Métabolome

Définition

Le métabolome est l'ensemble complet de métabolites dans une cellule, un tissu ou un échantillon biologique à un moment donné. Il est intrinsèquement très dynamique avec de nombreux types de réactions métaboliques.

Les réactions dans le métabolome d'une cellule :

Les principaux types de réactions métaboliques qui ont lieu avec le métabolome d'une cellule. Le métabolome est l'ensemble de tous les métabolites (produits du métabolisme) dans une cellule, un organe, un fluide corporel ou un organisme.

Explications

Grâce au métabolome, de petites molécules sont continuellement absorbées, synthétisées, dégradées et interagissent avec d'autres molécules, à la fois au sein et entre les systèmes biologiques, et avec l'environnement. Grâce à la transcription du génome, le protéome est créé, et par l'activité enzymatique du protéome, le métabolome est créé.

Le métabolome est un instantané dans le temps des métabolites d'une cellule (ou tissu). De nombreuses réactions se déroulent en continu dans les cellules, de sorte que les concentrations de métabolites sont considérées comme très dynamiques et peuvent changer rapidement d'un moment à l'autre. Les techniques analytiques actuelles utilisées pour étudier la métabolomique ne peuvent prendre un instantané dans le temps que dans un ensemble de conditions définies.

Les voies métaboliques sont essentiellement une série de réactions chimiques, catalysées par des enzymes, par lesquelles le produit d'une réaction devient le sous-état de la réaction suivante. Ces réactions peuvent être divisées en anaboliques et cataboliques.

Le métabolome comprend une grande variété de substances, qui peuvent différer considérablement en concentration, en poids moléculaire et en polarité. En chimie analytique, la fabrication de profils du métabolome est donc considérée comme un défi majeur. Les techniques utilisées pour cela sont la RMN et la spectrométrie de masse couplées à des techniques de séparation telles que hpLC et CE.

✅ Le mot métabolome (collection de métabolites) a été proposé par Oliver en 1998, par analogie avec les mots génome (collection de gènes), protéome (collection de protéines) et transcriptome (collections de transcrits).

Relations entre métabolome, transcriptome, protéome et génome :

Le métabolome est étroitement lié à d'autres "-omes". Le métabolome interagit et reflète l'activité du génome, du transcriptome et du protéome.

Bien que les données d'expression de l'ARNm des gènes et les données d'analyse protéomique ne révèlent pas complètement tout ce qui peut se produire dans une cellule, les profils métaboliques peuvent fournir un instantané des processus physiologiques dans la cellule. L'un des défis de la biologie des systèmes et de la génomique fonctionnelle est d'intégrer la protéomique, la transcriptomique et les données d'information métabolique pour obtenir une vision plus holistique des organismes vivants.

Le métabolome est formé par un vaste réseau de réactions métaboliques. dans laquelle les produits d'une réaction enzymatique sont les matériaux de départ pour d'autres. De tels systèmes sont décrits comme des hypercycles.

Données

Bien que le métabolome puisse être déterminé relativement facilement, il n'est actuellement pas possible de déterminer un large éventail de métabolites à l'aide d'une seule méthode d'analyse. En janvier 2007, des scientifiques de l'Université de l'Alberta et de l'Université de Calgary ont terminé la première version du métabolome humain. Ils ont catalogué environ 2 500 métabolites, 1 200 médicaments et 3 500 composants alimentaires que l'on peut trouver dans le corps humain.

Ces informations, disponibles dans la base de données sur les métabolomes humains et basées sur une analyse de la littérature scientifique existante, sont loin d'être complètes. On en sait beaucoup plus sur les métabolomes d'autres organismes. Par exemple, plus de 50 000 métabolites végétaux ont été caractérisés, et plusieurs milliers ont été identifiés et caractérisés dans des plantes individuelles.

Méthodes d'analyse

La chromatographie en phase gazeuse, en particulier avec la détection par spectrométrie de masse (chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse), est l'une des méthodes les plus puissantes et les plus utilisées. Il donne une très haute résolution chromatographique, mais la détermination de nombreuses biomolécules nécessite une dérivatisation chimique, sans laquelle seuls les composés volatils peuvent être analysés. Certaines macromolécules et métabolites polaires ne peuvent pas être examinés par chromatographie en phase gazeuse.

Chromatographie liquide à haute performance (CLHP). Par rapport à la chromatographie en phase gazeuse, la CLHP a une résolution chromatographique plus faible, mais cela est compensé par une gamme plus large de composés qui peuvent potentiellement être mesurés.

L'électrophorèse capillaire a une efficacité de séparation théorique plus élevée que la CLHP et peut être utilisée pour étudier une gamme plus large de composés que la chromatographie en phase gazeuse. Comme toutes les méthodes électrophorétiques, il est le plus pratique pour la séparation des ions.

La spectrométrie de masse est utilisée pour identifier et quantifier les métabolites après séparation par chromatographie en phase gazeuse, CLHP ou électrophorèse capillaire. La chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse est la plus "naturelle" de ces combinaisons et a été développée en premier. De plus, les bibliothèques existantes et en cours de développement de données spectrométriques de masse permettent d'identifier les métabolites par leur fragmentation lors de l'ionisation.

La résonance magnétique nucléaire (spectroscopie RMN) est la seule méthode qui n'a pas besoin de séparer le mélange des métabolites à l'étude et permet d'utiliser les échantillons étudiés pour une analyse plus approfondie. Tous les types de métabolites de petites molécules peuvent être déterminés simultanément. Les principaux avantages de la RMN sont la haute reproductibilité des mesures et la simplicité de la préparation des échantillons. Bien que, bien sûr, la RMN ait une sensibilité nettement inférieure à celle des méthodes de spectrométrie de masse.

Outre la spectroscopie RMN et les méthodes de spectroscopie de masse, d'autres sont utilisées, telles que la CLHP avec détection électrochimique et la chromatographie sur couche mince de mélanges avec des étiquettes isotopiques.

Étude du métabolome de Passiflora edulis

La transition de phase juvénile à adulte est marquée par des changements dans la morphologie des feuilles, principalement dus au développement temporel du méristème apical de la pousse, un phénomène connu sous le nom d'hétéroblastie. Les sucres et les modules contrôlés par les microARN sont des composants du processus hétéroblastique dans les feuilles d'Arabidopsis thaliana. Cependant, notre compréhension de leurs rôles lors du changement de phase chez d'autres espèces, telles que Passiflora edulis, reste limitée. Contrairement à Arabidopsis, P. edulis (une vigne grimpante vivace semi-ligneuse appelée passiflore) subit des changements remarquables dans la morphologie des feuilles tout au long de la transition juvénile à adulte. Néanmoins, les mécanismes moléculaires sous-jacents sont inconnus.

Des scientifiques ont évalué les mécanismes moléculaires sous-jacents au processus hétéroblastique en analysant l'expression temporelle des microARN et des cibles dans les feuilles ainsi que le métabolome foliaire au cours du développement de P. edulis.

Le profilage métabolique a révélé une composition unique de métabolites associés à l'hétéroblastie foliaire. Des niveaux croissants de glucose et d'α-tréhalose ont été observés pendant la transition de phase juvénile à adulte. les résultats suggèrent que des sucres spécifiques peuvent agir comme co-régulateurs, avec deux microARN, entraînant des modifications morphologiques des feuilles tout au long de la transition de phase juvénile à adulte chez Passiflora edulis.

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