Cours 12 - La métabolomique

Question 1

Expliquez ce qu’est la métabolimique

Answer 1

La métabolomique est l’identification et quantification de métabolites intra- ou extracellulaires d’un masse de <1000 Dalton. En pratique, de nombreux métabolites sont plus grands, mais il est nécessaire trouver une délimitation envers protéines, peptides, ADN, ARN.

L’analyse métabolomique contient des informations qui sont intégratives à un degré élevé. Ceci permet, en principe, d’en tirer une panoplie d’information/applications. Or, cette complexité rend aussi l’analyse des données plus difficile.

Idéalement, des données métabolomiques seraient quantitatives – non seulement relatifs, mais en valeurs/concentrations absolus. Ceci n’est actuellement pas encore possible, aussi dû à la grande variation de concentration de différents métabolites.

Question 2

Quels sont les deux méthodes utilisé en laboratoire pour l’étude de la métabolomique?

Answer 2

RMN et Spectrométrie de masse

Question 3

V ou F?

La minorité des métabolites sont impliqués en seulement 2 réactions (<30%).
Plus que 10% sont impliqués en 10 ou plus réactions, et environs 4% sont impliqués en >20 réactions.

Answer 3

Vrai

Ceci explique comment des voies métaboliques alternatives deviennent dominants lorsqu’une voie est interrompue. Toujours avec à peu près les mêmes métabolites.

Ceci explique également la disparité des nombres de gènes/protéines métaboliques, des métabolites, et des réactions:
Il y a toujours davantage de réactions que de métabolites (surtout chez les eucaryotes)

Question 4

Sachant de la définition de la métabolomique est:

l’identification et quantification de métabolites intra- ou extracellulaires d’une masse de <1000 Dalton. En pratique, de nombreux métabolites sont plus grands, mais il est nécessaire trouver une délimitation envers protéines, peptides, ADN, ARN.

Définissez l’endométabolome et l’exométabolome.

Answer 4

L’endométabolome est le métabolome à l’intérieur d’une cellules.

L’exométabolome est le métabolome dans un milieu de culture, ou des liquides extracellulaires. La signifiance physiologique en est très différent de l’endométabolome.

Question 5

Il n’est pas toujours évident de séparer endo- et exométabolites d’un échantillon. Quelles méthodes servent à cela? Nommez et expliquez-en 4

Answer 5

1. Fingerprinting:
   Une image globale de l’endométabolome, qui ne permet souvent pas d’identifier tous les métabolites. Utile pour des comparaisons (+/- drogue, +/- gène, mutants, etc…). (Comparaison de 2 conditions) - on ne sais pas ce qu’on cherche, c’est pourquoi on regarde “tout”
2. Footprinting:
   Une image globale de l’exométabolome, qui ne permet souvent pas d’identifier tous les métabolites. Mesure la disparition de nutriments d’un milieu, voire l’accumulation d’exométabolites. (On veut observer les métabolites clés)
3. Profiling:
   Analyse (souvent sémi-quantitative) d’un groupe de métabolites chimiquement similaires (carbohydrates, acides aminés, etc). Utile pour des modèles métaboliques.
4. Analyse ciblée:
   Analyse de métabolites définis participant dans une voie donnée.

Question 6

V OU F?

Des outils diagnostiques se rapprochant de la métabolomique sont utilisés en médecine depuis longtemps dans des procédures diagnostiques (gazométrie et détermination des électrolytes du sang).

Answer 6

Vrai

Question 7

Nommez les 5 étapes pour la préparation des échantillons

Answer 7

1. récolte
2. séparation
3. extraction
4. concentration
5. échantillon

Question 8

Donnez la définition d’un métabolite primaire et secondaire

Answer 8

Métabolite primaire: impliqué dans de nombreux réactions – débit élevée

Métabolite secondaire: métabolite qui ne sert plus à des réactions (et qui d’habitude est excrété) – débit faible (exemple? Acide urique = n’est pas un substrat pour aucune enzyme = c’est un déchet)

Question 9

Expliquez l’étape de récolte

Answer 9

La préparation de l’échantillon peut être l’étape limitante pour la résolution de l’analyse.

Ceci est dû au débit (« turnover ») rapide surtout des métabolites primaires (en général leur demi-vie est bien plus court qu’une seconde); le débit du glucose, par exemple, est de environs 1mM/seconde.

Il faut alors inactiver tous les enzymes au même moment – dans l’espace de moins d’une seconde. De plus il faut tenir compte des réactions chimiques possibles (e.g. oxydation).

