La métabolomique, qui représente une discipline nouvelle au sein de la grande famille « -omique », comporte de nouveaux outils à fort potentiel et suscite un vif intérêt dans la communauté scientifique, alors que les contraintes techniques semblaient infranchissables il y a seulement quelques années [ 1, 2].

Que se cache-t-il derrière ce terme de métabolomique, élevé récemment au rang de science (Figure 1) ? Un métabolite est une substance de petite taille (en général moins d’un kilodalton) formée au cours du métabolisme, qu’il s’agisse du produit final ou d’un intermédiaire. La principale limitation à l’identification des métabolites se situe dans l’usage des techniques de détection. Il est classique de classer ces métabolites en deux catégories en fonction de leur origine : endogènes lorsqu’ils sont produits par l’organisme, exogènes lorsqu’ils proviennent de l’environnement extérieur.

Figure 1. La métabolomique, un nouveau membre de la famille « -omique ». La métabolomique, étude des métabolites issus de l’organisme ou provenant de l’environnement, se situe en aval de la génomique (étude de l’ensemble des gènes), de la transcriptomique (étude de l’ensemble des ARN messagers) et de la protéomique (étude de l’ensemble des protéines).

Figure 1. La métabolomique, un nouveau membre de la famille « -omique ». La métabolomique, étude des métabolites issus de l’organisme ou provenant de l’environnement, se situe en aval de la génomique (étude de l’ensemble des gènes), de la transcriptomique (étude de l’ensemble des ARN messagers) et de la protéomique (étude de l’ensemble des protéines).

La métabolomique, en tant que technique, apparaît au tout début du troisième millénaire, alors que la génomique, la transcriptomique et la protéomique (chefs de file de la famille « -omique ») ont déjà fait leurs preuves comme outils essentiels pour la caractérisation et la compréhension des organismes biologiques. Une définition de la métabolomique appliquée à la médecine serait : l’étude systématique de l’empreinte chimique unique laissée par les processus biologiques au cours du métabolisme. Ainsi, l’analyse des métabolites présents dans l’organisme ou rejetés avec les sécrétions naturelles, permettrait de constituer une signature métabolomique évoluant au cours de la vie, au rythme des mutations, des modifications de l’organisme et des maladies associées. Associée à l’étude des gènes et des protéines, elle complètera le rectangle des quatre « -omiques » au sein du cercle représenté par l’organisme.

Le développement des outils d’analyse et de détection d’échantillons biologiques - comme la chromatographie et la spectrométrie de masse -, la découverte de l’impact crucial pour la compréhension des pathologies de certains des métabolites identifiés dans ces échantillons (par exemple les microARN), permettent aujourd’hui à la métabolomique de se développer et de trouver ses applications en médecine [ 3].

Les trois principales sources de métabolites en biologie animale sont l’urine, le sang et les tissus, auxquelles s’ajoutent la salive, la respiration, les fluides cérébraux, les larmes et la transpiration, actuellement en cours d’exploration [ 4]. Le choix du rein comme application privilégiée de la métabolomique s’est imposé : cet organe est responsable de la filtration sanguine et de la production d’urine, et toutes les pathologies rénales induisent une modification évidente de la signature métabolomique. Trois questions principales ont ainsi été explorées : la métabolomique peut-elle être utilisée en tant qu’outil diagnostic ? Peut-elle aider à définir des critères pronostiques, et/ou prédictifs ? Peut-elle identifier des cibles thérapeutiques ?

Le but final de l’étude des métabolites étant d’obtenir une concordance entre le profil analysé dans les biofluides et la biochimie du tissu pathologique considéré, il est nécessaire de déterminer comment un profil métabolomique tissulaire se reflète dans la signature métabolomique des prélèvements sanguins ou urinaires (Figure 2). Nous rapportons ici l’exemple de l’étude métabolomique dans le cas d’un carcinome rénal, où on peut prédire que la tumeur et son métabolisme induisent des changements dans la composition du sang et de l’urine. Aussi, les cancers du rein sont devenus des modèles d’étude dans le cadre de la métabolomique.

Figure 2. Le parcours métabolomique. La métabolomique débute avec le prélévement du matériel au sein d’une matrice choisie (sang, urine, tissu, etc.). Après extraction et purification des métabolites contenus dans les échantillons, les différentes signatures électrochimiques sont typiquement analysées par chromatographie et spectrométrie de masse (ou résonnance nucléaire magnétique). Des logiciels informatiques permettent ensuite l’identification précise et la titration des métabolites. Finalement, une validation technique démontrant la répétitivité des résultats et une validation biologique confirmant la valeur prédictive de l’approche permettent d’affirmer l’identification d’un métabolite d’intérêt diagnostique, pronostique ou thérapeutique. CG : chromatographie en phase gazeuse ; CL : chromatographie en phase liquide ; SM : spectrométrie de masse ; RMN : résonance magnétique nucléaire.

Figure 2. Le parcours métabolomique. La métabolomique débute avec le prélévement du matériel au sein d’une matrice choisie (sang, urine, tissu, etc.). Après extraction et purification des métabolites contenus dans les échantillons, les différentes signatures électrochimiques sont typiquement analysées par chromatographie et spectrométrie de masse (ou résonnance nucléaire magnétique). Des logiciels informatiques permettent ensuite l’identification précise et la titration des métabolites. Finalement, une validation technique démontrant la répétitivité des résultats et une validation biologique confirmant la valeur prédictive de l’approche permettent d’affirmer l’identification d’un métabolite d’intérêt diagnostique, pronostique ou thérapeutique. CG : chromatographie en phase gazeuse ; CL : chromatographie en phase liquide ; SM : spectrométrie de masse ; RMN : résonance magnétique nucléaire.

La métabolomique émerge comme un outil non invasif, pertinent et prometteur dans le cadre de l’identification d’une signature caractéristique d’une situation biologique, potentiellement importante pour la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques [20, 23]. Elle sera particulièrement utile pour enrichir la panoplie des autres « -omiques ». Cependant, les méthodes d’identification des métabolites étant toutes récentes, les limites techniques freinent actuellement l’expansion des applications de la métabolomique. Il faudra notamment : (1) abaisser les seuils de concentration pour la détection des métabolites, ce qui permettra un affinement de l’ébauche métabolomique humaine ; (2) standardiser les méthodes de prélèvement des échantillons dans le cadre d’une matrice donnée, ce qui améliorera la fiabilité, la reproductibilité et la pertinence des analyses métabolomiques.

Pour faciliter l’identification des métabolites humains associés à une situation physiologique particulière et la diffusion des résultats, une base de données contenant déjà plus de 40 000 entrées uniques est mise à jour régulièrement¹ [ 24]. Elle permet également d’obtenir, pour chaque métabolite recherché, des informations biochimiques et cliniques, telles que le seuil de détection ou la pathologie concernée par une modification du niveau d’expression. La création d’une société savante^2, et d’un journal international, Metabolomics ³, faciliteront ces échanges et valoriseront l’impact de la métabolomique au sein de la communauté scientifique mondiale, au bénéfice des futures applications et avancées techniques.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.