Friday October 17 2008
CEA
La spectroscopie RMN permet de sonder la compartimentation du métabolisme à l’échelle cellulaire
Magn Reson Med 60(2):306-311
CEA
Enjeu : Mesurer le métabolisme énergétique in vivo à l’échelle cellulaire, échelle inaccessible par les techniques classiques d’imagerie
Contexte
La spectroscopie RMN est un outil unique pour étudier le métabolisme cérébral in vivo. Ces dernières années, deux modalités de spectroscopie RMN ont été développées au sein des équipes de MIRCen, permettant chacune d’étudier un aspect du métabolisme cérébral chez le primate.
La première technique - la spectroscopie dynamique du 13C - permet de mesurer le métabolisme oxydatif (en toute rigueur, de la vitesse du cycle de Krebs*). Cette technique est basée sur le marquage isotopique du cycle de Krebs par injection de glucose marqué au carbone 13. C’est une technique relativement similaire à la mesure de la consommation cérébrale de glucose en tomographie par émission de positons du 18F-FDG.
La deuxième technique - la spectroscopie RMN de diffusion - permet de déterminer la compartimentation à l’échelle moléculaire des biomolécules du cerveau (acides aminés, neurotransmetteurs…). Sur les spectres RMN sensibilisés à la diffusion, le signal de chacune de ces molécules dépend de la façon dont la molécule diffuse à l’intérieur des cellules (plus la molécule diffuse rapidement, plus son signal RMN est faible), et par la-même renseigne sur sa compartimentation intracellulaire (dans des organelles, des vésicules…).
Travail réalisé
L’objectif du présent travail était de démontrer que la combinaison de ces deux techniques conduisait à une mesure beaucoup plus fine du métabolisme cérébral et de sa compartimentation.
Ces deux techniques ont été mises en œuvre simultanément pour étudier le cerveau de macaque in vivo. Des mesures 13C de la vitesse du cycle de Krebs ont été réalisées avec et sans sensibilisation des spectres à la diffusion.
La vitesse du cycle de Krebs mesurée s’avère plus rapide quand le signal est sensibilisé à la diffusion. Un travail de modélisation métabolique permet de soutenir l’hypothèse que ce compartiment à métabolisme rapide est la matière grise (compartiment à métabolisme élevé et diffusion lente), tandis que la matière blanche serait le compartiment à métabolisme lent et diffusion rapide.
Perspectives
Ce travail sera poursuivi en réduisant le volume de détection de manière à effectuer la mesure dans un tissu homogène. Dans ce contexte, il sera peut-être possible de mesurer des vitesses de marquage différentes à l’intérieur de différents compartiments intracellulaires, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’étude de la compartimentation métabolique.
La spectroscopie de diffusion combinée aumarquage isotopique au carbone 13 permet de sonder le métabolisme à l’échelle cellulaire
*Cycle de Krebs : série de réactions biochimiques ayant lieu dans les mitochondries et produisant des intermédiaires énergétiques utilisés in fine pour la production d'ATP dans la chaîne respiratoire.
Réf : Valette J, Chaumeil M, Guillermier M, Bloch G, Hantraye P, Lebon V (2008). Diffusion-weighted NMR spectroscopy allows probing of 13C labeling of glutamate inside distinct metabolic compartments in the brain. Magn Reson Med 60(2):306-311.