A quoi correspondent les marqueurs biochimiques?

Les marqueurs biochimiques peuvent être utilisés pour l'identification de diverses maladies, telles que les infections ou l'usure osseuse.

Rédigé et vérifié par el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Dernière mise à jour : 12 mai, 2023

Les marqueurs biochimiques sont définis comme un caractère ou un gène qui, grâce à diverses caractéristiques de liaison, peut indiquer la présence d’un autre. Par exemple, une protéine A serait un marqueur de plus grande taille chez l’individu —caractéristique B— si les deux étaient corrélés. Un marqueur a la propriété que A implique nécessairement B.

Ainsi, presque tout caractère morphologique ou processus sous-jacent qui le code peut être considéré comme un marqueur : de la protéine ou de l’ADN à quelque chose d’aussi spécifique que la taille d’une feuille.

Plongez avec nous dans ce monde de la génétique et de la chimie, comme nous entrons dans le monde des marqueurs biochimiques et de leurs particularités. En plus de leurs caractéristiques, nous présenterons également diverses applications cliniques de ces molécules utiles.

Marqueurs biochimiques : la corrélation de la vie

En premier lieu, il est nécessaire de définir — quoique superficiellement — les types de marqueurs présents dans le champ de la recherche. Le magazine de vulgarisation scientifique Ciencia y el Hombre nous montre quelques exemples simples.

Marqueurs morphologiques

Le phénotype est défini comme l’expression génétique de l’individu, qui est déterminée par l’environnement dans lequel il vit et d’autres facteurs. Ainsi, si un gène code pour la couleur des feuilles en vert foncé, ce caractère affichera différentes gammes en fonction des conditions environnementales et de la santé de la plante.

Nous avons écarté cette définition générale car les marqueurs morphologiques sont basés sur la variété des phénotypes présents dans la nature. Ils sont faciles à identifier, comme la couleur, la taille, la forme ou la hauteur. En raison de sa simplicité, ce type de marqueur a été le premier à être utilisé par l’être humain.

Par exemple, si la couleur des yeux était liée au gène EYCL1, cette teinte serait un marqueur morphologique du gène en question. Cependant, ces types de signets sont limités. Dans le cas présenté, il existe quatre autres gènes —minimum— qui expliquent la coloration oculaire. Ainsi, la corrélation morphotype-caractère n’est généralement pas si facile à trouver.

Marqueurs génétiques

Un marqueur génétique est un segment d’ADN dont l’emplacement est connu sur un chromosome. Il convient de noter que son patrimoine génétique – comment il est transmis des parents aux enfants – peut être tracé. En outre, qu’il peut s’agir d’un gène spécifique ou d’une séquence d’ADN non codante ou sans fonction connue.

Des associations comme le National Human Genome Research Institute (NIH) soulignent que ces marqueurs sont essentiels. Par exemple, ils peuvent aider à établir un lien entre une maladie héréditaire et le gène responsable. Les marqueurs génétiques sont utilisés pour retracer l’héritage d’un gène voisin qui n’a pas encore été identifié, mais dont la localisation approximative est connue.

Marqueurs biochimiques

Enfin, mais non des moindres, nous avons des marqueurs biochimiques. Ces derniers incluent divers types de protéines, parmi lesquelles on retrouve les suivantes :

• Isoenzymes : Enzymes qui diffèrent par la séquence d’acides aminés, mais qui ont la même fonction.
• Allozymes : Formes alternatives d’une enzyme codée par différents allèles dans le même gène.
• protéines non enzymatiques.

Nous sommes face à la première génération de marqueurs. Les protéines sont codées par le génome de l’individu, leur corrélation est donc plus fiable que, par exemple, les marqueurs morphologiques.

Bien que l’expression des gènes soit également influencée par l’environnement (épigénétique), le rapport protéine/gène est fiable. Ainsi, les marqueurs biochimiques peuvent être utilisés comme aide au diagnostic dans de multiples pathologies.

Comment les marqueurs biochimiques sont-ils obtenus ?

La réponse est simple : par électrophorèse. Cette technique est basée sur l’utilisation d’un champ électrique qui sépare les différentes protéines et enzymes selon leur taille ou leurs propriétés électriques.

On peut résumer ce processus à une sorte de course de chevaux. L’extrait protéique de l’échantillon à analyser est placé dans un puits support, qui trouve sa ligne de départ dans un gel d’agarose. L’application d’une charge électrique est le signal de départ, puisque les différentes protéines vont progresser à travers le gel selon leurs propriétés.

Sans rentrer dans des détails trop techniques, on peut dire qu’une fois le processus terminé et l’application d’une série de taches, diverses bandes constituées des différentes protéines sont observées le long du gel ou du papier. Des sites tels que Científica Senna montrent différents types d’électrophorèse des protéines.

Les distances électrophorétiques des isoenzymes sont le résultat des différences dans les séquences d’ADN qui les codent.

Un exemple pratique

La Bibliothèque nationale de médecine des États-Unis nous montre un exemple pratique de ce processus. C’est le cas du test d’électrophorèse des protéines urinaires (EPPO). Pour cela, un échantillon d’urine du patient est requis dans des conditions aseptiques.

