Impact des interactions entre récepteurs olfactifs, cascade de transduction et constituants membranaires sur la plasticité des neurones olfactifs.

par Vanessa Soubeyre

Projet de thèse en Neurosciences

Sous la direction de Anne Marie Le bon et de Xavier Grosmaitre.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de Environnements Santé , en partenariat avec CSGA - Centre des Sciences du Gout et de l'Alimentation (laboratoire) depuis le 12-10-2017 .


  • Résumé

    Le système olfactif des Mammifères est capable de détecter des milliers de molécules odorantes présentes dans l'environnement avec une capacité de discrimination extrême. Les neurones olfactifs, premiers neurones du système olfactif, transforment l'information chimique en potentiels d'actions envoyés directement dans le cerveau par leur axone. La détection des odorants s'effectue grâce à des récepteurs olfactifs (ORs) exprimés dans la membrane des cils des neurones olfactifs, cils qui baignent dans le mucus tapissant la cavité nasale. Les ORs sont des protéines à 7 domaines transmembranaires appartenant à la famille des GPCRs (récepteurs couplés aux protéines G). Ils constituent l'une des plus grandes familles de gènes (>1000 chez la souris). Au sein des cils olfactifs se trouvent également des éléments de la cascade de transduction du signal olfactif impliquant l'AMPc. Chaque neurone olfactif exprime un seul type de récepteur olfactif. Le choix du récepteur par le neurone participe non seulement à sa capacité de détection des odorants, mais également au développement de l'ensemble du système olfactif et de son organisation. Alors que des recherches antérieures ont mis en évidence que les neurones olfactifs utilisent principalement la cascade de transduction via l'AMPc et que les éléments de cette cascade sont localisés dans des sous-structures de la membrane plasmique (tels que les lipid rafts), la localisation des ORs, leurs interactions avec la cascade de transduction et l'impact de la composition membranaire sur ces interactions et donc sur le codage olfactif périphérique restent encore peu explorés. Le projet de thèse a pour objectif de répondre à certaines de ces questions fondamentales pour mieux comprendre le fonctionnement du système olfactif. Le but principal de cette thèse est d'étudier les interactions entre les récepteurs et la cascade de transduction dans le contexte de la membrane des cils olfactifs. Le projet sera réalisé en utilisant des souches de souris transgéniques dont les neurones exprimant un récepteur olfactif déterminé sont marqués par la protéine fluorescente GFP. Ces souches de souris permettent d'étudier des populations de neurones olfactifs exprimant un OR défini, et de suivre ces populations dans différentes conditions. L'impact de la composition membranaire sur les interactions OR-élément de transduction sera également étudié, ce qui permettra de mettre en évidence une plasticité fonctionnelle des neurones olfactifs. L'approche technique consiste en des extractions et analyses biochimiques des membranes, des marquages immunohistochimiques ex vivo, des analyses d'ARNm par RT-qPCR sur cellules isolées, des analyses in vitro des interactions ORs-transduction dans des systèmes hétérologues et éventuellement, des enregistrements électrophysiologiques par EOG ou patch-clamp directement sur le bouton dendritique de neurones olfactifs présents dans une préparation d'épithélium olfactif intacte. Les résultats de ce projet permettront de mieux comprendre les mécanismes périphériques de la perception olfactive. Ils devraient apporter en particulier de nouvelles connaissances concernant l'importance des caractéristiques membranaires sur les propriétés fonctionnelles des neurones olfactifs.

  • Titre traduit

    Effect of interactions between olfactory receptors, transduction cascade and membrane components on the plasticity of the olfactory sensory neurons


  • Résumé

    In mammals, the olfactory system detects a myriad of odorant molecules present in the surrounding environment. Olfactory sensory neurons (OSNs) located in the olfactory epithelium play a crucial role as they are the first neurons responsible for conveying olfactory information along their axons to the brain. Odorant molecules bind to olfactory receptors (ORs) expressed by OSNs and located in their cilia membrane. The ORs are G protein – coupled receptors that belong to one of the largest family of genes in the mouse (>1000 genes). Once an OR is activated, the interaction odorant-receptor triggers a transduction pathway involving mainly cAMP. Each neuron expresses one single OR. The OR choice is crucial since it is involved both in the discriminatory abilities of the neuron as well as in the mapping of the axonal projection of the OSN. Previous studies demonstrated that OSN convey olfactory information mainly via cAMP transduction pathway. The different actors of this pathway are located in substructures of the plasmic membrane (such as lipids rafts). So far, ORs' interactions with the transduction cascade, and the ORs' localization in the membrane in the context of membrane's composition have not been fully investigated. Answering these questions may address key elements about olfactory coding at peripheral level. As a consequence, this project will explore essential issues regarding the understanding of the olfactory system. The main aim of the thesis is to investigate the interactions of the receptor and transduction cascade in the olfactory cilia. We will use gene targeted mice expressing IRES-tauGFP under the control of the promoter of defined olfactory receptors. This allow us to study a specific population of olfactory sensory neurons expressing a defined olfactory receptor and to monitor these neurons under different conditions. The composition of the cilia membrane on the OR-transduction cascade interactions will also be examined: this might highlight an impact of this composition on neuronal plasticity. Technical approaches will involve biochemical analysis of the membranes, ex vivo immunohistochemistry labelling, Q PCR on single OSNs, in vitro analysis of the interaction between OR and the transduction cascade using heterologous cell system and finally EOG or patch clamp electrophysiological recordings. The results of this project will provide new evidence about the crucial role of the membrane on functional properties of OSNs. As a consequence, they will improve our understanding of the peripheral mechanisms involved in olfaction.