Chapitre 2 : Principe de la SRM et quantification des métabolites
2.1. Spectroscopie par Résonance Magnétique du proton in vivo
2.1.3. Les métabolites présents dans le cerveau et le foie par 1 H SRM
2.1.3.1. Profil métabolique du cerveau
Le spectre 1H obtenu chez une souris à 7T est représenté figure 2.5. Les déplacements chimiques des principaux métabolites détectés dans le cerveau sont répertoriés dans le
tableau 2.1. Les métabolites peuvent être divisés en trois catégories : les neurotransmetteurs,
37
Figure 2.5 : Spectre 1H SRM obtenu au niveau de l’hippocampe chez la souris à 7T (1) Les neurotransmetteurs sont les molécules chimiques nécessaires à la transmission du
message nerveux.
L’acide γ aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système
nerveux central. Il est difficile de le détecter dans des conditions physiologiques en raison de sa faible concentration dans le cerveau (autour de 1 mM chez l’Homme et le rat) et de sa superposition avec d’autres pics (Pfeuffer et al. 1999; Tkáč et al. 2003; Govindaraju, Young, and Maudsley 2000).
Le glutamate (Glu) est le principal neurotransmetteur excitateur. Il sert de précurseur à la
synthèse du GABA, du glutathion (tripeptide antioxydant) et de protéines. Le glutamate est présent dans le cerveau à une concentration de 6-12,5 mM chez l’Homme et le rat (Pouwels and Frahm 1998; Pfeuffer et al. 1999; Govindaraju, Young, and Maudsley 2000; Tkáč et al. 2003). Le glutamate est présent très largement dans les neurones glutamatergiques et de manière moindre dans les neurones GABAergiques et les astrocytes (de Graaf 2007).
La glutamine (Gln) est un acide aminé important dans le métabolisme intermédiaire du fait
de son rôle dans le cycle glutamine-glutamate. La glutamine est synthétisée dans les astrocytes à partir du glutamate par l’enzyme glutamine synthétase et elle peut être dégradée en glutamate par la glutaminase dans les neurones. La glutamine est principalement localisée dans les astrocytes à une concentration de 2-4 mM chez l’Homme et le rat (Pfeuffer et al. 1999; Govindaraju, Young, and Maudsley 2000; Pouwels and Frahm 1998).
38
Le N-acétyl aspartyl glutamate (NAAG) est un dipeptide de l’aspartate N-substitué et du
glutamate. Il semble impliqué dans la neurotransmission excitatrice et il sert de source de glutamate. La concentration de NAAG varie entre 0,6 et 3 mM chez l’Homme et le rat (Fuhrman et al. 1994; Pouwels and Frahm 1997).
L’aspartate (Asp) est un acide aminé non essentiel présent à une concentration de 1-2 mM
au niveau cérébral chez l’Homme et le rat. Il a une fonction de neurotransmetteur excitateur (Pfeuffer et al. 1999; Govindaraju, Young, and Maudsley 2000).
(2) Les marqueurs de l’homéostasie cellulaire interviennent dans différents processus
physiologiques.
Le lactate (Lac) est le produit final de la glycolyse anaérobie. Il est présent au niveau
cérébral à très faible concentration (~0,5 mM) mais il tend à augmenter lors de l’hypoxie, l’accident vasculaire cérébral ischémique et les tumeurs. En 1H SRM in vivo, le pic de lactate
se superpose au signal des macromolécules (de Graaf 2007).
La créatine (Cr) et la phosphocréatine (PCr) sont présentes dans les cellules neuronales et
gliales. Elles jouent un rôle clé dans le métabolisme énergétique en agissant comme tampon énergétique en maintenant les niveaux d’adénosine triphosphate (ATP). En effet, la créatine kinase catalyse la réaction de phosphocréatine en créatine, ce qui entraine la production d’ATP. La concentration de créatine totale (Cr+PCr) est plus élevée dans la substance grise (~6,4-9,7 mM) que la substance blanche (5,2-5,7 mM) chez l’Homme (Pouwels and Frahm 1998; Saunders et al. 1999; de Graaf 2007). Une concentration similaire (8,3-9 mM) est mesurée dans le cerveau de rat (Pfeuffer et al. 1999; Tkáč et al. 2003).
