Toxicoproteomics, from finding molecular targets to evaluating the impact on human health

Abstract

The exposome refers to all exposures, including exposures to chemicals, that an individual may encounter over the whole life, from conception to death, that influence the individual’s health. To date, over 200,000 chemicals have been registered under the legislative framework of the European Union. Exposomics studies have revealed that individuals are exposed to chemical mixtures consisting of hundreds of compounds simultaneously. The risks to human health posed by many of these chemicals and chemical mixtures are still unknown and require evaluation. Traditional methods for assessing chemicals and chemical mixtures have been inadequate in addressing the increasing number of potentially toxic compounds in the environment. Current high- throughput toxicology methods, which involve the application of batteries of in vitro bioassays, can reduce the time and costs of analysis. However, these methods evaluate the impact on well-established pathways that have already been identified as being affected by exposure, making it difficult to discover new modes of action. The goal of this thesis is to provide a method to unravel the targets of chemicals for a better understanding of the mechanisms of action of chemicals and chemical mixtures under the scenario of the exposome. The proteome integral solubility alteration (PISA) assay is a proteome-wide approach for drug- target identification. However, implementing the PISA assay to address toxicological challenges requires different experimental considerations from chemical properties and toxicology principles. Moreover, it is necessary to translate the data from target identification to an understanding of the potential impact on human health. Therefore, three steps were followed to implement the PISA method in the field of toxicology: i) experimental considerations of the method for toxicology and chemical assessment purposes, ii) analysis of the method capability in the field of toxicology, and iii) development...

Español: El exposoma abarca todas las exposiciones a las que un individuo puede estar sometido a lo largo de su vida, desde la concepción hasta la muerte, incluyendo la exposición a químicos, y que influyen en su salud. Hasta la fecha, se han registrado más de 200.000 químicos en el marco legislativo de la Unión Europea, y los estudios de exposómica han revelado que estamos expuestos a mezclas de químicos compuestas por cientos de compuestos simultáneamente. No obstante, todavía se desconocen los riesgos que muchos de estos químicos y mezclas de químicos pueden representar para la salud humana, por lo tanto, es fundamental evaluarlos. Los métodos tradicionales para evaluar químicos y mezclas de químicos han demostrado su incapacidad para hacer frente al creciente número de compuestos potencialmente tóxicos presentes en el medio ambiente. Los métodos actuales de toxicología de alto rendimiento, que implican la aplicación de baterías de bioensayos in vitro, pueden reducir el tiempo y los costos del análisis. Sin embargo, evalúan el impacto en vías conocidas que previamente se han descrito como alteradas por la exposición, lo que presenta dificultades para descubrir nuevos modos de acción. El objetivo de esta tesis es proporcionar un método para desvelar las proteínas diana de químicos para una mejor comprensión de los mecanismos de acción de los químicos y mezclas de químicos en el contexto del exposoma. El ensayo de alteración integral de la solubilidad del proteoma (PISA, por sus siglas del inglés) es un enfoque a nivel de proteoma para la identificación de proteínas diana de fármacos. Sin embargo, implementar el ensayo PISA para abordar desafíos toxicológicos requiere consideraciones experimentales diferentes desde propiedades químicas y principios de toxicología. Además, es necesario traducir los datos de la identificación de proteínas diana a una comprensión del posible impacto en la salud humana. Por lo tanto...