L

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LOLFACTIONCertificat  organes des
sens 2006S. ALLOUCHE
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GENERALITES

• Définition lolfaction cest la détection de
  molécules odorantes (substances chimiques) qui
  sont inhalées (présentes à létat gazeux)
• Olfaction fonction sensorielle conservée dans
  évolution
• Communication entre un individu et son
  environnement
• Rôle identification nourriture, membres dune
  espèce (mère et nouveau-né, mâle-femelle..),
  prédateurs
• Fonction plaisir (odeur fleurs, nourriture) et
  alerte (danger chimique)

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LOCALISATION ANATOMIQUE

• Localisation dans cavité nasale épithélium
  olfactif (petite région 5 cm2 où 10 millions
  de neurones olfactifs bipolaires) (taille
  variable selon espèces)
• Les molécules olfactives composés volatils
  transportés air

dopamine
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NERF TRIJUMEAU

• Dans épithélium olfactif il y a autre système
  nerveux le nerf trijumeau
• Nerf V sensoriel et moteur
• Sensibilité tactile, pression, douleur et
  température dans cavité nasale
• ex inhalation de menthol sensation de froid
  mais quand fortes concentrations sensation chaud
• Epithelium olfactif V dans les sensations
  olfactives

• Exemples molécules stimulant V
• Isothiocyanate (moutarde)
• Diallyl sulfide (oignon)
• Menthol
• camphre

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REGION OLFACTIVE

• Epithelium olfactif neurones avec projections
  cils (8-20 / neurone) dans mucus
• Cellules olfactives à la base de épithélium
  division pour former neurones olfactifs (demi-vie
  40 jours) Bulbectomie stimule neurogénèse (via
  neuropeptide Y par cellules soutien
  sustentaculaires)
• Mucus sécrétions aqueuses riches lipides
  (transport molécules odorantes) par glandes de
  Bowman
• Regroupement 10-100 axones et connexion dans
  bulbe olfactif
• Convergence vers cellules mitrales connections
  glomerules

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NEURONES OLFACTIFS

• Neurones olfactifs sites réception des
  molécules odorantes et transduction

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Récepteurs olfactifs expression sur les cils
  des neurones olfactifs
• Rôle liaison des molécules odorantes et
  transduction
• Transduction complexe récepteur RCPG
• Seconds messagers (AMPc, IP3, NO, GMPc), canaux
  ioniques ?signal électrique

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MOLECULES OLFACTIVES

• Molécules olfactives
• petites molécules, capables de se vaporiser,
  lipophiles
• Agissent à faibles concentrations
• 1000 odeurs distincts

Odeur poivre
Odeur cerise, amande
Odeur urine
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MOLECULES OLFACTIVES

• Les molécules olfactives nagissent pas
  directement sur leurs récepteurs ?OBP
  (odorant-binding protein)
• OBP transporteur dans mucus nasal. Autres
  rôles filtres (évite saturation récepteurs
  olfactifs), permet de concentrer les molécules
  olfactives près récepteurs
• Découverte des OBP les molécules olfactives
  sont lipophiles et mucus milieu aqueux ?hyp il
  existe des protéines qui transportent les odeurs
  à travers mucus sur récepteurs
• Découverte 1ère OBP (1982) en utilisant des
  molécules olfactives radioactives

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MOLECULES OLFACTIVES

• Les OBP appartiennent à la famille de protéines
  transporteurs de molécules hydrophobes (RBP)
• Il existe différentes isoformes OBP (affinités
  différentes selon molécules olfactives)
• OBP sécrétées par glande nasale latérale ?
  humidification air inspiré et OBP piège odeurs
• OBP ont rôle opposé élimination odeur de
  lépithélium olfactif et cils

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Découverte en 1991 par 2 équipes des récepteurs
  olfactifs ou RO (protéines à 7 domaines TM)
• Plusieurs gènes de ces récepteurs famille de
  gènes mais expression localisée épithélium
  olfactif. RO est groupe important de la famille
  des RCPG
• Chez homme 350 gènes RO et 560 pseudo-gènes
  (non fonctionnels par variations qui décale ORF
  ou arrêt par codon stop). nombre gènes
  important diversité odeurs importante (ex
  30-50 gènes chez poissons)
• Localisation gènes RO sauf Y et chromosome 20
  regroupés en cluster. Sur chromosome 11
  contient 42 RO
• Taille gènes RO 1 kb et sans intron

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LOCALISATION CHROMOSOMIQUE DES RECEPTEURS
OLFACTIFS
13
RECEPTEURS OLFACTIFS
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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Motifs conservés parmi ces RO IL 1, TM 3, ICL
  3, TM 5, 6 et 7
• Pour expliquer diversité odeurs ?régions
  hypervariables (TM 3, 4 et 5) qui formeraient
  poche de liaison