La choline (Cho), la phosphocholine (PCho) et la glycérophosphocholine (GPC) sont
souvent regroupées sous le terme de composés contenant de la choline (CCC). En effet, les déplacements chimiques de ces composés provenant du groupe méthyle de la choline sont extrêmement proches. La PCho et la GPC contribuent principalement au signal contrairement à la choline libre. Les CCC sont impliqués dans la voie de biosynthèse et de dégradation des phospholipides lesquels entrent dans la composition des membranes cellulaires. Les CCC sont par conséquent des biomarqueurs du renouvellement membranaire et ont une concentration de 1-2 mM chez l’Homme et le rat (Pouwels and Frahm 1998; Pfeuffer et al. 1999).
39
La taurine (Tau) est un acide aminé non essentiel qui semble posséder un rôle
d’osmorégulateur et de modulateur de la neurotransmission. Il a une concentration moyenne de 1,5 mM chez l’Homme et 6-8 mM chez le rat et (Govindaraju, Young, and Maudsley 2000; Tkáč et al. 2003).
(3) Deux métabolites spécifiques à un compartiment cellulaire sont mesurés dans le
cerveau.
Le N-acétyl aspartate (NAA) a été proposé comme un marqueur du dysfonctionnement
neuronal. Sa fonction dans le système nerveux central n’est pas clairement établie, il semble impliqué dans des fonctions d’osmorégulation, de synthèse de la myéline et des acides gras. La concentration du NAA n’est pas homogène, elle est plus importante dans la substance blanche (8-11 mM) que dans la substance grise (6-9 mM) (Pouwels and Frahm 1997). Dans le cerveau de rat, une concentration moyenne de 7,6-10 mM a été mesurée (Tkáč et al. 2003).
Le myo-Inositol (mI) est une molécule cyclique avec six fonctions alcools. En 1H SRM, le
mI possède six déplacements chimiques détectés de manière très rapprochée et cela a pour conséquence une superposition très marquée. La fonction du mI n’est pas élucidée, il a néanmoins été proposé comme un marqueur des cellules gliales. Il est présent au niveau cérébral à une concentration de 4-8 mM chez l’Homme et le rat (Pouwels and Frahm 1998; Pfeuffer et al. 1999).
Il est à noter qu’une fraction significative des signaux détectés en 1H SRM provient de
macromolécules (e.g. les lipides) et ils sont sous-jacents aux signaux des métabolites. Un minimum de 10 signaux de macromolécules (MM) peut être dénombré : MM1 (0.93 ppm) ; MM2 (1.24 ppm) ; MM3 (1.43 ppm) ; MM4 (1.72 ppm) ; MM5 (2.05 ppm) ; MM6 (2.29 ppm) MM7 (3.00 ppm) ; MM8 (3.20 ppm) ; MM9 (3.8-4.0 ppm) ; MM10 (4.3 ppm).
40
Tableau 2.1 : Principaux métabolites détectés par 1H SRM in vivo dans le cerveau
(d'après de Graaf 2007)
Catégorie Métabolite Groupement
chimique
Déplacement chimique (ppm)
Neurotransmetteurs Acide aminobutyrique (GABA) 2CH 2 2.28 3CH 2 1.89 4CH 2 3.01 Glutamate (Glu) 2CH 3.75 3CH 2 2.04 4CH 2 2.35 Glutamine (Gln) 2CH 3.76 3CH 2 2.12 4CH 2 2.46
N-acétyl aspartyl glutamate (NAAG) 2CH 3 (acétyl) 2.04 3CH 2 (glutamate) 2.05 Aspartate (Asp) 2CH 3.89 3CH 2 2.80 Homéostasie cellulaire Lactate (Lac) 2CH 4.10 3CH 3 1.31 Créatine (Cr) CH3 3.03 CH2 3.91 Phosphocréatine (PCr) CH3 3.03 2CH 2 3.93
Choline (Cho) (CH3)3 (choline) 3.19
Phosphocholine (PCho) (CH3)3 (choline) 3.21
Glycérophosphocholine (GPC) (CH3)3 (choline) 3.21 Taurine 1CH2 3.42 2CH 2 3.25 Métabolites spécifiques à un compartiment cellulaire
N-acétyl aspartate (NAA) 2CH3 (acétyl) 2.01
2CH (aspartate) 2.67 3CH 2 (aspartate) 2.49 Myo-Inositol (mI) 1CH 3.52 2CH 4.05 3CH 3.52 4CH 3.61 5CH 3.27 6CH 3.61
41