High-Field NMR Metabolomics : Phenotyping the Metabolic Complexity from Humans to Cells

par Clément Pontoizeau

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Pierre Toulhoat.

  • Titre traduit

    Métabolomique par RMN à très hauts champs : phénotypage de la complexité métabolique de l’Homme à la cellule


  • Résumé

    Cette thèse est dédiée aux développements méthodologiques et applications de la métabolomique par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à très hauts champs. La première partie de ce manuscrit est dédiée à une présentation générale de la métabolomique par RMN. Nous décrivons ensuite les résultats obtenus concernant l’introduction d’une technique à dimensionnalité réduite pour la caractérisation des mélanges complexes, dénommée spectroscopie RMN par projections ciblées. La seconde partie de ce manuscrit décrit les résultats de trois études métabolomiques portant sur des populations humaines. La première analyse démontre que les échantillons de sérum collectés dans le cadre de la cohorte européenne prospective internationale EPIC sont appropriés pour une étude métabolomique. Les deux études suivantes recherchent une signature métabolique dans le sérum du cancer du sein métastatique et une signature plasmatique potentielle pour différentes pathologies hépatiques comme le carcinome hépatocellulaire. La troisième partie de cette thèse est dédiée à l’étude d’organismes modèles. La première étude caractérise les différences métaboliques systémiques entre quatre souches de rats couramment utilisées comme contrôles en génétique. Dans la seconde analyse, nous étudions les effets du vieillissement physiologique chez Caenorhabditis elegans (C. elegans), observons que le processus de restriction alimentaire tamponne les modifications métaboliques associées au vieillissement et que des perturbations du métabolisme de la phosphocholine corrèlent avec l’espérance de vie. La troisième étude caractérise des modifications métaboliques importantes chez un mutant de C. elegans, pour le gène ahr-1, suggérant un rôle dans le développement et le vieillissement. Enfin, nous étudions les effets au niveau métabolique de l’interaction entre la protéine endogène E4F1 et la protéine virale HBx dans des cellules hépatiques infectées par le virus de l’hépatite B.


  • Résumé

    This thesis is dedicated to developments and applications of metabolomics, exploiting high field NMR spectroscopy. The first part is dedicated to a general presentation of metabolomics. We also report results about the introduction of reduced dimensionality techniques for the characterization of complex mixtures, coined targeted projection NMR spectroscopy. The second part of this manuscript reports results about three different metabolomic studies carried out in human populations. The first analysis demonstrates the suitability for metabolomics of serum samples collected in the framework of the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) study. The second study investigates a serum metabolic signature of metastatic breast cancer. The last analysis establishes potential plasma metabolic signatures for different liver pathologies, like hepatocellular carcinoma. The third part of this thesis is dedicated to the characterization of various model organisms. The first study presents a characterization of plasma and urine metabolic differences between four rat strains commonly used as controls in genetic studies. In the second study, we investigate the effects of physiological aging in Caenorhabditis elegans (C. elegans) and observe that dietary restriction buffers metabolic changes associated with aging. We further identify that perturbations in phosphocholine metabolism correlate with life expectancy. The third analysis of this part characterizes the ahr-1 C. elegans mutant, showing strong metabolic changes in ahr-1 mutants, which suggest an involvement in development and aging processes. We finally investigate in the last study the effects at the metabolic level of the interaction between an endogenous protein E4F1 and a viral protein HBx in liver cells infected by hepatitis B virus.


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