• Selon études, récepteurs étudiés, molécules
  olfactives?pas mêmes résultats
• ex TM 3-7 pour octanal
• ex TM 3, 5 et 6 hexanol

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Dans un neurone olfactif 1 seul RO est exprimé
  Théorie à partir 1 seule étude (44 cellules
  avec 1 RO et 56 pas de RO). Jamais plusieurs RO
  dans 1 même neurone olfactif.
• Expression mono-allélique paternel ou maternel
  pour éviter expression 2 RO différents
• Hyp analogie avec TcR / BcR des lymphocytes
  réarrangement ADN dans précurseurs des neurones
  olfactifs sans création nouvelle séquence ni
  alteration gènes mais restriction dexpression à
  un seul gène sur un allèle dans un neurone
  olfactif
• Expression localisée des RO démontrée dans
  plusieurs espèces (pas étudiée chez homme). Dans
  épithélium olfactif 4 zones 1 gène RO exprimé
  dans faible nombre de neurones olfactifs
  regroupés dans 1 des 4 zones
• Ces neurones olfactifs avec même RO projetent
  leurs axones vers 1 ou 2 glomérules du bulbe

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Le glomérule serait lunité fonctionnelle
  dintégration des informations olfactives
  provenant des neurones
• ? Existence dune cartographie dans bulbe où
  intégration spécifique des odeurs

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Clonage des RO en 1991 et preuve directe que
  cétait des récepteurs aux odeurs en 1998
• Difficulté dexpression de RO fonctionnels dans
  système hétérologue car retenus dans RE (possible
  si ajout en N terminal peptide dérivé R-5 HT)
• Groupe Firestein dans un adénovirus gène pour
  un RO rat GFP
• Introduction de ladénovirus modifié chez rat et
  visualisation fluorescence dans épithélium
  olfactif
• Electro-olfactogramme mesure activité
  électrique des neurones olfactifs quand
  exposition molécules odorantes (74 testées)
• Les gènes codant pour RO sont exprimés dans
  dautres tissus que épithélium olfactif
  cellules erythroïdes et spermatozoïdes mature
  (rôle dans chimiotactisme)

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RECEPTEURS OLFACTIFS

• Reconnaissance des odeurs par récepteurs ?
  1000 odeurs différentes et 350 gènes RO
• 1 type RO / neurone mais 1 RO peut reconnaître 1
  ou plusieurs odeurs ?
• 1 RO peut lier plusieurs molécules olfactives
  distinctes ou inverse 1 molécule olfactive peut
  activer plusieurs RO ? plusieurs glomérules

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TRANSDUCTION SIGNAL OLFACTIF

• Les protéines G
• Implication protéines G suggérée avant clonage
  RO par effet GTP et analogues production AMPc
• Identification protéines G dans épithélium
  olfactif par clonage à partir banque ADNc
• Gaolf exclusivement exprimée dans épithélium
  olfactif
• Gaolf permet activation AC, PLC ?? (car pas Gq
  et production IP 3)
• Souris KO Gaolf réduction majeure réponse
  électrique quand stimulation par odeurs

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TRANSDUCTION SIGNAL OLFACTIF

• LAMPc
• Démo biochimique sur des neurones olfactifs rat
  de laugmentation taux AMPc quand stimulation par
  odeurs (1985, 86) GTP
• Etudes électrophysiologiques ? AMPc pourrait
  déclencher dépolarisation en régulant des canaux
  ioniques AMPc-dépendant
• Rôle seconds messagers pour régulation canaux
  ioniques temps de latence / régulation directe
  des canaux ioniques
• Certaines odeurs stimulent AC type III (fruitée,
  herbe, fleurs) dautres très peu ?autre seconds
  messagers (IP 3 ?)
• Stimulation production AMPc par odeurs sous
  dépendance du calcium intracellulaire (? Ca2
  inhibe AC) Pic en 15 sec puis ? progressive sur
  qq minutes ? retour basal
• Réponse sur AMPc biphasique faibles
  concentrations odeurs stimulation et fortes
  concentrations odeurs effet moins important

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TRANSDUCTION SIGNAL OLFACTIF

• Régulation du signal AMPc par les PDE
  (phosphodiestérase)
• hyp régulation du signal AMPc par RO en
  activant les PDE
• Dans épithélium olfactif, expression de
  plusieurs PDE dont la PDE1C2 (calcium/calmoduline)
  ?explication effet inhibiteur du calcium sur
  taux AMPc
• Lien entre ? AMPc et dépolarisation neurones
  olfactifs ??

