INSTRUMENTATION ANALYTIQUE EN METABOLOMIQUE

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De la biodiversitรฉ des plantes : une richesse de la nature

Une source inรฉpuisable

Le rรจgne vรฉgรฉtal compte prรจs de 350.000 espรจces actuellement identifiรฉes dans le monde. Parmi elles, se trouvent les Phanรฉrogames ou plantes ร  fleurs รฉvaluรฉes ร  250.000 espรจces auxquelles font suite les Conifรจres au sens large, avec 700 espรจces ; les Ptรฉridophytes ou fougรจres comptent 12.000 espรจces environ ; les Bryophytes ou mousses comptabilisent 25.000 espรจces; viennent enfin les Thallophytes subdivisรฉs en Algues et en Champignons; leur inventaire indique respectivement: 30.000 espรจces pour les Algues et 31.000 espรจces pour les Champignons, toutes subdivisions taxonomiques confondues.
Cet important matรฉriel pharmaceutique existant et connu des botanistes ne prend pas en compte les microflores, les microfaunes et les planctons dont nous sommes loin d’รฉvaluer les disponibilitรฉs rรฉelles. Il faut รชtre conscient que 80%, au moins, de cette diversitรฉ biologique est rรฉunie et prospรจre dans les rรฉgions tropicales d’Afrique, d’Asie, de Madagascar, d’Ocรฉanie et d’Amรฉrique, dans des รฉcosystรจmes multiples, terrestres ou aquatiques d’eau douce et marins(4).

Que contiennent les plantes

La composition des plantes est dรฉterminรฉe en rรฉalisant des extractions selon divers procรฉdรฉs. Les extraits obtenus sont le matรฉriau avec lequel sont dรฉterminรฉes la composition et lโ€™activitรฉ de la plante. Un extrait est un ensemble de composรฉs ร  activitรฉs potentielles diffรฉrentes.
Les extraits de plantes prรฉsente une grande diversitรฉ de composition chimique. On y retrouve plusieurs familles de composรฉs notamment les alcaloรฏdes, les poly phรฉnols (flavonoรฏdes, stilbenes, dรฉrivรฉs de lโ€™acide cafรฉique), les terpรจnes et dรฉrivรฉs (eucalyptol, thymol, artรฉmisinine, saponines), etc.
Ces substances vรฉgรฉtales actives, prรฉsentes ร  faible dose dans les plantes, peuvent jouer diffรฉrents rรดles : se dรฉfendre contre les insectes, les bactรฉries ou

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les champignons, favoriser leur croissance, amรฉliorer leurs รฉchanges avec le milieu environnant… On distingue notamment (3):
– Les alcaloรฏdes, qui sont des substances azotรฉes. Trรจs toxiques ร  forte dose, ils peuvent agir sur le systรจme nerveux (effet sรฉdatif ou hallucinogรจne), le systรจme circulatoire et lโ€™appareil respiratoire. Parmi les alcaloรฏdes, citons la codรฉine et la morphine, tirรฉe du pavot, la quinine tirรฉe de lโ€™รฉcorce de quinquina, la nicotine issue du tabac…
– Les hรฉtรฉrosides, qui sont des substances glucidiques composรฉes dโ€™un ou plusieurs sucres, et dโ€™une partie non glucidique : des phรฉnols, des alcools… Ils ont des propriรฉtรฉs cardiotoniques (la digitaline, extraite de la digitale), laxatives, anti-fiรจvre et anti-inflammatoire (la salicyline, ancรชtre de lโ€™aspirine, est issu de lโ€™รฉcorce de saule).
– Les huiles essentielles : mรฉlanges odorants et volatils, obtenus par extraction ร  la vapeur. Elles ont des propriรฉtรฉs antiseptiques pour les poumons (eucalyptus), dรฉpuratives ou cicatrisantes (lavande).
– Les antibiotiques : substances empรชchant le dรฉveloppement des micro-organismes. Ainsi, la pรฉnicilline est obtenue ร  partir dโ€™un champignon.
En plus de cette diffรฉrence structurale des composรฉs naturels extraits, il existe une variabilitรฉ quantitative et qualitative de la composition de lโ€™extrait en fonction : des lots de plantes, des organes extraits de la plantes et รฉgalement du solvant utilisรฉ lors de lโ€™extraction (tableau 1).

