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Neuroplasticité olfactive et alimentation


CSGA - Équipe

chercheurs

F. Datiche, D. Jarriault.

IngÉnieurs et techniciens

S. Chaudy, L. Merle, V. Soubeyre.

doctorants

Les travaux de l’équipe portent sur les bases neurobiologiques et la plasticité du système olfactif. Notre principal objectif est d'étudier l'impact de signaux externes et de signaux homéostatiques internes sur les propriétés fonctionnelles du système olfactif.

Mots-clés : Olfaction, récepteurs olfactifs, neurones olfactifs, régions olfactives centrales, électrophysiologie, neuroanatomie, connectome, neuroplasticité.

Thématique : Etude du système olfactif et de sa modulation

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Notre objectif est d'étudier comment le système olfactif évolue au cours du développement et de la régénération ainsi que sous l'influence de l'environnement odorant et de signaux métaboliques internes. Nous utilisons le rongeur comme principal modèle expérimental et nous explorons différents niveaux de modulation, depuis les récepteurs olfactifs jusqu’aux régions centrales, en mettant en œuvre des techniques moléculaires, cellulaires, anatomiques et physiologiques ainsi que des approches comportementales.

Principaux thèmes de recherche :

Thème 1 : Etude des propriétés fonctionnelles des récepteurs olfactifs et des neurones sensoriels olfactifs

Par des méthodes d’électrophysiologie moléculaire (patch-clamp) et des approches in vitro, nous nous intéressons aux caractéristiques membranaires des neurones olfactifs ainsi qu’aux propriétés des récepteurs olfactifs. Nous étudions en particulier l’activation des récepteurs et des neurones olfactifs par des mélanges d’odorants. Nous utilisons des souris transgéniques exprimant la protéine GFP sous le contrôle du promoteur de récepteurs olfactifs de spectre large (SR1, olfr15) ou étroit (MOR23, M71). Les méthodes de patch-clamp permettent de caractériser les réponses de ces neurones à des molécules odorantes seules ou en mélange. Nous exprimons aussi des récepteurs olfactifs en systèmes hétérologues afin d’évaluer leurs propriétés d’activation par des tests fonctionnels.
Nous nous intéressons également aux propriétés fonctionnelles des neurones olfactifs au cours de l’ontogenèse et au rôle des récepteurs olfactifs dans le développement du système olfactif. Un objectif est de mieux comprendre comment les récepteurs olfactifs participent à l’adressage des axones lors de la neurogénèse. Dans ce but, nous exprimons un autre récepteur couplé aux protéines G (GPCR), par exemple le récepteur béta-adrénergique, en lieu et place de récepteurs olfactifs et nous caractérisons les propriétés membranaires des neurones olfactifs exprimant un autre type de GPCR par des techniques de patch-clamp.

Thème 2 : Plasticité des neurones olfactifs induite par l’environnement odorant

L'objectif est de comprendre les conséquences de l'environnement odorant sur les propriétés des neurones olfactifs. Après exposition à des molécules odorantes, ligands de récepteurs olfactifs d’intérêt (MOR23 ou M71), nous mesurons chez la souris les conséquences anatomiques, moléculaires et physiologiques sur les populations de neurones marqués à la GFP. Nous avons ainsi mis en évidence que l’exposition odorante au cours du développement post-embryonnaire conduisait à une plasticité de certaines populations de neurones (Cadiou, Aoudé et al, 2014). Afin de rechercher s’il existe une éventuelle période critique, nous étudions actuellement les conséquences d’une exposition à l’âge adulte ou au cours du développement embryonnaire sur les propriétés des neurones. Les conséquences de la privation sensorielle au cours du développement post-embryonnaire sont également étudiées par des méthodes anatomiques, moléculaires et électrophysiologiques.

Thème 3 : Plasticité du système olfactif induite par les changements homéostatiques : effets de l’état nutritionnel et de l’alimentation.

Notre but est d’évaluer les effets d’une alimentation délétère sur la physiologie du système olfactif (niveaux périphérique et central) et les comportements associés. Nous étudions en particulier l’impact de deux types de régime alimentaire provoquant des troubles métaboliques: un régime enrichi en fructose induisant rapidement un diabète, et une alimentation riche en matière grasse et en sucre induisant à la fois diabète et obésité. Nous mesurons les conséquences de ces régimes i) sur la physiologie de l'épithélium olfactif en utilisant des méthodes d'électrophysiologie moléculaire, de biologie moléculaire et d’immunohistochimie; ii) sur l’état des projections des neurones olfactifs dans le bulbe par des marquages immunohistochimiques et sur l’activité des réseaux par marquages c-fos ; iii) sur le comportement par des tests simples (habituation/déshabituation, nourriture enfouie, pléthysmographie).

Thème 4 : Réseaux olfactif, alimentaire et hédonique : connexions, impact comportemental et plasticité.