Méthodes de choix: nitrogène liquide, acides, solvants.

Ceci est évidemment un grand défi, par exemple lorsqu’il faut sacrifier un animal…
Par la suite, les échantillons peuvent être déssiqués (« freeze-dried »).

Question 10

V OU F? En ce qui concerne l’étape d’extraction :

Dû à la nature physico-chimique diverse des métabolite, il est pratiquement impossible de les extraire tous ensemble.

Answer 10

Vrai

Les grandes classes sont: i) hydrophiles, ii) hydrophobes, et iii) gazeux.

Question 11

Nommez les 5 étapes d’identification des métabolites.

Answer 11

1. échantillons
2. traitement/extraction
3. analyses
4. bioinformatique: recherche des bases de données
5. Indentification et quantification des metabolite ou patron de metabolite

Question 12

Nommez un avantage et désavantage de la RMN

Answer 12

Un avantage de la NMR est que l’échantillon (extraits de plante, sang, etc) n’a pas vraiment besoin de traitement.

Un désavantage est la sensibilité modérée de la NMR: seuls les metabolites les plus abondants sont détectés.

Question 13

Comment est-ce qu’on analyse les metabolites moins abondanrs?

Answer 13

Pour l’analyse de métabolites moins abondants, on les enrichira d’abord dans les échantillons, surtout par chromatographie, avant l’analyse par spectrométrie de masse (Liquid chromatography-mass spectrometry ou LC-MS).

Séparation d’un mélange selon la taille, hydrophobicité, pH..

La chromatographie permet la séparation des métabolites selon leurs propriétés physico-chimiques, et qui seront ensuite identifiés par leur taille (MS).

Question 14

La métabolomique sert à quoi exactement?

Important pour examen

Answer 14

Les résultats des analyses génétiques de maladies polygéniques sont insatifaisants:

La recherche de gènes de susceptibilité est souvent infructueuse, et n’apporte donc pas de moyens de diagnostique.
La métabolomique pourra aussi apporter des méthodes de diagnostic et dépistage de maladies métaboliques dues à un déficit héréditaire d’une enzyme (non-identifiée).

**Important: De plus, la métabolomique permet de suivre l’évolution de maladies complexes, et/ou environnementales. Finalement, elle permettra de suivre l’effet des nutriments et medicaments utilisées avec visée thérapeutique/préventive.

Question 15

V ou F?

En ce qui concerne le fait qu’il y a des chiens spécialisés qui peuvent détecter le cancer (prostate, colon, ovaire, poumons) à partir d’échantillons de sang, urine, selles, et haleine.

on ne connait pas les substances qu’ils sentent. Il est probable, qu’il ne s’agit pas d’une substance, mais d’une signature, possiblement en lien avec le métabolisme

Answer 15

Vrai

Question 16

Expliquez ce qu’est la biologie des systèmes et sont lien avec la métabolomique

Answer 16

Le but de la biologie des systèmes est de représenter la fonction cellulaire par des modèles mathématiques.

Le voies métaboliques, ainsi que les enzymes/gènes qui en sont responsables, sont très bien caractérisés (souvent conservation à travers de espèces).

Ceci a posé la base pour la reconstruction de réseaux métaboliques entiers.

Le réseau métabolique reconstruit servira ainsi à la prédiction de fonctions cellulaires, et à la prédiction de changements du système suite à des interventions. Finalement ceci permettra aussi une meilleure analyse de données acquis par d’autres « -omics ».

Le réseau reconstruit peut illustrer la position d’un métabolite particulier dans le réseau, mais aussi les flux à travers différents parties du réseau.

La comparaison de données métabolomiques permet de corréler des taux des métabolites et flux, ce qui permet l’identification des points de contrôle.

On peut représenter le réseau métabolique sous forme de graph.

Question 17

Quelles sont les 3 caractéristiques des réseau métabolique?

Answer 17

Ces graphes ont des caractéristiques similaires à d’autres réseaux (par exemple l’interactome, mais aussi des réseaux sociaux)

1. L’organisation n’est pas linéaire, mais plutôt en grappes qui sont liés par des nodules.
2. Ces nodules sont des métabolites très bien connectés. Leur identité est conservé dans différents espèces (ATP, CoA, glutamate, etc). C’est eux qui lient les différents grappes.
3. Cette organisation rend le réseau résistant contre des perturbations.

Question 18

V ou F?

Le métabolome change selon les conditions: Certains réseaux de métabolites sont toujours « allumés », pendant que d’autres sont seulement allumés en réponse à des conditions environnementales.

Answer 18

Vrai