Université de Montréal - Thèse numérique

Université de Montréal
L'application de la métabolomique à la découverte
de nouveaux biomarqueurs chez les patients
atteints d'acidose lactique
par
Julie Thompson Legault
Département de nutrition
Faculté de Médecine
Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures
en vue de l’obtention du grade de Maîtrise ès sciences
en nutrition
Avril, 2013
© Julie Thompson Legault, 2013

i
Résumé
L’acidose lactique du Saguenay-Lac-St-Jean, ou syndrome de Leigh de forme
canadienne-française (LSFC), est une maladie mitochondriale neurodégénérative causée par
des mutations du gène LRPPRC et caractérisée par des crises d’acidose menant au décès en
bas âge. On ne comprend pas encore les causes exactes de ces crises, et aucun traitement n’est
actuellement disponible. L’objectif de cette étude a été de comparer le profil des métabolites
sanguins et urinaires chez des sujets LSFC et des témoins, avant et après un repas, par une
approche métabolomique ciblée. Le projet s’inscrit dans une démarche à long terme visant
l’identification de biomarqueurs prédictifs des crises, permettant d'intervenir plus rapidement
afin d’éviter le décès.
Les échantillons biologiques ont été prélevés chez 9 sujets atteints du LSFC et 9
témoins appariés, à jeun et 90 minutes après un repas standardisé. Les analyses incluent un
bilan biochimique et hormonal, un profil des acides aminés, des acides gras, des acides
organiques et des acylcarnitines.
Les métabolites significativement modifiés chez les patients peuvent être classés en
deux catégories : (i) le reflet d’une dysfonction mitochondriale, et plus particulièrement de
l’accumulation d’équivalents réduits en amont de la chaîne respiratoire, et (ii) des indices de
risque cardiométabolique, qui s’observent davantage chez les patients adultes malgré leur
jeune âge.
Ainsi, il serait intéressant d’inclure au traitement des stratégies visant la diminution des
facteurs de risque cardiométabolique, notamment par une modification des habitudes de vie.
Notre étude démontre la pertinence d’avoir recours à la métabolomique dans l’étude des
désordres de la phosphorylation oxydative.
Mots-clés : LSFC, LRPPRC, acidose lactique, mitochondrie, cytochrome c oxydase,
métabolomique, acides aminés, acides gras, acides organiques, acylcarnitines.

ii
Abstract
Leigh syndrome French Canadian variant (LSFC) is a neurodegenerative mitochondrial
disorder caused by mutations in LRPPRC gene and characterized by lactic acidosis crises
leading to early death. Factors that trigger these crises are not well understood, and no
treatment is currently available. The aim of this study was to compare blood and urine
metabolic profiles in LSFC patients and controls, before and after a meal, using a targeted
metabolomic approach. The project constitutes a first step in our long-term goal of identifying
biomarkers that could predict crises in LSFC patients, allowing faster intervention to avoid
death.
Biological samples were collected in 9 LSFC patients and 9 matched controls, in
fasting condition and 90 minutes after a standardized meal. Analyzes include biochemical and
hormonal assays, profiles of amino acids, fatty acids, organic acids and acylcarnitines.
Metabolites significantly modified in LSFC patients can be classified in two
categories: (i) markers of mitochondrial dysfunction, and particularly accumulation of reduced
equivalents upstream of the respiratory chain, and (ii) indicators of cardiometabolic risk,
observed prominently in adult patients despite their young age.
Thus, it would be of interest to include strategies aimed at lowering cardiometabolic
risk factors in the treatment of these patients, especially by lifestyle modification. Our study
shows the relevance of using metabolomics in the study of oxidative phosphorylation
disorders.
Keywords : LSFC, LRPPRC, lactic acidosis, mitochondria, cytochrome c oxidase,
metabolomics, amino acids, fatty acids, organic acids, acylcarnitines.

iii
Table des matières
Résumé ................................................................................................................... i
Abstract ................................................................................................................. ii
Liste des tableaux ................................................................................................ vi
Liste des figures .................................................................................................. vii
Liste des sigles et des abréviations ..................................................................... ix
Remerciements.................................................................................................... xii
Introduction .......................................................................................................... 1
1. La mitochondrie ............................................................................................ 2
1.1. Survol du catabolisme des nutriments .......................................................... 2
1.2. Glucides ............................................................................................................ 3
1.3. Lipides .............................................................................................................. 4
1.4. Protéines ........................................................................................................... 5
1.5. Cycle de l’acide citrique ................................................................................. 6
1.6. Phosphorylation oxydative ............................................................................. 7
1.6.1. Cytochrome c oxydase ........................................................................................ 8
2. Désordres de la phosphorylation oxydative ................................................ 9
2.1. Étiologie et signes cliniques ............................................................................ 9
2.2. Pathologies d’intérêt ..................................................................................... 12
2.2.1. Déficience en cytochrome c oxydase ............................................................... 12
2.2.2. Syndrome de Leigh classique .......................................................................... 13
2.2.3. Syndrome de Leigh de forme canadienne-française ...................................... 14
2.2.3.1. Description .................................................................................................... 14
2.2.3.2. LRPPRC ........................................................................................................ 17
2.3. Conséquences métaboliques ......................................................................... 22
2.4. Traitements .................................................................................................... 25
2.5. La nécessité de biomarqueurs ...................................................................... 27
3. La métabolomique ....................................................................................... 28
3.1. Description générale ..................................................................................... 28
3.2. Applications en nutrition .............................................................................. 29
3.3. Approches et appareils de mesure ............................................................... 30
4. Objectif, hypothèse et approche expérimentale ....................................... 32