Résonance magnétique nucléaire, Métabolisme, Polarisation nucléaire dynamique, Cinétique enzymatique, Glutamine

La glutamine est un acide aminé impliqué dans de nombreuses voies métaboliques essentielles aux cellules. Son métabolisme attire l'attention en tant qu'acteur clé dans diverses maladies, dont le cancer et les pathologies cardiovasculaires. Elle est aussi l'acide aminé le plus abondant dans le plasma sanguin et nécessaire à de nombreuses réactions biochimiques spécifiques, incluant la biosynthèse des protéines, la gluconéogenèse, la pyrimidine et le métabolisme d'autres acides aminés. L'analyse de son métabolisme pourrait identifier la glutamine et ses produits métaboliques comme biomarqueurs, stratifier les patients lors de nouvelles thérapies (notamment les médicaments anti-métaboliques) et accélérer la traduction des médicaments d'essai en clinique. De nombreuses techniques ont été utilisées pour étudier le métabolisme de la glutamine in vitro et in vivo. Le défi commun à ces techniques est de travailler avec des échantillons complexes à faibles concentrations, en particulier dans des conditions physiologiques, avec une reproductibilité élevée pour suivre des réactions dynamiques et traduire rapidement les résultats in vitro et in vivo. La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil puissant pour comprendre les mélanges complexes dans les systèmes difficiles. Elle fournit des informations quantitatives sur les structures et la dynamique moléculaire, sans être invasive ni destructive. Cependant, sa limite de détection est inférieure à d'autres méthodes analytiques. Pour surmonter cette faible sensibilité intrinsèque de la RMN, une approche intéressante est la polarisation nucléaire dynamique de dissolution (D-DNP), qui améliore le signal métabolique du 13C et d'autres noyaux de plusieurs ordres de grandeur. Ce projet de recherche vise à mettre en oeuvre et optimiser des méthodes de suivi des flux métaboliques de la glutamine, in vitro et dans les cellules, en utilisant la RMN D-DNP. Nous avons revisité le métabolisme de la glutamine dans les cellules, en accordant une attention particulière aux cellules cancéreuses et à son utilisation dans des conditions de santé et cataboliques, démontrant ainsi son importance. Ensuite, nous avons examiné l'utilisation du D-DNP pour étudier le métabolisme de la glutamine in vitro et in vivo. Nous avons également testé différentes formulations d'échantillons, adaptées aux acides aminés simples et aux mélanges co-polarisés, pour diverses applications, allant des études enzymatiques à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) in vitro. De plus, nous avons démontré l'utilisation de formulations d'échantillons de glutamine dans diverses applications. Pour illustrer son utilisation pour le suivi enzymatique in vitro, nous avons étudié les réactions enzymatiques de l'asparagine et de la glutamine par la L-asparaginase et la glutaminase. En outre, nous avons exploré l'utilisation de la glutamine hyperpolarisée (HP) pour analyser le profil métabolique des cellules, démontrant ainsi sa facilité d'utilisation dans l'analyse de systèmes biologiques complexes. Enfin, nous avons comparé le profil métabolique des lysats de bactéries avec celui d'une lignée cellulaire représentative du lymphome à grandes cellules B, dérivée d'échantillons de patients atteints de DLBCL. Nous avons également proposé de nouvelles perspectives d'utilisation de la glutamine hyperpolarisée (HP), notamment pour l'imagerie rapide de la glutamine et pour une nouvelle séquence d'impulsions utilisant le 13C hyperpolarisé comme stockage de polarisation. En résumé, cette thèse met en évidence la polyvalence du D-DNP dans la recherche métabolique et ses applications potentielles pour l'étude du métabolisme de la glutamine.