ProteoRE, une application web pour la découverte de biomarqueurs d'intérêt diagnostique
Publié par Redbran le 29/11/2019 à 14:00
Source: Institut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (lRlG)

Les chercheurs de l'IRIG ont développé ProteoRE, une application Web permettant de proposer un ensemble d'outils accessibles aux biologistes afin de définir leur propre stratégie de sélection de candidats biomarqueurs.

Un biomarqueur est une caractéristique mesurable avec précision, utilisée comme indicateur d'une fonction du corps, d'une maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) ou de l'action d'un médicament (Un médicament est une substance ou une composition présentée comme possédant des propriétés curatives, préventives ou...). À titre d'exemple, la glycémie (La glycémie (du grec glukus = doux et haima = sang) désigne la concentration de glucose dans le sang ou plus exactement dans le plasma.) est un biomarqueur reconnu tant pour caractériser le diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes (polyurie). Le mot « diabète » vient du grec ancien...) que pour évaluer l'efficacité des molécules antidiabétiques. Dans le domaine médical, un biomarqueur peut être utilisé pour le dépistage (Le dépistage, en médecine, consiste en la recherche d'une ou de plusieurs maladies ou d'anomalies dites "à risques" chez les individus d'une...), le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation,...), la réponse à un traitement, la rechute après un traitement, etc. Un biomarqueur peut être une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite...) (métabolites, ADN circulants, protéines, etc.) facilement mesurable dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des animaux. Un humain adulte est doté d’environ 5 litres de sang.) ou dans l'urine (L'urine est un liquide biologique composé des déchets de l'organisme. L'urine est secrétée par les reins par filtration du sang, puis par...) et compatible avec une analyse en routine. Le développement d'un biomarqueur, de sa découverte à sa validation, est un processus long et coûteux: comment accélérer le processus de découverte de nouveaux candidats biomarqueurs à des fins d'évaluation en recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) clinique ?

Bien que les biomarqueurs soient largement utilisés, des limites importantes ont été identifiées en raison de leur manque de spécificité ; par exemple en cancérologie (L'oncologie ou carcinologie ou cancérologie est la spécialité médicale d'étude, de diagnostic et de traitement des cancers. Un médecin qui pratique cette discipline est appelé oncologue ou...), l'absence de marqueur unique hautement spécifique et sensible a conduit à un consensus croissant sur la nécessité de combinaisons de biomarqueurs multiparamétriques. Une approche fondée sur une connaissance a priori (i.e. reposant sur des critères mécanistiques propres à la genèse d'une pathologie) tirant partie des bases de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) "omiques" sans cesse grandissantes, pourrait constituer un moyen puissant d'identifier des biomarqueurs, en proposant aux chercheurs biologistes – pas forcément experts en programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante de la...) ou en bio-informatique (On regroupe sous le terme de bioinformatique un champ de recherche multi-disciplinaire où travaillent de concert biologistes, informaticiens, mathématiciens et...) – des moyens informatiques puissants pour recueillir les informations pertinentes dans la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) croissante de données disponibles.

Sur la base de ce constat, des chercheurs de notre institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) ont conçu ProteoRE, une application Web proposant un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) d'outils accessibles aux biologistes afin de définir leur propre stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de sélection de candidats biomarqueurs. Ces outils reposent sur l'extraction de données expérimentales à partir de bases de données (protéomique et transcriptomique) publiques humaines et l'application de filtres successifs basés sur des critères physiologiques et biochimiques (e.g. spécificité tissulaire, localisation subcellulaire, détectabilité, etc.) en relation avec la pathologie (La pathologie, terme provenant du Grec ancien, est littéralement le discours, la rationalité (λογία logos) sur...). Un protocole étape par étape, qu'on appelle "workflow (Un workflow est un flux d'informations au sein d'une organisation, comme par exemple la transmission automatique de documents entre des personnes.)", permet de relier ces outils de façon transparente et reproductible (Figure). L'exécution de ce type de workflow via ProteoRE a ainsi permis a ces chercheurs de sélectionner des candidats spécifiques du muscle (Les muscles sont une forme contractile des tissus des animaux. Ils forment l'un des quatre types majeurs de tissus, les autres étant le tissu épithélial, le tissu conjonctif, le tissu nerveux. Ce tissu forme, avec le tissu nerveux,...) cardiaque, localisés dans le cytoplasme des cellules, détectables et marqueurs potentiels de lésions du tissu cardiaque [1]. Dans une autre étude visant à élargir la liste de biomarqueurs candidats au diagnostic précoce du cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de...) du pancréas (Le pancréas est un organe abdominal, une glande annexée au tube digestif. Il est rétropéritonéal, situé derrière l'estomac, devant et au-dessus des reins. Ses fonctions dichotomiques de glandes à...), cette stratégie a permis d'établir une liste de 14 biomarqueurs candidats [2] dont l'efficacité de certains a été corroborée par des études réalisés sur des patients diagnostiqués à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) précoce - pour évaluation ultérieure par protéomique ciblée.

Les outils bio-informatiques, les workflows, résultats et tutoriel issus de ces stratégies sont mis à la disposition des chercheurs pour qu'ils puissent les réutiliser dans leur quête de découverte de biomarqueurs.

Projet ProteoRE

Le projet ProteoRE (Proteomics Research Environment) est un projet national financé par l'Institut français de bio-informatique (IFB – ANR-11-INBS-0013), en collaboration avec l'INRA (plate-forme MIGALE) et réalisé en coopération avec l'infrastructure protéomique (ProFI). ProteoRE est une application Web basée sur Galaxy ouvert à la communauté et dédiée à l'analyse fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a...) et l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) des données protéomiques et transcriptomiques dans la recherche biomédicale. Cet environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) permet aux chercheurs non-bioinformaticiens d'appliquer une large gamme d'outils ainsi que des workflows d'analyse sur leurs données, de partager leurs résultats avec leurs collaborateurs, et de reproduire la même analyse en gardant trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des images haute résolution...) du processus global. Actuellement, ProteoRE comprend 20 outils permettant la manipulation des données, l'annotation, la classification, les analyses d'enrichissement et construction de réseaux biologiques, avec les visualisations associées.

Approches "omiques"

Les approches "omiques" dont caractérisées comme étant des techniques à haut débit (Le terme de haut débit (ou large bande par traduction littérale de l'expression anglosaxonne broadband) fait référence à des capacités d'accès à internet supérieures à celle de l'accès analogique par modem...) permettant une analyse simultanée d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de variables, elles comprennent principalement: la génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du génome, et non plus limitée à...), la transcriptomique (expression des gènes et leur régulation), la protéomique (analyse des protéines), la métabolomique (étude des métabolites produits). Ces approches permettent d'obtenir de très nombreuses informations sur la réponse cellulaire et/ou tissulaire à une exposition in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de...) ou in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in...).

Voir aussi le site du projet ProteoRE: http://www.proteore.org/

Notes:
[1] Nguyen L, Brun V, Combes F, Loux V and Vandenbrouck Y. Designing an in silico strategy to select tissue-leakage biomarkers using the galaxy framework (Un framework est un espace de travail modulaire. C'est un ensemble de bibliothèques et de conventions permettant le développement rapide d'applications. Il...). Methods in Molecular Biology, 2019
[2] Vandenbrouck Y, Christiany D, Combes F, Loux V and Brun V. Bioinformatics tools and workflow to select blood biomarkers for early cancer diagnosis: An application to pancreatic cancer. Proteomics, 2019
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