléculaire des mécanismes de dégradation induits par le vieillissement naturel, les facteurs environnementaux ou soit par des traitements de conservation / restauration inappropriés. En premier lieu, le doctorat était dédié au développement de stratégies protéomiques bottom-up et top-down utilisant la spectrométrie de masse pour l'étude des protéines à l'état de traces à partir d'objets historiques et artistiques. Les potentialités d'une combinaison de ces deux approches complémentaires ont été mises en évidence dans l'étude des œuvres de Thomas Gainsborough, où la présence de fixateurs à base de lait a été révélée avec des échantillons prélevés avec des techniques minimalement invasives. Les informations obtenues par l'analyse peptidique, telles que l'origine biologique des protéines détectées et leurs modifications, ont été enrichies par une analyse top-down avec la détection de protéoformes hautement modifiées caractérisées par des motifs de clivage multiples. Ensuite, le projet visait à mieux comprendre les modifications structurales et conformationnelles des protéines dans une œuvre d’art. Une stratégie d'analyse bottom-up visant à étudier les réseaux protéiques a été mise au point, intégrant en particulier la localisation et la caractérisation de paires peptidiques réticulées. La méthodologie a été initialement testée sur des peintures modèles (formulées avec du lysozyme mélangé à un pigment blanc de plomb) traitées avec des agents oxydants ou vieillies naturellement. L’étude de différents produits réticulés du lysozyme a conduit à définir des modèles moléculaires caractéristiques du stress oxydants. Ceux-ci ont ensuite été détectées dans des échantillons plus complexes de peintures tempera historiques. L'examen des réticulations protéiques a également permis d’obtenir de nouvelles informations sur la composition biologique et la conservation d'un manuscrit Copte ayant été soumis à un ancien traitement de restauration invasif. La détection importante de méthylation des lysines et des marqueurs de fragmentations caractéristiques des réticulations à base de formaldéhyde, a fourni la première preuve analytique d'un traitement potentiel de consolidation du parchemin à base de gélatine-formol utilisé par la bibliothèque du Vatican pendant la restauration. L'approche développée a également offert une identification plus précise des protéines en détectant les peptides non identifiés par la stratégie classique car modifiés chimiquement ou structurellement inaccessibles. Enfin, l'action de certains pigments inorganiques courants sur les changements moléculaires et structuraux des protéines a également été étudiée. En particulier, le rôle de ces composés inorganiques dans les changements de conformation des protéines a été examiné pour la première fois par des études d'échange hydrogène / deutérium (HDX) par spectrométrie de masse (approche de protéine intacte). La diminution de l'échange de deutérium observée pour certains mélanges suggère l'interposition du pigment dans l'accessibilité aux solvants protéiques, ou / et la modification de la conformation moléculaire.