L’olfaction joue un rôle clef dans l’alimentation et sa composante hédonique. D’une part, certaines odeurs fortement appétitives déclenchent une prise alimentaire (par plaisir anticipé); d’autre part dans un phénomène comme le rassasiement sensoriel spécifique, on observe une réduction progressive du plaisir alimentaire au cours de la consommation d’un aliment. La compréhension des mécanismes neuronaux sous-jacents à de tels phénomènes nécessite un décryptage détaillé des connexions anatomiques qui sous-tendent le dialogue entre système olfactif et systèmes d’intégration homéostatiques (hypothalamus…) et de récompense (aire tegmentale ventrale …). Dans ce but, nous utilisons le traçage de voies nerveuses par injection cérébrale stéréotaxique dans ces régions, de virus neurotrope transporté de façon rétrograde et polysynaptique. Parallèlement, une approche comportementale permet d’examiner la réactivité face à des odeurs de valeurs hédoniques différentes.

Électrophysiologie

Nous disposons de 2 postes de patch-clamp permettant l’enregistrement des propriétés fonctionnelles membranaires de neurones olfactifs. Grâce à la fluorescence, nous pouvons caractériser des neurones olfactifs issus d’une population spécifique. Nous disposons également d’un poste d’électro-olfactogramme (EOG) qui permet de mesurer l’activité électrique d’une zone de l’épithélium olfactif après stimulation par une molécule odorante.

Rongeurs

Nous disposons de souris transgéniques de type OR-IRES-tauGFP. Chez ces souris, la protéine fluorescente GFP est exprimée sous le contrôle du promoteur de récepteurs olfactifs déterminés. Nous pouvons ainsi suivre une population de neurones olfactifs spécifiques au travers de méthodes anatomiques, moléculaires et physiologiques. Dans d’autres modèles de souris (système Cre-Lox), après injection de virus neurotropes (PRV) nous pouvons tracer les afférences directes et indirectes à une population de neurones spécifiques.

In vitro

Nous disposons de cellules embryonnaires rénales humaines 293 (lignées HEK293 et Hana3A) dans lesquelles nous exprimons de manière transitoire les récepteurs olfactifs d’intérêt. Nous utilisons des tests fonctionnels (mesure d’AMPc, imagerie calcique) pour mesurer l’activation des récepteurs par des molécules odorantes.

El Mountassir F, Belloir C, Briand L, Thomas-Danguin T, Le Bon AM. Encoding odorant mixtures by human olfactory receptors. Flavour and Fragrance Journal, accepted.

Molinas A, Aoudé I, Soubeyre V, Tazir B, Cadiou H, Grosmaitre X, Anatomical and molecular consequences of Unilateral Naris Closure on two populations of olfactory sensory neurons expressing defined odorant receptors, Neuroscience Letters (2016), vol. 626 pp 42–47, doi:10.1016/ j.neulet.2016.05.027.

Tazir B, Khan M, Mombaerts P and Grosmaitre X. The extremely broad odorant response profile of mouse olfactory sensory neurons expressing the odorant receptor MOR256-17 includes TAAR ligands; European Journal of Neuroscience, (2016) Vol. 43, pp. 608–617; doi:10.1111/ejn.13153.

Jarriault D, Grosmaitre X, JoVE, Electrophysiological recordings of olfactory sensory neurons in an intact preparation in gene-targeted mice. JoVE (2015) Jul 13;(101).

Connelly T, Yu Y, Grosmaitre X, Wang J, Santarelli LC, Savigner A, Qiao X, Wang Z, Storm DR, Ma M. Protein-coupled Odorant Receptors Are Required for Mechanosensitivity in Olfactory Sensory Neurons. Proc Natl Acad Sci U S A (2015) Jan 13;112(2):590-5.

Cadiou H, Aoudé I, Tazir B, Molinas A, Fenech C, Meunier N, Grosmaitre X. Postnatal odorant exposure induces peripheral olfactory plasticity at the cellular level J Neuroscience, 34, 4857-70, 2014.

Omura M, Grosmaitre X, Ma M and Mombaerts P, The beta 2-adrenergic receptor as a surrogate odorant receptor in mouse olfactory sensory neurons Mol. Cell. Neuro., 58, 1-10, 2014

Chaput MA, El Mountassir F, Atanasova B, Thomas-Danguin T, Le Bon A-M, Perrut A, Ferry B and Duchamp-Viret P, Interactions of odorants with olfactory receptors and receptor neurons match the perceptual dynamics observed for woody and fruity odorant mixtures. Eur. J. Neurosc., 35, 584-597, 2012

Gascuel J, Lemoine A, Rigault C, Datiche F, Benani A, Pénicaud L and López-Mascaraque L, Hypothalamus-olfactory system crosstalk: orexin a immunostaining in mice Front. Neuroanat., 6,44, 2012.

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