Notre organisme est le résultat d’une interaction complexe entre gènes, transcrits, protéines, métabolites et autres macro- et micromolécules. Il est essentiel de saisir les relations à plusieurs niveaux entre tous ces éléments moléculaires pour comprendre pleinement la santé et les maladies humaines. Si notre propre biologie est si complexe et si étroitement imbriquée, n’est-il pas logique que nos recherches et nos analyses soient elles aussi structurées en plusieurs niveaux afin de donner un sens à l’ensemble ? C'est précisément le concept qui sous-tend l'analyse multi-omique, c'est-à-dire la combinaison de deux ou plusieurs ensembles de données « omiques » afin d'obtenir une vision plus holistique de la biologie. Dans cet article, nous allons explorer deux technologies « omiques » puissantes et voir comment leur combinaison peut révolutionner vos recherches et faire progresser notre compréhension de la biologie humaine.
Les aspects fondamentaux de la transcriptomique
Le domaine de la génomique humaine repose sur les séquences d'ADN et sur l'impact que les anomalies de ces séquences ont sur la santé humaine. Et bien que les progrès de la technologie de séquençage du génome aient permis d'innombrables découvertes importantes liées à la santé et aux maladies humaines, la séquence d'ADN à elle seule ne suffit pas à expliquer les mécanismes biologiques complexes qui sont à l'origine de nombreuses maladies génétiques. La transcriptomique apporte ce que la génomique ne peut pas fournir : une vision impartiale de l'ensemble des ARN codants et non codants dans un système biologique et, dans le contexte de la recherche sur les maladies, de la manière dont ces transcrits évoluent en situation de santé et de maladie.
En étudiant le transcriptome, les chercheurs peuvent identifier non seulement les gènes exprimés, mais aussi les ARN non codants longs (ARNnc) et les microARN (miARN) qui influencent l'expression des protéines. En oncologie, par exemple, plusieurs gènes clés ont été associés à l'apparition de la maladie, à sa gravité et à son phénotype. L'exploration du transcriptome a révélé, dans de nombreux cas, des régulateurs ARN clés de ces gènes critiques qui peuvent déterminer si un cancer se développe ou non. Souvent, ces signatures transcriptomiques peuvent être observées avant l'apparition de la maladie ; les indices transcriptomiques constituent donc un domaine propice à la recherche et à la découverte dans le domaine du diagnostic précoce et des nouvelles thérapies.
Au-delà du potentiel génomique
Si la transcriptomique est un outil puissant, les connaissances et la compréhension qu'elle permet d'acquérir ont toutefois leurs limites. Alors que la transcriptomique donne un aperçu des événements moléculaires susceptibles de se produire à l'intérieur d'une cellule ou d'un organisme, la métabolomique, en mesurant les petites molécules (c'est-à-dire les métabolites) présentes dans un système, met en évidence ce qui se passe réellement. La métabolomique est un outil très puissant pour démystifier les signaux en amont parfois très complexes (interactions bidirectionnelles et multifacettes entre les éléments d'ADN et d'ARN) et fournir des informations exploitables sur ce qui se passe dans un système biologique.
Grâce au métabolome, les chercheurs peuvent interpréter, sur le plan phénotypique, toute une série de perturbations, qu'il s'agisse de variations des taux de mutation, d'événements d'épissage, de modifications des transcrits induites par les miARN, ou même de modifications post-traductionnelles des protéines. Les ensembles de données métabolomiques peuvent également révéler des facteurs environnementaux, y compris les métabolites produits par le microbiome, qui ont un impact déterminant sur la santé et les maladies. Grâce à la métabolomique, il est possible d'obtenir une vision globale des processus biochimiques sous-jacents à tout événement biologique — génétique ou non — ayant une incidence sur le développement d'une maladie.
Le véritable potentiel de la métabolomique ne se révèle pleinement que lorsqu’elle est combinée à d’autres ensembles de données « omiques ». Comme l’explique une publication parue dans Bioinformatics and Biology Insights, les approches intégrées évaluent le flux d’informations d’un niveau « omique » à l’autre, comblant ainsi le fossé entre le génotype et le phénotype. Les approches « omiques » offrant une vision holistique des processus pathologiques, les ensembles de données multi-omiques présentent un potentiel unique pour améliorer les pronostics et la précision prédictive des phénotypes de maladies, contribuant ainsi à de meilleurs traitements et à une meilleure prévention. En raison des informations phénotypiques qu’elle fournit, la métabolomique devrait constituer un élément clé de toute étude multi-omique.
Synergie entre la transcriptomique et la métabolomique
La combinaison des ensembles de données transcriptomiques et métabolomiques est synergique et s'est déjà révélée prometteuse pour mettre au jour des mécanismes pathologiques essentiels. Par exemple, dans le cas du cancer de la prostate, la combinaison des données transcriptomiques et métabolomiques a révélé que l'altération de la signalisation du récepteur 2 de la sphingosine-1-phosphate est le mécanisme à l'origine de la spécificité et de la sensibilité de la sphingosine pour distinguer le cancer de la prostate de l'hyperplasie bénigne. La combinaison de la transcriptomique et de la métabolomique peut également combler une lacune importante dans la recherche en oncologie concernant notre compréhension de l'inflammation, en fournissant une sorte de dictionnaire dans lequel les chercheurs peuvent « rechercher » ce que les changements au niveau transcriptomique signifient sur le plan phénotypique.
Alors qu’un nombre croissant de chercheurs considèrent la recherche multi-omique, en particulier la combinaison de la transcriptomique et de la métabolomique, comme une nouvelle norme dans la recherche sur les maladies humaines, la demande en outils multi-omiques capables de collecter, d’analyser et de visualiser les données s’est également accrue. Ces outils répondent aux défis auxquels sont confrontés les chercheurs qui intègrent des ensembles de données « omiques » et concrétisent la puissance de l’analyse multi-omique. Grâce à ces outils, un avenir où la recherche multi-omique sera la norme, plutôt qu'une modalité avancée réservée à quelques privilégiés, est à portée de main.
Si vous envisagez de vous lancer dans votre propre étude de métabolomique (et, espérons-le, de multi-omique), Metabolon idéalement placé pour vous accompagner dans vos efforts de recherche. Nous travaillons à vos côtés pour vous aider à déchiffrer des milliers de signaux chimiques distincts provenant de facteurs génétiques et non génétiques, afin de mettre au jour des voies biologiques et de découvrir de nouveaux biomarqueurs. Nous établissons des liens là où les autres « omiques » ne le peuvent pas et fournissons une représentation définitive du phénotype. Nous vous guiderons à chaque étape, de la conception de l'étude à l'interprétation des données, afin que vous puissiez aller plus loin grâce à la métabolomique. Si vous êtes prêt à vous lancer dans l'aventure de la métabolomique, contactez-nous dès aujourd'hui.
