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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 :

B3.4.1. L'expression en système hétérologue :

Les premiers travaux d'expression en système hétérologue ont été initiés sur l'ovocyte de Xénope. Les résultats d'électrophysiologie, ont indiqué que des cellules répondent à la L-alanine après injection d'ARNm d'épithélium olfactif (Dahmen et al., 1992). La première expression fonctionnelle réussie a été réalisée sur le gène OR5 de souris exprimé dans les cellules d'insectes après infection par un baculovirus recombinant (Raming et al., 1993). Des réponses ont été obtenues préférentiellement pour des applications micromolaires de lyral et de lilial. Cette stratégie a été reproduite pour d'autres ORs (Breer et al., 1998), mais les données restent très isolées. Aussi, le même groupe a mesuré directement la liaison de ces molécules odorantes sur le récepteur OR5, exprimé dans Escherichia coli puis purifié, mais les affinités apparentes sont faibles (42ÁM pour le lilial et 340 ÁM pour un analogue du lyral) (Kiefer et al., 1996). Les mêmes travaux de purification d'OR ont été initiés par une autre équipe, mais il n'y a pas eu de suite (Nekrasova et al., 1996).
Si les expressions en système hétérologue de la plupart des récepteurs couplés aux protéines-G ont abouti à une dissection très précise de leur structure-fonction, une situation paradoxale s'est installée pour les ORs. On dispose, en effet, d'un millier d'ORs différents sans pratiquement connaître leur ligand respectif. La majorité des équipes, y compris nous-mêmes, se sont trouvées confrontées à la difficulté d'exprimer ces récepteurs à la membrane plasmique. Ce défaut d'adressage des ORs à la membrane limite considérablement l'assignation des ligands, et ceci lorsque les ORs sont exprimés dans des cellules hétérologues ou des neurones olfactifs non matures (McClintock et al., 1997). Il semblerait qu'une interaction autour de la 3eme boucle intracellulaire soit la cause d'une rétention de ces protéines dans les compartiments intracellulaires (Gimelbrant et al., 1999).

Les ORs ne présentent pas de peptide signal. L'hypothèse d'un adressage améliorable par une séquence signal greffée sur la partie N-terminale des récepteurs permettant d'améliorer cet adressage a été testé (Wellerdieck et al., 1997). Ainsi, trois ORs de poissons-zèbre fusionnés avec la séquence N-terminal d'un récepteur sérotonine, suivi d'un épitope artificiel c-myc atteignent plus facilement la membrane lorsqu'ils sont exprimés dans les cellules HEK293. La stimulation avec une nourriture de poisson sur ces cellules transfectées, a élicité une augmentation transitoire de la concentration en calcium intracellulaire et, par là même, suggéré l'efficacité de ce système d'expression pour déterminer la nature olfactive des ORs.

En utilisant cette stratégie, deux laboratoires ont rapporté l'expression fonctionnelle d'ORs dans les cellules hétérologues, HEK-293 (Krautwurst et al., 1998; Wetzel et al., 1999). Krautwurst et son groupe (1998) ont réalisé une banque d'expression de 500 récepteurs olfactifs de souris basée sur l'hétérogénéité des séquences entre les domaines transmembranires II et VII. En utilisant l'imagerie calcique et un mélange de 26 odorants, cette équipe a pu commencer à identifier trois récepteurs I-D3, I-C6 et I-G7 qui répondent respectivement à la carvone, au citronellal et au limonene. Ces mêmes auteurs ont montré que le récepteur I7 de rat et son orthologue chez la souris ne présentent pas tout à fait la même sélectivité. Alors que l'I7 de rat répond à l'octanal, l'I7 de souris répond préférentiellement à l'heptanal. Cette différence subtile proviendrait de la substitution d'une isoleucine par une valine localisée dans le domaine transmembranaire V. Une deuxième équipe à montré que des cellules HEK-293, exprimant la séquence complète d'un récepteur humain, OR 17-40, répondent par une augmentation de calcium quand elles sont exposées à un mélange composé d'une centaine d'odorants (milieu Henkel) (Hatt et al., 1999; Wetzel et al., 1999). L'hélional, obtenu par subdivision de cette mixture, semble être le seul composant capable d'activer cet OR humain. Il ressort de ces travaux qu'un OR est sélectif d'une molécule odorante.
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