Chapitre 3 - Identification et détection des métabolites
Si vous avez étudié les deux premiers chapitres de ce guide complet sur la métabolomique, vous avez une idée générale de ce qu'est la métabolomique et de la façon dont elle s'inscrit dans le paysage plus vaste des sciences omiques. Dans ce chapitre, nous allons approfondir la métabolomique, y compris les types d'analyses basées sur la métabolomique que vous pouvez effectuer et ce qu'elles vous apprennent sur les processus métaboliques qui se produisent dans un hôte ou un environnement biologique.
Qu'est-ce que la métabolomique ?
Comme nous l'avons vu dans les chapitres précédents, la métabolomique est l'identification et la quantification de petites molécules appelées métabolites. Parce que ces petites molécules sont nécessaires à la croissance, à la défense, à l'inhibition et à la stimulation des cellules, et parce que leur fonction peut être affectée de manière significative par une série de facteurs tels que l'âge, la maladie, les médicaments et l'environnement, leur étude est un outil puissant pour comprendre la fonction biologique.
Les métabolites sont sensibles à toute une série de facteurs différents, ce qui fait du métabolome une entité fluide. Par conséquent, la métabolomique, qui peut caractériser ces changements moléculaires dynamiques, peut être considérée comme un phénotypage longitudinal ou une "étude en mouvement". Cela fait de la métabolomique un outil particulièrement puissant pour les études de séries temporelles, telles que les réponses aux régimes thérapeutiques. Les applications cliniques de ce type seront examinées en détail au chapitre 5 - Applications cliniques de la métabolomique.
Il est important de reconnaître que le métabolome comprend non seulement les métabolites produits par l'organisme lui-même (tels que les acides aminés, les alcools et les vitamines), mais aussi les métabolites exogènes1 provenant de l'environnement, y compris les aliments, les médicaments ou les toxines environnementales. Une grande partie des études porte également sur le métabolome du microbiome et sur la manière dont il interagit avec les métabolomes de l'hôte et de l'environnement pour influer sur la pathogenèse des maladies, la réponse aux médicaments, l'acquisition des nutriments et bien d'autres choses encore.
Le métabolome et les réactions métaboliques
Les analyses basées sur la métabolomique ne sont rien d'autre qu'une observation des réactions métaboliques au sein de l'hôte. Les métabolites sont les produits finaux de ces réactions, et leur identification et leur quantification, en particulier dans le temps, offrent une bonne fenêtre sur la fonction biologique de l'hôte dans un ensemble défini de conditions.
Mais de quoi parle-t-on exactement lorsque l'on parle de réactions métaboliques ? En termes simples, les réactions métaboliques sont des réactions chimiques nécessaires au maintien de la vie. Il existe deux types fondamentaux de réactions métaboliques : les réactions cataboliques, qui produisent de l'énergie en décomposant les nutriments, et les réactions anaboliques, qui construisent des composés. Voici quelques exemples de réactions métaboliques :
- Les glucides des aliments sont transformés en glucose, qui est ensuite utilisé pour générer de l'ATP (adénosine triphosphate, la monnaie énergétique de la cellule).
- Les médicaments sont décomposés par l'organisme en des formes qui sont plus facilement excrétées.
- Les acides aminés se combinent et forment les protéines, qui ont des milliers de formes et de fonctions différentes dans le corps humain.
- Les bactéries du gros intestin décomposent les fibres en molécules appelées acides gras à chaîne courte, qui servent ensuite de source d'énergie pour les cellules intestinales.
En échantillonnant fréquemment le métabolome sur une période donnée, les chercheurs peuvent commencer à comprendre comment et pourquoi certains changements et schémas métaboliques régulent ou informent le développement de maladies, l'efficacité des médicaments et d'autres processus physiologiques. Par exemple, les chercheurs ont découvert des biomarqueurs qui peuvent renseigner sur certains cancers et, en allant plus loin, d'autres biomarqueurs qui peuvent diagnostiquer et pronostiquer d'autres cancers.2,3 Dans certains cas, le mécanisme d'action derrière ces différentes populations de métabolites a été élucidé et peut inclure des événements moléculaires tels que l'altération de l'expression des gènes, des événements d'épissage alternatif ou des processus cellulaires altérés.
