Metabolomics – an overview. From basic principles to potential biomarkers (part 2)

• Published in: Médecine nucléaire : imagerie fonctionelle et métabolique Vol. 44; no. 3; pp. 158 - 163
• Main Authors: Dufour-Rainfray, D., Lambérioux, M., Boulard, P., Guidotti, M., Delaye, J.-B., Ribeiro, M.-J., Gauchez, A.-S., Balageas, A.-C., Emond, P., Agin, A.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Masson SAS 01-05-2020
• Subjects: Alzheimer's disease; Autism spectrum disorder; Biomarker; Biomarqueur; Maladie d’Alzheimer; Mass spectrometry; Metabolomics; Métabolomique; Spectrométrie de masse; Troubles du spectre autistique; Metabolomics; Maladie d’Alzheimer; Biomarker; Métabolomique; Troubles du spectre autistique; Spectrométrie de masse; Mass spectrometry; Alzheimer's disease; Biomarqueur; Autism spectrum disorder
• ISSN: 0928-1258; 1878-6820
• DOI: 10.1016/j.mednuc.2020.02.004

The metabolome, which represents the complete set of molecules (metabolites) of a biological sample (cell, tissue, organ, organism), is the final downstream product of the metabolic cell process that involves the genome and exogenous sources. The metabolome is characterized by a large number of small molecules with a huge diversity of chemical structures and abundances. Exploring the metabolome requires complementary analytical platforms to reach its extensive coverage. The metabolome is continually evolving, reflecting the continuous flux of metabolic and signaling pathways. Metabolomic research aims to study the biochemical processes by detecting and quantifying metabolites to obtain a metabolic picture able to give a functional readout of the physiological state. Recent advances in mass spectrometry (one of the mostly used technologies for metabolomics studies) have given the opportunity to determine the spatial distribution of metabolites in tissues. In a two-part article, we describe the usual metabolomics technologies, workflows and strategies leading to the implementation of new clinical biomarkers. In this second part, we first develop the steps of a metabolomic analysis from sample collection to biomarker validation. Then with two examples, autism spectrum disorders and Alzheimer's disease, we illustrate the contributions of metabolomics to clinical practice. Finally, we discuss the complementarity of in vivo (positron emission tomography) and in vitro (metabolomics) molecular explorations for biomarker research.
Le métabolome qui représente l’ensemble des molécules (métabolites) d’un échantillon biologique (cellule, tissu, organe, organisme) est le produit final en aval des processus métaboliques cellulaires qui impliquent le génome et les sources exogènes. Le métabolome est caractérisé par un nombre important de petites molécules présentant une très grande diversité de structures chimiques et d’abondances. L’exploration du métabolome nécessite des plateformes analytiques complémentaires pour une description globale de celui-ci. Le métabolome est en constante évolution, reflétant les flux continus des voies métaboliques et de signalisation. La métabolomique a pour but d’étudier les processus biochimiques par la détection et la quantification des métabolites afin d’obtenir une image métabolique reflétant l’état physiologique. Les récents progrès de la technologie par spectrométrie de masse, une des technologies les plus utilisées pour les études métabolomiques, ont permis de déterminer la distribution spatiale des métabolites dans les tissus. Dans deux articles, nous présentons une description des technologies utilisées en métabolomique, des workflows et des stratégies menant à l’introduction de nouveaux biomarqueurs en clinique. Dans cette deuxième partie, nous développerons tout d’abord les étapes d’une analyse métabolomique du recueil des échantillons à la validation des biomarqueurs. Puis au travers de deux exemples, les troubles du spectre autistique et la maladie d’Alzheimer, nous illustrerons les apports de la métabolomique en clinique. Enfin nous évoquerons la complémentarité des explorations moléculaires in vivo (Tomographie par Emission de Positon) et in vitro (métabolomique) pour la recherche de biomarqueurs.