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Neuroplasticité olfactive et alimentation


CSGA - Équipe

chercheurs

F. Datiche, D. Jarriault.

IngÉnieurs et techniciens

S. Chaudy, C. Roger, 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.

Merle, L., Person, O., Bonnet, P., Grégoire, S., Soubeyre, V., Grosmaitre, X. and Jarriault, D. (2019). Maternal high fat high sugar diet disrupts olfactory behavior but not mucosa sensitivity in the offspring. Psychoneuroendocrinology 104: 249-258. doi: 10.1016/j.psyneuen.2019.02.005.

Nocera, S., Simon, A., Fiquet, O., Chen, Y., Gascuel, J., Datiche, F., Schneider, N., Epelbaum, J. and Viollet, C. (2019). Somatostatin serves a modulatory role in the mouse olfactory bulb: Neuroanatomical and behavioral evidence. Frontiers in Behavioral Neuroscience 13(61): doi: 10.3389/fnbeh.2019.00061

Schneider, N. Y., Chaudy, S., Epstein, A. L., Viollet, C., Benani, A., Pénicaud, L., Grosmaître, X., Datiche, F. and Gascuel, J. (2019). Centrifugal projections to the main olfactory bulb revealed by trans-synaptic retrograde tracing in mice. Journal of Comparative Neurology. doi: 10.1002/cne.24846

Le Bon, A. M., Deprêtre, N., Sibille, E., Cabaret, S., Grégoire, S., Soubeyre, V., Masson, E., Acar, N., Bretillon, L., Grosmaitre, X. and Berdeaux, O. (2018). Comprehensive study of rodent olfactory tissue lipid composition. Prostaglandins, Leukotrienes and Essential Fatty Acids (PLEFA) 131: 32-43. doi: 10.1016/j.plefa.2018.03.008

Belloir, C., Miller-Leseigneur, M.-L., Neiers, F., Briand, L. and Le Bon, A.-M. (2017). Biophysical and functional characterization of the human olfactory receptor OR1A1 expressed in a mammalian inducible cell line. Protein Expression and Purification 129: 31-43. doi:10.1016/j.pep.2016.09.006

Francois, A., Bombail, V., Jarriault, D., Acquistapace, A., Grebert, D., Grosmaitre, X. and Meunier, N. (2017). Daily oscillation of odorant detection in rat olfactory epithelium. European Journal of Neuroscience 45(12): 1613-1622. doi: 10.1111/ejn.13600

El Mountassir, F., Belloir, C., Briand, L., Thomas Danguin, T. and Le Bon, A.-M. (2016). Encoding odorant mixtures by human olfactory receptors. Flavour and Fragrance Journal 31(5): 400-407. doi: 10.1002/ffj.3331

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

Rivière, S., Soubeyre, V., Jarriault, D., Molinas, A., Léger-Charnay, E., Desmoulins, L., Grebert, D., Meunier, N. and Grosmaitre, X. (2016). High fructose diet inducing diabetes rapidly impacts olfactory epithelium and behavior in mice. Scientific Reports 6: 34011. doi: 10.1038/srep34011

Tazir, B., Khan, M., Mombaerts, P. and Grosmaitre, X. (2016). The extremely broad odorant response profile of mouse olfactory sensory neurons expressing the odorant receptor MOR256-17 includes trace amine-associated receptor ligands. European Journal of Neuroscience 43(5): 608-617. doi: 10.1111/ejn.13153

Connelly, T., Yu, Y., Grosmaitre, X., Wang, J., Santarelli, L. C., Savigner, A., Qiao, X., Wang, Z., Storm, D. R. and Ma, M. (2015). G protein-coupled odorant receptors underlie mechanosensitivity in mammalian olfactory sensory neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 112(2): 590-595. doi: 10.1073/pnas.1418515112

Jarriault, D. and Grosmaitre, X. (2015). Perforated patch-clamp recording of mouse olfactory sensory neurons in intact neuroepithelium: functional analysis of neurons expressing an identified odorant receptor. Journal of Visualized Experiments: JoVE 101: e52652. doi: 10.3791/52652

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