OMIQUES

5.1 Définition

Les technologies « omiques » font référence à tous les champs de la biologie se terminant par « omique ». Elles comprennent par exemple, l’étude des génomes (génomique), des transcrits (transcriptomique), des protéines (protéomique) ou encore des métabolites (métabolomique). Les données obtenues à partir de ces technologies permettent de couvrir les mécanismes impliqués dans les variations se produisant dans les réseaux cellulaires et influençant le fonctionnement des systèmes organiques dans leur ensemble. Dans le cadre de cette thèse, nous allons nous intéresser uniquement à la transciptomique et à la métabolomique.

5.2 Implications dans la recherche sur les maladies métaboliques

5.2.1 La métabolomique

Les problèmes majeurs de santé des sociétés occidentales contemporaines ont pour cause un métabolisme perturbé plutôt qu’une déficience nutritionnelle [130]. Pour qu’un individu reste en santé, toutes ses voies métaboliques doivent fonctionner correctement et les besoins métaboliques doivent être comblés par l’alimentation. Un nombre croissant d’individus se retrouvent en situation de déséquilibre métabolique favorisant l’apparition de maladies métaboliques tels que l’obésité, le DT2 ou encore les MCV [131]. Bien que les maladies métaboliques soient souvent distinguées par l’intermédiaire de leur emprunte métabolique (le glucose pour le diabète, ou le cholestérol pour les MCV), les voies métaboliques n’existent pas en tant que système isolé [130]. Bien au contraire, elles font partie intégrale d’un ensemble constituant le métabolisme humain. La métabolomique permet de mieux appréhender la manière dont le métabolisme affecte la santé de l’humain. Cependant, la mesure des métabolites à elle seule ne permet pas de comprendre le métabolisme. En effet, les métabolites doivent être étudiés dans le

contexte des voies métaboliques auxquelles ils appartiennent [132]. Il faut pouvoir expliquer pourquoi les niveaux de certains métabolites sont en dehors du spectre normal et de prédire comment l’alimentation, les médicaments ou le style de vie peuvent contribuer à un changement du métabolisme. Cela permettra de mieux comprendre les voies métaboliques et leurs fonctions respectives.

De nos jours, il n y a pas de techniques permettant d’identifier et de mesurer l’ensemble des métabolites d’un échantillon simultanément. Le couplage des résultats de différentes plateformes est donc nécessaire. Deux approches principales sont utilisées :

-La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire exploite la propriété magnétique des protons. Il s’agit d’une approche analytique, théorique, quantitative et non-destructive qui est utilisée pour obtenir un spectre de haute résolution d’échantillons biologiques [133]. Les métabolites sont analysés quantitativement car le spectre de résonnance magnétique des protons est une réflexion quantitative de tous les protons de l’échantillon. Cette approche n’est malheureusement pas qualitative car les milliers de signaux détectés ne sont pas attribués à des métabolites en particulier [134].

-La spectrométrie de masse analyse des millions de métabolites en fonction de leur masse. Cette méthode peut assigner des identités en fonction des masses de milliers de molécules et cela en une seule expérience [135]. C’est une méthode plus sensible que la RMN, qui peut être utilisée en couplage avec une autre technique. En effet, cette méthode n’étant pas quantitative, son couplage avec une chromatographie en phase liquide (LC-MS) ou en phase gazeuse (GC-MS) donne un résultat plus complet [136;137]. Dans le cadre de cette thèse, le kit « Absolute IDQ p180 » de Biocrates (LC-MS) a été utilisé. Ce kit nous a permis de mesurer la concentration de 186 métabolites dont : des acylcarnitines, des acides aminés, des amines biogènes ainsi que des phospholipides et des sphingolipides

L’évolution de la biologie moléculaire a permis la naissance de méthodes permettant l’analyse rapide et compréhensive des gènes et de leurs dérivés. L’étude de l’expression génique facilite la compréhension des voies de régulation de l’organisme et aide à identifier des biomarqueurs comme outils diagnostiques et pronostiques. Ces derniers peuvent être par la suite des cibles potentielles pour les interventions médicales ou nutritionnelles. La transcriptomique a également permis une meilleure compréhension de l’interaction existant entre les facteurs génétiques et environnementaux tel que le style de vie ou encore l’alimentation [138]. Cet outil facilite l’étude des maladies métaboliques dont la survenue est influencée par ces deux facteurs. Il existe plusieurs techniques de transcriptomique. Dans le cadre de cette thèse nous avons utilisé comme méthode la PCR en temps réel et les micropuces d’expression.