Pharmacopรฉes traditionnelles

On appelle aussi ยซ pharmacopรฉe ยป l’ensemble des mรฉdicaments, souvent des plantes, utilisรฉes dans une rรฉgion ou ร  une รฉpoque donnรฉe. On parle ainsi de pharmacopรฉe traditionnelle. A base d’extrait de plantes mรฉdicinales, appelรฉs souvent phytomรฉdicaments, la pharmacopรฉe traditionnelle a รฉtรฉ utilisรฉe jusqu’ร  l’รฉpoque contemporaine par toutes les sociรฉtรฉs primitives.
On dรฉfinit le phytomรฉdicament comme un produit ร  base de plantes ร  usage thรฉrapeutique. Son statut lรฉgal, le mode de lรฉgitimation de son efficacitรฉ, son contexte dโ€™utilisation et la variabilitรฉ de sa composition le distinguent du biomรฉdicament, mรฉdicament conventionnel standardisรฉ et/ou strictement dรฉfini et encadrรฉ.
Un bref historique montre que les pharmacopรฉes les plus anciennes dรฉnommรฉes ยซย Pent Saoย ยป (Chine -3.000 ans avant nรดtre รจre), ยซย Vedasย ยป (Inde – 2.000 ans avant notre รจre), ยซย Papyrusย ยป (Egypte – 1.500 ans avant notre รจre), n’ont pas gรฉnรฉrรฉ de vรฉritables industries. Les industries pharmaceutiques actuelles et futures ont pris essor et importance au 20รจme siรจcle.
La mรฉdecine traditionnelle tropicale n’ayant jamais eu les moyens suffisants pour se hisser au niveau de la mรฉdecine moderne, est condamnรฉe ร  l’รฉlaboration des ethnopharmacopรฉes qui ne sont autre chose que la compilation des enquรชtes ethnobotaniques (8; 4).

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Pharmacopรฉe africaine

Lโ€™Organisation mondiale de la Santรฉ a prรฉconisรฉ dรจs 1978 (Dรฉclaration de Alma Ata) lโ€™introduction de la mรฉdecine traditionnelle dans les politiques de santรฉ des pays moins dรฉveloppรฉs. Cโ€™est ce principe qui a conduit ร  lโ€™รฉlaboration et ร  la publication en 1985 de la premiรจre รฉdition de la Pharmacopรฉe africaine รฉditรฉe par l’Organisation de l’Unitรฉ Africaine (OUA), laquelle prรฉsente 96 plantes et drogues en usage en Afrique (4). Il sโ€™agit dโ€™un recueil รฉcrit de drogues identifiรฉes avec les formules et recettes pour prรฉparer des remรจdes ร  bases de plantes et traduit une volontรฉ manifeste de valorisation de la mรฉdecine traditionnelle, mais ses composants ne sont que des extraits des pharmacopรฉes des pays industrialisรฉs. Il ne s’agit en fait que d’une centaine (96 monographies) de plantes mรฉdicinales africaines dรฉjร  รฉtudiรฉes et exploitรฉes par l’industrie pharmaceutique moderne. Le but de cette รฉdition est de donner aux industriels africains un instrument technique condensรฉ leur permettant d’organiser une industrie parallรจle rรฉpondant ร  l’offre et ร  la demande du commerce mondial, compte tenu de l’importance des matiรจres premiรจres brutes disponibles sur place en quantitรฉ et en qualitรฉ, et des revenus financiers et รฉconomiques loin d’รชtre nรฉgligeables.
Une deuxiรจme รฉdition de la pharmacopรฉe africaine a รฉtรฉ prรฉvue mais jusquโ€™ร  ce jour cet objectif nโ€™a pas รฉtรฉ rรฉalisรฉ.

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De la drogue au mรฉdicament

Deux grandes voies dโ€™exploration pharmacologique de la biodiversitรฉ sont utilisรฉes : lโ€™ethnopharmacologie et le criblage systรฉmatique.

Ethnopharmacologie

Lโ€™ethnopharmacologie consiste ร  faire lโ€™inventaire des plantes mรฉdicinales utilisรฉes par des groupes ethniques (pharmacopรฉes traditionnelles), รฉvaluer scientifiquement leur activitรฉ pharmacologique et vรฉrifier lโ€™absence de toxicitรฉ. Deux antipaludรฉens majeurs (quinine et artรฉmisinine) sont issus de plantes mรฉdicinales traditionnellement utilisรฉes contre le paludisme (le Quinquina, Cinchona sp., arbre de la cordillรจre andine, et lโ€™Armoise annuelle, (Artemisia annua, herbacรฉe de Chine). Les travaux expรฉrimentaux sur ces plantes mรฉdicinales peuvent aboutir ร  des validations dโ€™usage (Pogonopus tubulosus, plante antipaludique de Bolivie) et les plantes mรฉdicinales sont utilisรฉes comme traitement alternatif ou complรฉmentaire dans les pays en voie de dรฉveloppement.