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TRANSDUCTION SIGNAL OLFACTIF

• Canaux ioniques
• Les canaux ioniques sont directement impliqués
  dans transmission signal électrique dans les
  neurones olfactifs
• Les neurones olfactifs expriment canaux ioniques
  niveau cils et terminaisons dendritiques
• Canaux ioniques régulés par les nucléotides
  cycliques
• Canaux chlore régulés par le calcium

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CANAUX IONIQUES AMPc DEPENDANT

• Présence dans les cils (peu dans soma) des
  neurones olfactifs dune forte densité de canaux
  à cations régulés par AMPc qui laissent entrer
  surtout calcium
• arguments implication de ces canaux
• - En patch-clamp molécule olfactive ? ouverture
  canaux identique celle observée sur canaux
  régulés par AMPc
• - Souris KO pour ces canaux ont anosmie pour
  toutes odeurs (électro-olfactogramme)

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CANAUX IONIQUES AMPc DEPENDANT

• Ces canaux sont composés de 2 sous-unités (Gcn1
  et 2)
• Canaux perméables calcium mais aussi sodium et
  potassium
• Régulation de ces canaux par calcium intra et
  extracellulaire - inhibition quand ? calcium
  intracellulaire
• En conséquence, ? AMPc ? ? calcium
  intracellulaire (3ème messager)

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CANAUX IONIQUES ACTIVES PAR CALCIUM

• Dans cils neurones olfactifs, canaux chlore
  régulés par calcium
• Activés quand concentrations micromolaires de
  calcium (entrée par canaux AMPc dépendant)
• Canaux chlore ouverts ? sortie de chlore hors
  neurones
• Entrée de calcium sortie chlore ?
  dépolarisation neurones olfactifs
• Puis activation des canaux potassiques
  ?repolarisation

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AUTRES CASCADES DE TRANSDUCTION

• Voie des IP3
• Rôle bien connu PLC dans SNC pour ? IP3?
  libération calcium à partir stocks
  intracellulaires et entrée à partir du calcium
  extracellulaire
• Et dans lolfaction ?
• Sur des neurones olfactifs (culture primaire),
  certaines molécules ? IP3
• Place ? IP3 dans transduction ? Controversé
  électrophysiologie aucun effet IP3 sur réponse
  précoce suite à stimulation par molécules
  olfactives
• Quand souris KO pour cascade AMPc ? pas réponse
  des neurones olfactifs
• Hyp - AMPc indispensable pour phases initiales
  dépolarisation
• IP3 impliqué dans dadaptation cellulaire
  (modulation réponse)
• Rôle IP3 pas clair

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AUTRES CASCADES DE TRANSDUCTION

• Voie du GMPc
• GMPc produit dans neurones olfactifs quand
  stimulation par odeurs mais - / AMPc mais réponse
  tardive mais soutenue dans temps ? hyp rôle
  dans désensibilisation
• GMPc produit par guanylate cyclase soluble (
  par NO et CO) et récepteur ( par calcium)
• NO produit par NO synthase (uniquement exprimée
  dans neurones olfactifs lors développement)
• CO produit par hème oxygénase lors dégradation
  hème en biliverdine. Hème oxygènase exprimée dans
  neurones olfactifs (rat) et stimule à partir GTP
  production GMPc
• Quand inhibition guanylate cyclase solubles ?
  pas blocage total augmentation GMPc Rôle des
  guanylate cyclase récepteurs
• Effets ? GMPc ? Ouverture canaux ioniques
  nucléotides cycliques dépendant

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RECAPITULATIF
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CODAGE ET PERCEPTION DES ODEURS

• Dans schéma simple dans un neurone olfactif ?
  1 type RO ? AMPc ? dépolarisation et transmission
  nerveuse
• Comment notre nez interprète la grande variété
  dodeur ?
• HYP de lapproche combinatoire
• - Une odeur peut se fixer et activer différents
  récepteurs
• Les odeurs vont activer des récepteurs lettre
  de lalphabet
• Selon les récepteurs activés ? phrases
  décodées par cerveau (cortex et système limbique
  pour émotions)

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DESENSIBILISATION

• Comme la plupart RCPG ? phénomène de régulation
  lors stimulation prolongée désensibilisation
• Phosphorylation / Découplage / Internalisation
• Dans neurones olfactifs GRK 3 et
  beta-arrestine 2
• Quand blocage GRK 3 et beta-arrestine 2 par
  anticorps neutralisant ? ? importante AMPc et
  blocage désensibilisation (Idem souris KO GRK 3)
• Rôles de PKA / PKC ??
• Rôle du GMPc dans phénomène dadaptation et
  désensibilisation
• Site sur olfaction www.cf.ac.uk/biosi/staff/jaco
  b/teaching/sensory/olfact1.html