Cet échantillon est placé sur du papier spécial ou dans le gel précité et un courant électrique est appliqué. Ainsi, des bandes se forment le long du papier en fonction des différentes quantités de protéines dans les urines. Cela permet d’identifier, par exemple, des valeurs élevées de globuline ou d’albumine.

Avantages et inconvénients de la technique

Nous sommes confrontés à une méthodologie des lumières et des ombres, bien que les avantages équilibrent la balance en votre faveur. Voici donc les avantages des marqueurs biochimiques:

1. C’est une technique relativement bon marché et accessible.
2. Elle n’est pas destructive, car peu d’échantillons sont nécessaires pour effectuer l’électrophorèse.
3. Le contrôle génétique de la plupart des isoenzymes est bien connu. Par conséquent, associer les bandes de gel d’électrophorèse aux inférences génétiques est une tâche simple.
4. Les isoenzymes sont exempts de certains processus génétiques qui rendent difficile la description du processus de transmission.

Malgré toutes ces caractéristiques positives, les marqueurs biochimiques signalent également certains problèmes :

1. Ils présentent parfois des problèmes techniques.
2. Ils ne représentent qu’une petite fraction du contenu génétique de l’individu. Autrement dit, ils ne couvrent pas l’ensemble du génome.
3. L’interprétation des données peut être rendue difficile par certains procédés. Par exemple, la même isoenzyme peut présenter une forme différente dans le tissu d’une feuille d’arbre ou de sa graine, bien qu’il s’agisse du même individu.

Utilisations cliniques des marqueurs biochimiques

Maintenant que nous avons déterminé ce qu’est un marqueur biochimique, comment il est obtenu, ses avantages et ses inconvénients, il est temps de passer à un terrain plus concret. Voici quelques exemples pratiques d’utilisation de marqueurs biochimiques dans les processus médicaux modernes.

Marqueurs biochimiques de l’ostéoporose

La revue Clinical Rheumatology nous présente un exemple clair de l’utilisation de ces marqueurs dans les processus dégénératifs du tissu osseux. Des marqueurs biochimiques peuvent être utilisés pour mesurer les produits générés lors de la formation ou de la dégradation de la matrice osseuse. Par exemple, la phosphatase alcaline – une enzyme hydrolase – ou l’ostéocalcine le sont.

En revanche, la phosphatase acide tartrate-résistante (TRAP) ou l’excrétion urinaire de calcium sont des marqueurs de destruction du tissu osseux. Les concentrations de ces composés permettent de distinguer des groupes de patients selon la situation de remodelage osseux qu’ils vivent. Bien qu’ils ne puissent pas être considérés comme une méthode de diagnostic unique, ils fournissent des informations très précieuses.

Marqueurs biochimiques dans les syndromes métaboliques

D’autre part, la revue Endocrinology and Nutrition nous montre comment ces marqueurs peuvent fournir des informations pertinentes sur divers processus métaboliques.

Par exemple, les marqueurs d’oxydation protéique, génétique et lipidique servent à quantifier le niveau de statut antioxydant total d’un individu. Ainsi, la concentration de substances telles que les isoprostanes peut devenir un bioindicateur chimique d’un trouble métabolique chez le patient.

Bien sûr, résumer l’effet diagnostique de ces composés en quelques lignes est pour le moins complexe. Ces marqueurs biochimiques sont également utilisés pour le diagnostic des maladies parodontales. Pour la prévention des troubles cardiovasculaires et comme paramètres pour l’inférence de nombreuses autres pathologies.

Quel marqueur utiliser ?

Comme nous avons pu le voir dans ces lignes, chaque marqueur a un moment et une utilité spécifiques. Un marqueur morphologique peut être utile pour des études générales. Par exemple, la taille des graines a été corrélée avec la survie et la croissance individuelles des pins. Ainsi, en mesurant la graine en question, il est possible de prédire quelle sera la qualité de vie de l’arbre adulte.

En revanche, les marqueurs génétiques brillent lorsqu’il s’agit d’établir des relations d’héritage ou de cartographie génétique d’espèces d’êtres vivants. Par exemple, il existe des sections d’ADN appelées microsatellites qui sont transmises d’un parent à un enfant. Cela permet d’avoir des pedigrees et des arbres généalogiques d’animaux dans leur milieu naturel.

Enfin — et comme nous l’avons dit dans les lignes précédentes — les marqueurs biochimiques sont utiles pour étayer le diagnostic de diverses pathologies. Cela permet de connaître l’état du patient tout au long d’un tableau clinique complet et d’en déduire d’éventuelles maladies.

Une question de gènes

Tout au long de l’article, nous avons passé en revue les types de marqueurs, leurs qualités spécifiques et leurs utilisations en médecine moderne. En résumé, tout ce conglomérat terminologique s’enracine dans un concept clé : les gènes représentent la variété du vivant.

Enfin, les marqueurs biochimiques ouvrent la porte à une connaissance plus précise des diverses pathologies, de leur évolution et des schémas possibles sur lesquels elles sont héritées. Pour autant, les études citées s’accordent sur un point précis : pour l’instant, ces molécules doivent être utilisées d’un point de vue accessoire, et non être la base centrale d’un diagnostic.