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Criblage

La deuxiรจme voie de recherche nรฉcessite une collecte systรฉmatique des espรจces sur le terrain et une identification taxonomique, afin dโ€™isoler des molรฉcules bioactives par criblage systรฉmatique. Cโ€™est un programme de criblage contre le cancer qui a abouti ร  lโ€™isolement du taxol, ร  partir des ifs (Taxus spp, Taxaceae). La recherche a รฉvoluรฉ en fonction des avancรฉes de la biologie qui est passรฉe de lโ€™รฉchelle physiologique ร  lโ€™รฉchelle cellulaire puis molรฉculaire, et enfin gรฉnรฉtique. La description du gรฉnome humain et de celui de ses principaux agents infectieux (Plasmodium falciparum, agent du paludisme) permet une cartographie de la fonctionnalitรฉ des gรจnes, qui est ensuite utilisรฉe pour dรฉterminer un mรฉcanisme biochimique impliquรฉ dans une pathologie, afin dโ€™identifier des cibles thรฉrapeutiques (enzymes par exemple). Les cibles sont criblรฉes sur des bibliothรจques d’extraits de substances naturelles (Centre de criblage pharmaceutique ร  Toulouse). Les fractions actives sont ร  nouveau fractionnรฉes, jusquโ€™ร  lโ€™obtention dโ€™une entitรฉ active pure. Les molรฉcules actives servent de modรจles structuraux pour la synthรจse de nombreux dรฉrivรฉs et analogues structuraux (hรฉmisynthรจse), dont lโ€™activitรฉ biologique est ensuite testรฉe in vitro (tests biochimiques robotisรฉs) puis in vivo. ร€ partir des dรฉrivรฉs les plus actifs est gรฉnรฉrรฉe une nouvelle famille de composรฉs qui sera ร  son tour testรฉe (processus itรฉratif). Cโ€™est ainsi quโ€™a รฉtรฉ synthรฉtisรฉ un anticancรฉreux, la vinorelbine, ร  partir de la pervenche de Madagascar (Catharanthus roseus). Lโ€™optimisation de la structure chimique nรฉcessite des allers-retours permanents entre les laboratoires de chimie et ceux de pharmacologie, et permet la synthรจse de dรฉrivรฉs plus puissants et moins toxiques – ร  priori – que les substances naturelles. De nombreuses รฉtapes de validation pharmacologiques et toxicologiques aboutissent ensuite aux essais cliniques.

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METHODOLOGIE CONVENTIONNELLE Dโ€™ETUDE DES PLANTES

Extraction

Pour analyser n’importe quel produit naturel ou mรฉlange de produits naturels, il faut d’abord procรฉder par une extraction. Un mรฉlange complexe qui contient des produits de diffรฉrente nature peut รชtre simplifiรฉ. L’extraction par solvant est une technique trรจs utilisรฉe dans les laboratoires de chimie. Par exemple, un solvant non polaire va extraire les produits non polaires(9).
Lโ€™extrait est qualifiรฉ de total lorsquโ€™il est obtenu ร  lโ€™aide dโ€™un solvant pur ou dโ€™un mรฉlange de solvants et quโ€™il constitue un point de dรฉpart de manipulations ultรฉrieures (extraction et sรฉparations diverses)(5).
Il existe plusieurs procรฉdรฉs dโ€™extraction, les plus rรฉpandus รฉtant lโ€™extraction au soxhlet, lโ€™extraction liquide-liquide et lโ€™extraction avec lโ€™appareil Likens-Nickerson.

