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Les mécanismes moléculaires de la perception olfactive.

Auteur : Dr. Valéry MATARAZZO - CNRS UPR 9024 - Laboratoire de Neurobiologie - Marseille, France.

Adresse actuelle : Johns Hopkins Medical Institute - Department of Neurosciences, Baltimore, MD, USA -


B : Mécanismes moléculaires de la réception des molécules odorantes :

B3.3.1. La régulation de l'expression des ORs dans les neurones olfactifs :

Plusieurs travaux d'hybridation in situ sur de l'ARNm ont permis une analyse directe de l'expression des ORs par neurone. Chez les poissons, dont le répertoire d'ORs est d'environ une centaine de gènes, un OR donné est exprimé dans 0,5 à 2 % des neurones olfactifs (Chess et al., 1992; Ngaia et al., 1993). Chez les mammifères, pour qui le répertoire augmente d'un facteur 10, l'expression d'un OR se retrouve dans 0.1 % de la population neuronale (Vassar et al., 1993; Ressler et al., 1993). Dans ces deux observations, on peut accepter chez les poissons comme chez les mammifères, l'hypothèse d'un type unique d'OR présent par neurone olfactif puisque le produit entre le nombre total d'OR et le pourcentage de cellules marquées est égal à 1. Cette hypothèse a été confirmée par la technique de RT-PCR sur une cellule unique (single cell RT-PCR), en employant des amorces oligonucléotidiques dégénérées c'est à dire non spécifiques d'un OR donné (Chess et al., 1994; Malnic et al., 1999). Serizawa et son équipe (2000), ont d'ailleurs récemment dévoilé l'existence d'une expression mutuellement exclusive des ORs. En créant des souris à la fois "Knock in" d'un gène codant pour un OR et transgéniques pour ce même gène, ces auteurs ont observé que les deux gènes identiques, mais localisés dans des régions différentes du génome, ne sont jamais co-exprimés dans un même neurone olfactif. L'expression unique d'un OR par neurone est retrouvée jusque chez les insectes (Vosshall et al., 2000) avec une exception chez le nématode C.elegans où, avec un peu plus de 30 neurones sensoriels et 500 ORs, l'expression d'un unique type d'OR par neurone n'est pas vraiment envisageable (Bargmann, 1998). Soulignons que, si cette expression unique d'un type d'OR par neurone fait désormais l'unanimité, certains auteurs décrivent par les mêmes techniques (RT-PCR sur une cellule unique), l'expression de deux ARNm différents dans une sous-population de neurones olfactifs (Rawson et al., 2000).

Par cette même technique de RT-PCR sur une cellule unique, il a été montré que dans le neurone olfactif, l'expression d'un OR est monoallélique. Alors qu'un gène possède deux représentants allèliques (maternel et paternel), un allèle seulement est exprimé dans un neurone donné (Chess et al., 1994). Cette inactivation allèlique aurait pour fonction d'assurer l'expression d'un type d'OR par neurone olfactif plutôt que de deux, issus de deux allèles potentiellement différents (Lancet, 1994).

  Figure 15
La régulation de l'expression des gènes codant pour les ORs est, par conséquent, contrôlée à deux niveaux: un contrôle global au niveau du génome assure l'expression d'un gène parmi tous les clusters et une action locale agit au niveau de l'allèle (Reed, 2000). Actuellement, les mécanismes moléculaires qui assurent, dans le système olfactif, l'expression mutuellement exclusive et monoallèlique des gènes codant pour les ORs restent inconnus. Ces observations évoquent la possibilité d'un mécanisme de contrôle en CIS permettant l'activation stochastique d'un seul gène parmi les multiples ORs. Elles suggèrent aussi un parallélisme avec les gènes codant pour les immunoglobulines et les récepteurs des cellules T, également exprimés de façon monoallèlique. L'expression d'un seul allèle pourrait dépendre d'un réarrangement de l'ADN génomique. Cette modification structurale, pouvant s'opérer au cours de la maturité des neurones olfactifs, rapprocherait (ou transfèrerait) un facteur de transcription, qui serait le seul à être actif, vers un gène codant pour un OR. (Chess et al., 1994). Par analogie avec la région de contrôle du locus des gènes codant pour les b-globines (LCR b-globines), il pourrait exister un élément régulateur du cluster des ORs (Chess et al., 1994). Cette dernière hypothèse a été appuyée par la découverte de gènes codant pour des ORs localisés dans le même locus que les gènes codant pour les b-globines (Bulger et al., 1999). Quel que soit le type de mécanisme de contrôle en CIS, il doit être accompagné de l'inactivation d'un des deux allèles (Chess et al., 1994) (Figure 15).

Il ressort de ces données un fait important pour le codage olfactif. En effet, si les neurones olfactifs expriment réellement un seul type d'OR par neurone, il existe alors un véritable polymorphisme dans cette population cellulaire. Le problème qui consiste à savoir quel récepteur a été activé se réduit alors à distinguer quelle cellule a répondu à la stimulation olfactive.

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