5.2.2.1 PCR en temps réel

La PCR est devenue la technique la plus utilisée pour la détection de l’ADN et de l’ARN. Grâce à cette méthode, une simple copie d’une séquence particulière d’acide nucléique peut être spécifiquement amplifiée et détectée. La PCR en temps réel est basée sur l’amplification, la détection et la quantification d’un marqueur fluorescent correspondant à la quantité d’ADN total produit [139]. Ce signal est directement proportionnel à la quantité de produit PCR généré. En enregistrant la quantité de fluorescence émise à chaque cycle, il est possible de suivre la progression de la réaction de PCR pendant la phase exponentielle. Des sondes fluorescentes se fixent sur une séquence d’ADN précise (technologie Taqman et Beacon) ou sur l’ADN double brin (technologie SYBR). Une fois fixées à l’ADN, ces sondes se mettent à fluorescer. Un seuil de fluorescence est établi par le programme de l’appareil de PCR en temps réel. Quand la quantité d’ADN permet aux sondes fluorescentes de passer ce seuil, on obtient un nombre de « cycle treshold » (Ct) ou cycle seuil. Cette valeur permet de quantifier l’ADN de façon absolue, ou relative. Dans le cadre de cette thèse, l’ARNm a été extrait des cellules ayant subi un traitement. Cet ARNm a été ensuite transformé en ADN

complémentaire (ADNc). L’ADN a été ensuite quantifié de façon relative en utilisant la technologie taqman. Le gène 18s a été choisi comme gène de référence. Ce dernier n’étant pas régulé par les traitements, il nous a permis de mesurer la variation des gènes cibles et de supprimer les effets de fluctuation. La PCR en temps réel est devenue la technique de choix pour l’analyse individuelle d’un nombre réduit de gènes [140]. Cette méthode fournit un large spectre dynamique, une bonne sensitivité et est hautement spécifique au transcrit interrogé.

5.2.2.2 Micropuces d’expression

Cette technologie permet d’analyser le niveau d’expression des gènes dans une cellule, un tissu ou un organe à un moment donné, dans un état donné, par rapport à un échantillon de référence. Une fois encore, l’ARNm est extrait des cellules qu’on veut étudier [141], et transformé en ADNc. L’étape suivante consiste en l’hybridation de l’ADNc avec la puce qui porte l’ensemble des sondes à sa surface. Chaque brin d’ADNc s’hybridera alors avec la sonde qui lui est complémentaire pour former un duplex sonde/cible double brin. La biopuce pourra ensuite être analysée par un scanner à haute résolution. L’analyse informatique de l’image scannée permet de déterminer s’il y a eu une hybridation pour chaque sonde [141]. Nous avons utilisé dans cette thèse des puces de types Illumina. Les données recueillies ont été par la suite corrigées et normalisées. Cette technique permet de suivre de près l’expression de gènes et a été étendue à l’étude de la régulation génique et aux interactions à l’échelle du génome à étudier [140].

5.3 Application des technologies OMIQUEs dans la recherche.

L’arrivée des techniques OMIQUES dans la recherche en santé constitue une révolution incontestable. Dans ce paragraphe nous aborderons quelques exemples de l’utilisation des techniques OMIQUES en rapport avec les thématiques de cette thèse.

La génomique permet l’étude du génome d’un organisme vivant. Après une supplémentation en AGs n-3 (3g/j) de 208 sujets pendant 6 semaines, une étude réalisée par notre équipe grâce à la technique de génotypage, a démontré que certains SNP dans le gène de la phospholipase A2 pouvaient influencer les niveaux de TG.

La transcriptomique quant à elle permet d’étudier l’ensemble des ARNm produits lors de la transcription d’un génome. En utilisant la technique de puce ADN, Bowens et al, ont étudié les changements survenus au niveau du transcriptome des cellules mononuclées sanguines périphériques de 25 individus ayant reçus 1,8g d’AEP+ADH pendant 26 semaines [140]. Les résultats de cette étude ont montré une diminution de l’expression de gènes pro-inflammatoires (NFKB, hypoxie, synthèse des éicosanoides). 1040 gènes étaient modulés par la supplémentation en AGs n-3, tandis que dans le groupe contrôle (pas de supplémentation en AGs n-3) 290 gènes étaient modulés.

L’étude des métabolites plasmatiques permet d’analyser le phénotype chimique en aval de la variabilité du génome, du transcriptome ainsi que du protéome fournissant ainsi un profil intégré du statut biologique. Cette technique a notamment permis la découverte des molécules clés de la résolution de l’inflammation, à savoir les résolvines, les protectines et les marésines [140]. La comparaison de la composition en métabolites d’individus obèses et non obèses a également permis de découvrir l’augmentation de la concentration en BCAA avec l’obésité [140] .

Les technologies OMIQUES sont abondamment utilisées dans le domaine de la santé et constituent d’excellentes plateformes d’analyses, fait qui supporte l’utilisation de ces dernières dans le cadre de cette thèse.