Fractionnement et fractionnement bioguidรฉ

Trรจs souvent on procรจde ร  des fractionnements pour mieux caractรฉriser la prรฉsence dโ€™un ou dโ€™une famille de composรฉs chimique afin dโ€™รฉtudier de faรงon discriminatoire les propriรฉtรฉs. On peut obtenir diverses fractions par diffรฉrents procรฉdรฉs comme la rupture de phase, lโ€™extraction liquide-liquide, la chromatographie prรฉparative (Flash sur colonne, CCM, CLHP).
Le fractionnement bioguidรฉ consiste ร  effectuer des essais biologiques sur toutes les fractions ou produits obtenus lors des opรฉrations de sรฉparations. A chaque fois, les fractions intรฉressantes sont retenues pour la suite des manipulations. Le but ultime est lโ€™isolement de la fraction la plus active du groupe de molรฉcules actives ou alors de la seule molรฉcule active (5).

Rรฉactions de caractรฉrisation

Les rรฉactions de caractรฉrisations permettent de mettre en รฉvidence un composรฉ donnรฉ ou un groupe de composรฉs. On distingue gรฉnรฉralement des rรฉactions de colorations (les plus frรฉquentes) de fluorescence (rares) et des rรฉactions de prรฉcipitation(5). De faรงon classique, une mรฉthode de caractรฉrisation est spรฉcifique ร  un groupe de composรฉs. Les mรฉthodologies de caractรฉrisation phytochimiques sont diverses et variรฉs en respect ร  la composition des extraits de plantes. Pour un groupe de composรฉs donnรฉ, il existe des protocoles disponibles dans la littรฉrature. Sur ce, on peut citer comme rรฉfรฉrence le manuel rรฉcemment publiรฉ du Pr Emmanuel Bassรจne. Le tableau 2 prรฉsente sommairement quelques groupes chimiques retrouvรฉs dans la composition des extraits de plantes et leur rรฉaction de caractรฉrisation.

Transcriptomique

Depuis une dizaine dโ€™annรฉes, le nombre de gรจnes identifiรฉs a explosรฉ suite au lancement de programmes de sรฉquenรงage ร  trรจs haut dรฉbit. Les biologistes ont dรฉsormais ร  leur disposition un catalogue quasi exhaustif des composants du gรฉnome pour une trentaine dโ€™espรจces parmi lesquelles quelques eucaryotes (levure, nรฉmatode, drosophile, arabette, homme). Les approches en gรฉnomique

NOTIONS DE METABOLOMIQUE

visent ร  exploiter cette base de connaissance afin dโ€™รฉtudier comment lโ€™ensemble des gรจnes fonctionnent et interagissent dans les cellules et les organismes qui les portent.
De nouvelles technologies engendrรฉes par cette rรฉvolution sont utilisรฉes pour quantifier les ARN messagers, collectivement appelรฉs transcriptome, prรฉsents dans un รฉchantillon biologique (culture cellulaire, tissu ou individu). Ces nouvelles approches regroupรฉes sous le terme transcriptomique รฉtudient le premier niveau de lโ€™expression gรฉnรฉtique. Bien que les ARNm ne constituent quโ€™une รฉtape de lโ€™expression des gรจnes, leur abondance est souvent corrรฉlรฉe ร  lโ€™activitรฉ des protรฉines codรฉes et leur quantification en parallรจle est considรฉrรฉe plus aisรฉe ร  conduire que celle des protรฉines.
La transcriptomique repose sur la quantification systรฉmatique de ces ARNm, ce qui permet d’avoir une indication relative du taux de transcription de diffรฉrents gรจnes dans des conditions donnรฉes. Plusieurs techniques permettent d’avoir accรจs ร  cette information, en particulier celle des puces ร  ADN, celle de la PCR quantitative ou encore celle du sรฉquenรงage systรฉmatique d’ADN complรฉmentaires (19) .