Profilage des métabolomes
Les techniques basées sur la spectrométrie de masse (MS) et la résonance magnétique nucléaire (RMN) sont le plus souvent utilisées pour capturer et analyser les métabolomes.4 Dans les cas où les chercheurs souhaitent identifier les métabolites dans un ensemble d'échantillons, nous utilisons une approche globale non ciblée. Lorsque l'objectif est de quantifier un ensemble de métabolites connus (comme dans les études sur le métabolisme des médicaments), nous utilisons la métabolomique ciblée. La métabolomique non ciblée est utilisée pour générer des hypothèses, tandis que la métabolomique ciblée est utilisée pour tester les hypothèses et mieux comprendre les résultats des études non ciblées.
Un large éventail de types d'échantillons peut être utilisé pour les analyses métabolomiques, notamment les cellules en culture ou les milieux de culture, les tissus, les fèces, le sang, l'urine et la sueur. La source d'échantillon que vous utilisez dépend de ce que vous souhaitez étudier ; par exemple, vous choisirez des fèces si vous souhaitez étudier les impacts microbiens sur l'acquisition des nutriments par l'hôte, mais des échantillons de tissus si vous souhaitez identifier les biomarqueurs qui différencient les tumeurs primaires et les métastases. Les échantillons doivent être soigneusement préparés en fonction de la quantité et du type d'échantillon et selon que l'on souhaite une approche ciblée ou non. La préparation des échantillons sera abordée plus en détail au chapitre 9 - Conception d'une étude métabolomique.
Quelle est la prochaine étape ?
Maintenant que vous comprenez mieux comment les métabolites sont détectés, nous allons utiliser les chapitres suivants pour entrer dans le vif du sujet des études métabolomiques : pourquoi elles sont importantes, comment ces études peuvent être appliquées à des projets cliniques, universitaires et commerciaux, et comment concevoir votre propre étude métabolomique. Nous entamerons la suite de notre voyage au chapitre 4 avec une discussion approfondie sur l'importance des données métabolomiques.
Lire la suite - Chapitre 4 - L'importance des données métabolomiques
Dans le chapitre suivant, nous verrons pourquoi la métabolomique est une option intéressante à bien des égards et nous présenterons brièvement les applications universitaires, cliniques et commerciales des études métabolomiques.
Références
- Liu X, Locasale JW. Metabolomics : A Primer. Trends Biochem Sci. 2017;42(4):274-284. doi:10.1016/j.tibs.2017.01.004
- Perkins BA, Caskey CT, Brar P, et al. Precision medicine screening using whole-genome sequencing and advanced imaging to identify disease risk in adults. Proc Natl Acad Sci U S A. 2018;115(14):3686-3691. doi:10.1073/pnas.1706096114
- Shen J, Ye Y, Chang DW, et al. Circulating metabolite profiles to predict overall survival in advanced non-small cell lung cancer patients receiving first-line chemotherapy. Lung Cancer. 2017;114:70-78. doi:10.1016/j.lungcan.2017.10.018
- Ashrafian H, Sounderajah V, Glen R, et al. Metabolomics : Le stéthoscope du XXIe siècle. Med Princ Pract. 2021;30(4):301-310. doi:10.1159/000513545
Table des matières
Chapitre 1 - Métabolomique, métabolites et métabolome
Chapitre 2 - Autres sciences omiques et métabolomique
Chapitre 3 - Identification et détection des métabolites
Chapitre 4 - L'importance des données métabolomiques
Chapitre 5 - Applications cliniques de la métabolomique
Chapitre 6 - Applications académiques de la métabolomique
Chapitre 7 - Applications commerciales de la métabolomique
Chapitre 8 - Applications réglementaires de la métabolomique
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