Physiologie des récepteurs gustatifs chez la mouche de vinaigre (Drosophila melanogaster)

par Moutaz Ali Agha

Thèse de doctorat en Sciences animales

Sous la direction de Frédéric Marion-Poll et de Laurent Soustelle.

Le président du jury était Martine Maïbèche-Coisné.

Le jury était composé de Martine Maïbèche-Coisné, Yaël Grosjean, Philippe Lucas, Nicolas Meunier.

Les rapporteurs étaient Yaël Grosjean, Philippe Lucas.


  • Résumé

    Chez les animaux et en particulier les insectes, l’alimentation comprend une phase d’examen sensoriel qui précède l’ingestion, afin notamment d’éviter d’ingérer des substances toxiques. Cette détection fait intervenir des cellules spécialisées dans la détection de telles molécules, cellules qui sont généralement qualifiées de sensibles aux goûts « amers ». A l’aide d’observations électrophysiologiques et comportementales, nous avons abordé comment un insecte modèle, la drosophile, était capable de détecter des substances potentiellement toxiques mélangées à des sucres à l’aide de ses neurones gustatifs. Dans une première partie, nous avons étudié la détection de la L-canavanine, qui est un acide aminé non protéique. Cette molécule est toxique pour l’homme comme pour les animaux car elle est confondue par le métabolisme avec un acide aminé, la L-arginine, et intégrée à sa place dans les protéines. En utilisant des constructions génétiques et en particulier le système UAS-Gal4, nous avons montré que la Lcanavanine est détectée par des cellules gustatives qui expriment une protéine réceptrice GR66a, qui est impliquée dans la détection de nombreuses substances amères. Nous avons également montré que, contrairement à la caféine, la détection de L-canavanine nécessite des protéines Gαo fonctionnelles. Nous avons ensuite étudié les interactions sucré-amer. Dans un premier travail, nous avons montré que l’addition de Lcanavanine une solution sucrée n’altérait pas la détection des sucres, contrairement à la strychnine qui peut complètement supprimer la détection du sucre dans les cellules gustatives. Grâce à des ablations spécifiques des cellules détectant l’amer, nous avons pu montrer que cette inhibition était une propriété intrinsèque des cellules sensibles aux. sucres. Les cellules sensibles aux sucres auraient donc des sites récepteurs non identifiés, sensibles à certains ligands amers. Nous avons également abordé des interactions inverses, à savoir l’inhibition de la détection de substances amères par des sucres, en confrontant 4 substances amères (denatonium, berberine, caféine, umbelliferone) à 12 sucres. Les observations que nous avons réalisées montrent que certains sucres exercent un effet inhibiteur sur la détection des molécules amères testées. En utilisant des outils génétiques permettant l’ablation des cellules sensibles aux sucres, nous avons montré que cette inhibition est une propriété intrinsèque des cellules sensibles à l’amer. Cependant, cet effet inhibiteur est loin d’être aussi efficace que l’inhibition des substances amères sur la détection des sucres. Dans une dernière partie, nous avons évalué la modulation de la détection gustative à l’aide d’analogues d’une neuro-hormone, la leucokinine, connue pour ses effets sur la diurèse. Lorsqu’elle est mélangée à une solution sucrée, ces analogues inhibent la détection des sucres par les sensilles gustatives, à la fois chez le moustique Aedes aegypti et chez la drosophile. La détection de substances « amères » par les cellules gustatives de drosophiles implique donc deux voies de codage : l’une, spécifique, concerne des cellules dédiées à la détection des substances amères ; l’autre, moins spécifique, affecte les cellules dédiées à la détection des sucres. De manière réciproque, ces cellules dédiées à la détection des molécules sont affectées par la présence de ligands sucrés. Le codage des informations gustatives à la périphérie est donc un phénomène plus complexe qui nécessite d’étudier plus précisément la détection de composés en mélanges.

  • Titre traduit

    Physiology of gustatory receptor neurons in the fruit fly (Drosophila melanogaster)


  • Résumé

    In most animals including insects, ingestion is preceded by a close examination of the food, for example in order to detect the presence of potentially noxious chemicals. This detection involves specialized gustatory cells, which are generally described as sensitive to “bitter” tastes. Using electrophysiology and behavioral observations, we studied how a model insect, Drosophila melanogaster, can detect potentially toxic substances (described here as “bitter”) when mixed with sugar molecules, with their gustatory neurons. In a first part, we studied how L-canavanine is detected. Lcanavanine is a pseudo amino acid, which is confounded with L-arginine by the metabolism. Proteins which include Lcanavanine are non-functional and this compound is toxic for animals including insects. Using genetic constructions based on the UAS-Gal4 expression system, we showed that Lcanavanine is detected by gustatory cells expressing a receptor protein, GR66a, which is specific to most cells capable of detecting bitter substances. We also showed that, contrary to caffeine, the detection of L-canavanine requires functional Gαo proteins. Then, we studied some aspects of the detection of mixtures of sweet and bitter molecules. In a first approach, we contributed to establish that L-canavanine does not impact sugar detection, while other chemicals like strychnine completely inhibit sugar detection. By using the UAS-Gal4 system to ablate bitter-sensitive cells, we could demonstrate that such inhibition is a specific property of sugar- sensitive cells. These cells should have thus receptors for bitter substances which have not been identified yet. We also examined the reverse interaction, which is a possible role of sweet molecules to inhibit the detection of bitter substances. We examined the detection of denatonium, berberine, caffeine and umbelliferone in the presence of 12 different sugars, using behavioral and electrophysiology observations. By using genetic construction to ablate sugar-sensitive cells, we found that the sugar inhibitory action is not due to the presence of sugar-sensitive cells. It should be noted, however that in our experimental conditions, this inhibitory action is less efficient than the inhibition of bitter upon sugar detection. In a last part, we examined the modulation of gustatory perception by analogs of leucokinine, which is a neuropeptide involved in the diuresis of insects. We show that these analogs, when mixed with sugars in solution, can inhibit sugar detection by gustatory sensilla, both in Aedes aegypti mosquitoes and in Drosophila. The detection of bitter molecules by gustatory neurons in Drosophila thus involves two main coding channels: one is specific, and involves gustatory cells dedicated to the detection of bitter molecules; the second one, less specific, is affecting cells which are dedicated to the detection of sugar molecules. Gustatory coding is thus a more complex phenomenon than previously thought on the basis of examining responses to single molecules, thus urging to study the responses of gustatory receptors to more complex and natural mixtures.


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