Protรฉomique

Cโ€™est le professeur Wilkins qui le premier utilisa le terme de protรฉome lors du premier congrรจs sur la protรฉomique ร  Sienne(20). La dรฉfinition officielle telle รฉnoncรฉ par Wilkins รฉvoque le ยซ complรฉment protรฉique dโ€™un gรฉnome ยป.Le protรฉome est lโ€™ensemble des protรฉines exprimรฉes par un gรฉnome ร  un moment prรฉcis en rรฉponse en un environnement donnรฉ. Il exprime un รฉtat particulier du systรจme vivant considรฉrรฉ. La protรฉomique, quand ร  elle, est une approche analytique visant lโ€™รฉtude simultanรฉe du (dโ€™un) protรฉome dโ€™un organisme vivant. Elle peut donc รชtre dรฉfinie comme la comparaison quantitative de protรฉomes similaires sous diffรฉrents stimuli(21). Dans la pratique, la protรฉomique s’attache ร  identifier de maniรจre globale les protรฉines extraites d’une culture cellulaire, d’un tissu ou d’un fluide biologique, leur localisation dans les compartiments cellulaires, leurs รฉventuelles modifications post-traductionnelles ainsi que leur quantitรฉ.
On peut distinguer de maniรจre conceptuelle deux grands types dโ€™analyse protรฉomique : la protรฉomique descriptive et la protรฉomique fonctionnelle. La protรฉomique descriptive sโ€™intรฉresse ร  la nature des protรฉines exprimรฉes, ร  leur niveau dโ€™expression, leur localisation au niveau subcellulaire (protรฉomique topologique) ainsi que les modifications post transcriptionnelles dont elles font lโ€™objet (protรฉomique qualitative). Lโ€™aspect quantitatif de lโ€™expression des gรจnes est apprรฉciรฉ par la protรฉomique quantitative. La protรฉomique fonctionnelle approche la fonction des protรฉines et cherchera de rรฉpondre ร  des questions telles : quelles sont les molรฉcules qui au sein de la cellule sโ€™associent ร  nos protรฉines dโ€™intรฉrรชt ; quel type de modifications structurales est responsable de quel type de modifications dโ€™activitรฉ.
De nombreuses applications de la protรฉomique en biologie clinique sont en cours de dรฉveloppement. Elles correspondent ร  des รฉtudes ร  visรฉe diagnostique ou ร  visรฉe thรฉrapeutique sur des agents pathogรจnes ainsi quโ€™ร  lโ€™รฉtablissement dโ€™outils diagnostiques dans diffรฉrents domaines : maladies auto-immunes, pathologies cancรฉreuses, pathologies rรฉnales, pathologies du systรจme nerveux central(20).

Mรฉtabolome, mรฉtabolomique, mรฉtabonomique et fluxomique

Du gรฉnome, c’est-ร -dire des acides nuclรฉiques, nous sommes arrivรฉs aux protรฉines. Cela dรฉcrit sommairement les processus de lโ€™expression gรฉnรฉtique et en mรชme temps descend vers un niveau biochimique (donc fonctionnel) et structural plus divers, ramifiรฉ, plus complexe. Vers un niveau dโ€™organisation hiรฉrarchique plus complexe que les protรฉines, se trouve lโ€™ensemble des produits du mรฉtabolisme, le mรฉtabolisme รฉtant la concrรฉtisation de lโ€™expression gรฉnรฉtique (au travers les rรฉactions biochimiques).

Mรฉtabolomique

En fait, la mรฉtabolomique prend ses origines du profilage mรฉtabolique, concept apparu dans la littรฉrature scientifique depuis les annรฉes 1950 et sโ€™est dรฉveloppรฉ au cours des trois dรฉcennies suivantes (figure 6) (11). Le profilage mรฉtabolique (anglais = ยซ metabolic profiling ยป3 ) est lโ€™analyse de la composition en petites molรฉcules des milieux biologiques qui utilise habituellement comme mรฉthode la spectroscopie de masse couplรฉe ร  des techniques de sรฉparation comme la chromatographie en phase gazeuse (22).
Inspirรฉ par les progrรจs de la gรฉnomique et de la protรฉomique, le domaine de la mรฉtabolomique prรฉsente plus dโ€™ambitions que le profilage mรฉtabolique tel connu jusquโ€™alors : lโ€™objectif ici est une identification et une quantification de la liste ยซย complรจteย ยป des mรฉtabolites dโ€™un systรจme considรฉrรฉ (23; 24).
Lโ€™ensemble des mรฉtabolites, c’est-ร -dire les petites molรฉcules de poids molรฉculaire dโ€™environ 1000 daltons, prรฉsents dans un systรจme vivant ou dans unย  milieu biologique dans des conditions particuliรจres constitue ce que lโ€™on appelle le mรฉtabolome4 . Cโ€™est la liste complรจte des molรฉcules prรฉsentes au sein dโ€™une cellule, dโ€™un organe, dโ€™un tissu ou dโ€™un organisme donnรฉ soumis ร  certaines conditions ร  une pรฉriode considรฉrรฉe. Dans un systรจme biologique, seules sont considรฉrรฉes comme รฉtant des mรฉtabolites, les petites molรฉcules qui participent aux rรฉactions mรฉtaboliques et qui sont nรฉcessaires au fonctionnement normal, au maintien et ร  la croissance dโ€™une cellule (25). Le matรฉriel gรฉnรฉtique (ADN, ARN) nโ€™est pas considรฉrรฉ comme รฉtant des mรฉtabolites. Dโ€™une certaine maniรจre on peut le considรฉrer comme le produit final de lโ€™expression des gรจnes et des processus de rรฉgulation cellulaire (11; 24). Ce phรฉnotype varie dans lโ€™espace en fonction du type cellulaire, dans le temps en fonction du stade de dรฉveloppement et caractรฉrise un รฉtat donnรฉ (normal ou en rรฉponse ร  un stress biotique ou abiotique). Selon la dรฉfinition de Nielsen et Oliver, le mรฉtabolome comprend lโ€™endomรฉtabolome (tous les composรฉs intracellulaires) et lโ€™exomรฉtabolome (tous les composรฉs excrรฉtรฉs dans le milieu de croissance ou le milieu extracellulaire) (26).
La taille du mรฉtabolome humain reste inconnue, en 2007 elle est estimรฉe ร  plusieurs milliers de composรฉs (2500 mรฉtabolites, 1200 mรฉdicaments, 3500 produits provenant de la nutrition). La base de donnรฉes sur le mรฉtabolome humain (publiรฉ ร  : www.hmdb.ca) est prรฉsentement le recueil le plus complet de donnรฉes sur les mรฉtabolites et le mรฉtabolisme humain, avec plus de 2180 fiches sur des mรฉtabolites endogรจnes(27). Pour le rรจgne vรฉgรฉtal on dรฉcompte prรจs de 100000 mรฉtabolites.
Ainsi, la mรฉtabolomique est lโ€™รฉtude du – ou plus prรฉcisรฉment dโ€™un – mรฉtabolome dโ€™un systรจme considรฉrรฉ. Autrement dit, la mรฉtabolomique (ou lโ€™analyse mรฉtabolomique) est un outil dโ€™exploration des organismes vivants qui dรฉcrit de faรงon exhaustive les diffรฉrents mรฉtabolites prรฉsents dans les fluides biologiques (sang, urine, salive), ou dans les tissus (28).

Mรฉtabonomique

Nicholson (1999) a introduit le terme de ยซ mรฉtabonomique ยป qui consiste en lโ€™รฉtude des variations quantitatives de mรฉtabolites induites par tout type de modifications (internes) et/ou de perturbations (externes) (29). La mรฉtabonomique peut รชtre considรฉrรฉ comme une application spรฉcifique de lโ€™approche mรฉtabolomique dans lโ€™รฉtude des mรฉcanismes des maladies (et de leur diagnostic), dans lโ€™รฉtude de la toxicitรฉ des mรฉdicaments et globalement dans la comprรฉhension du fonctionnement cellulaire (30). En association avec la protรฉomique et la transcriptomique, elle joue un rรดle central dans la comprรฉhension globale du fonctionnement de lโ€™organisme vivant.
En particulier, la mรฉtabonomique se focalise sur lโ€™รฉtude des mรฉcanismes de contrรดle mรฉtaboliques et homรฉostatiques des systรจmes complexes dโ€™interactions cellulaires mettant en jeu diffรฉrentes fonctions biochimiques simultanรฉment(31).

Fluxomique

Lโ€™analyse mรฉtabolomique reste une รฉvaluation du mรฉtabolome en termes de teneur et dรฉcrit lโ€™รฉtat du systรจme ร  un instant, mais ne permet de caractรฉriser le dynamisme des rรฉactions biochimiques. Lorsque ces flux mรฉtaboliques sont รฉtudiรฉs in silico, il est alors question de fluxomique .La fluxomique est lโ€™analyse de lโ€™ensemble des flux mรฉtaboliques par la dรฉtermination des vitesses rรฉelles des rรฉactions biochimiques au sein dโ€™un organisme vivant. Elle mesure le comportement dynamique des rรฉseaux mรฉtaboliques et reprรฉsente ce que fait rรฉellement la cellule. La fluxomique est elle-mรชme une stratรฉgie analytique ร  part entiรจre en pleine expansion (30).

APPROCHES METABOLOMIQUES

Diffรฉrentes stratรฉgies peuvent รชtre adoptรฉes (notamment en RMN mรฉtabolomique). Il est possible de considรฉrer : lโ€™analyse ciblรฉe dโ€™un nombre restreint de mรฉtabolites (metabolic target analysis ou metabolic targeting) ; lโ€™analyse de mรฉtabolites dโ€™une mรชme classe ou dโ€™une mรชme voie biologique (metabolic profiling) et lโ€™analyse globale de tous les mรฉtabolites, quโ€™ils soient identifiรฉs ou non (metabolic fingerprinting) (13).

Approche ciblรฉe ou metabolic targeting

Elle vise lโ€™analyse qualitative et quantitative de mรฉtabolites connus(13). Cette mรฉtabolomique ยซ classique ยป est rรฉalisรฉe depuis prรจs de vingt ans (32). Elle consiste ร  intรฉgrer lโ€™aire des pics de mรฉtabolites ciblรฉs et de les quantifier ร  lโ€™aide dโ€™un standard interne.
Elle a largement รฉtรฉ utilisรฉe dans lโ€™รฉtude 1H RMN in vitro de biopsies de tumeurs cรฉrรฉbrales prรฉalablement diagnostiquรฉes et observรฉes in vivo (33; 34). Cette approche est toujours utilisรฉe et est la seule ร  รชtre vraiment quantitative(32).

Approche globale

Lโ€™approche globale recoupe deux procรฉdรฉs : lโ€™รฉtablissement dโ€™empreintes mรฉtaboliques (metabolic fingerprinting) et le profilage mรฉtabolique (metabolic profiling) qui est lโ€™รฉtude quantitative dโ€™un groupe de mรฉtabolites associรฉs ร  une voie mรฉtabolique particuliรจre.

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Table des matiรจres

INTRODUCTION
1 DES PLANTES ET DES MEDICAMENTS
1.1 UTILISATION DES PLANTES EN THERAPEUTIQUE
1.1.1 De la magie ร  la mรฉdecine rationnelle ou lโ€™รฉpopรฉe de la thรฉrapeutique
1.1.2 De la biodiversitรฉ des plantes : une richesse de la nature
1.1.2.1 Une source inรฉpuisable
1.1.2.2 Que contiennent les plantes
1.1.3 Quelques notions sur la pharmacopรฉe
1.1.3.1 Quโ€™est ce quโ€™une pharmacopรฉe ?
1.1.3.2 Pharmacopรฉes traditionnelles
1.1.3.3 Pharmacopรฉe africaine
1.1.4 De la drogue au mรฉdicament
1.1.4.1 Ethnopharmacologie
1.1.4.2 Criblage
1.2 METHODOLOGIE CONVENTIONNELLE Dโ€™ETUDE DES PLANTES
1.2.1 Extraction
1.2.2 Fractionnement et fractionnement bioguidรฉ
1.2.3 Rรฉactions de caractรฉrisation
1.2.4 Recherche dโ€™activitรฉ
1.2.4.1 Rรฉactions chimiques
1.2.4.2 Modรจles animaux (in vivo et vitro)
1.2.4.3 Criblage virtuel (test in silico)
2 NOTIONS DE METABOLOMIQUE
2.1 DEFINITIONS ET TERMINOLOGIES
2.1.1 Gรฉnomique
2.1.2 Transcriptomique
2.1.3 Protรฉomique
2.1.4 Mรฉtabolome, mรฉtabolomique, mรฉtabonomique et fluxomique
2.1.4.1 Mรฉtabolomique
2.1.4.2 Mรฉtabonomique
2.1.4.3 Fluxomique
2.2 APPROCHES METABOLOMIQUES
2.2.1 Approche ciblรฉe ou metabolic targeting
2.2.2 Approche globale
2.2.2.1 Mรฉtabolic profiling (profilage mรฉtabolique)
2.2.2.2 Mรฉtabolic fingerprinting (empreinte mรฉtabolique)
2.3 DE LA NOUVEAUTE ET DE Lโ€™HOLISME DES APPROCHES ยซ OMIQUES ยป
2.3.1 Similaritรฉs et coalescences dans la terminologie
2.3.2 Mรฉtabolomique : une nouveautรฉ ancienne
2.3.3 Remise en cause de lโ€™holisme
2.4 PLATE-FORME METABOLOMIQUE
2.4.1 Mรฉthodes analytiques
2.4.2 Outils statistiques (data mining)
2.4.2.1 Analyse en composantes principales
2.4.2.2 Analyse de classification hiรฉrarchique ACH (Hierachical cluster analysis)
2.4.2.3 Partial least square (Rรฉgression des moindres carrรฉs partiels)
2.4.2.4 Self organization maps (SOM)
2.5 PRINCIPALES APPLICATIONS ET PERSPECTIVES
2.5.1 En nutrition
2.5.1.1 Evaluation de lโ€™effet santรฉ des aliments
2.5.1.2 Rรฉgulation de lโ€™expression des gรจnes par les aliments
2.5.1.3 Diagnostic des qualitรฉs des produits
2.5.2 En mรฉdecine gรฉnรฉrale
2.5.2.1 Diagnostic de maladies mรฉtaboliques
2.5.2.2 Identification de marqueurs prรฉcoces dโ€™une maladie
2.5.3 Application en toxicologie
2.5.3.1 Evaluation de la toxicitรฉ et marqueurs de toxicitรฉ
2.5.3.2 Elucidation des mรฉcanismes dโ€™action toxique
2.5.4 Application dans le domaine de lโ€™industrie pharmaceutique
3 INSTRUMENTATION ANALYTIQUE EN METABOLOMIQUE
3.1 TECHNIQUES CHROMATOGRAPHIQUES
3.1.1 Principe gรฉnรฉral
3.1.2 Petite historique sur la chromatographie : de Tswett ร  nos jours : un siรจcle de chromatographie
3.1.2.1 Les origines
3.1.2.2 Lโ€™expรฉrience de Tswett
3.1.2.3 De la colonne ร  la couche chromatographique : des diffรฉrents types de chromatographie
3.1.2.4 Progrรจs et amรฉliorations des techniques chromatographiques
3.1.3 Chromatographic fingerprinting
3.1.3.1 Chromatographie planaire (CCM et HPTLC)
3.1.3.2 La chromatographie liquide haute performance
3.2 TECHNIQUES SPECTRALES
3.2.1 La spectromรฉtrie de rรฉsonance magnรฉtique nuclรฉaire
3.2.1.1 Principes de RMN
3.2.1.2 RMN mรฉtabolomique
3.2.2 La spectromรฉtrie de masse
3.2.2.1 Principe
3.2.2.2 Appareillage et mise en ล“uvre dโ€™une analyse
3.2.2.3 Spectromรฉtrie de masse dans les OMICS
3.3 TECHNIQUES COMBINEES
3.3.1 Combinaison directe ou hyphenation
3.3.1.1 Chromatographie gazeuse-Spectromรฉtrie de masse CG-SM
3.3.1.2 Spectromรฉtrie de masse tandem (SM/SM)
3.3.1.3 Couplage Chromatographie liquide-Spectromรฉtrie de masse (LC-SM)
3.3.1.4 Lโ€™รฉlectrophorรจse capillaire couplรฉe ร  la spectromรฉtrie de masse (EC-SM)
3.3.2 Combinaison indirecte ou approches multidimensionnelles
4 APPROCHE METABOLOMIQUE POUR LA CARACTERISATION DES EXTRAITS DE PLANTES
4.1 JUSTIFICATIONS DE Lโ€™APPROCHE
4.1.1 Problรฉmatique dans la recherche et le dรฉveloppement de mรฉdicaments : lโ€™รฉchec de lโ€™approche rรฉductionniste
4.1.2 Nรฉcessitรฉ de valorisation des plantes mรฉdicinales
4.1.3 Retour ร  lโ€™holisme traditionnel
4.1.4 De lโ€™utilitรฉ dโ€™une isolation purificationโ€ฆ
4.1.5 โ€ฆvers une pharmacopรฉe africaine pragmatique
4.2 MISE EN ล’UVRE Dโ€™UNE ANALYSE EN METABOLOMIQUE
4.2.1 Dรฉfinition des objectifs
4.2.2 Extraction et prรฉparation de lโ€™รฉchantillon
4.2.3 Extraction des donnรฉes (Data aquisition)
4.2.4 Data mining
4.2.5 Identification des mรฉtabolites dโ€™intรฉrรชt
4.3 ENJEUX DE Lโ€™APPROCHE METABOLOMIQUE POUR LA PHARMACOPEE AFRICAINE
4.3.1 Contrรดle de la qualitรฉ des phytomรฉdicaments
4.3.2 Relation entre profil chimique et bioactivitรฉ des phytomรฉdicaments
4.3.3 Dรฉtermination de la biodisponibilitรฉ et รฉvaluation du devenir des composรฉs naturels
4.3.4 Evaluation de la toxicitรฉ et de la sรฉcuritรฉ dโ€™emploi des composรฉs naturels
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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