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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 :

B3.4.3. La sélectivité des ORs pour les molécules odorantes :
Les résultats précédents suggèrent qu'un récepteur est très sélectif d'une molécule odorante. Si ces données rejoignent le modèle communément admis pour les récepteurs couplés aux protéines-G, elles sont insuffisantes pour rendre compte de la complexité des mécanismes de la réception olfactive. Le modèle contraire, qui suppose l'existence d'un récepteur non sélectif, semble plus adapté pour expliquer le codage olfactif : il situe la sélectivité non pas à l'échelle de la molécule odorante, mais au niveau des atomes de carbone ou des groupes fonctionnels, qui la constitue. Suivant ce modèle, l'OR serait donc sélectif d'un ou plusieurs odotopes portés par la molécule odorante. Cette reconnaissance odotopique, rapportée aux grands nombres d'ORs, pourrait rendre compte du pouvoir discriminant du système olfactif.

  Figure 21
Il y a deux raisons d'admettre ce dernier modèle. La première est théorique : si le répertoire d'OR atteint le millier, ce nombre reste bien inférieur aux dizaines de milliers de molécules odorantes et l'on ne peut donc pas poser l'équation 1 OR= 1 molécule odorante pour tous les ORs. La seconde est déduite des comparaisons entre les observations des activités fonctionnelles, obtenues à la fois pour les neurones olfactifs et le bulbe, et les données sur la spécificité cellulaire d'expression des ORs. L'électrophysiologie unicellulaire et l'enregistrement optique apportent à cet égard un constat clair : un neurone olfactif répond à des molécules odorantes de structure chimique différente. Une molécule odorante peut activer un grand nombre de neurones (Sicard et Holley, 1984; Sicard, 1986; Sato et al., 1994; Duchamp-Viret et al., 1999) (Figure 21a). Au niveau bulbaire, l'unité glomérulaire présente aussi un spectre de réponses larges (Friedrich et Korsching, 1997; Mori et al., 1992; Bozza et Kauer, 1998). D'autre part, nous avons vu qu'il est communément admis qu'un seul type d'OR est exprimé par neurone olfactif et qu'il existe une convergence des neurones partageant le même type d'OR. Ainsi, tenant compte des observations fonctionnelles, il est envisageable que l'activité mesurée à l'échelle du neurone olfactif, ou de son glomérule correspondant, coresponde à l'activité du récepteur endogène. L'OR pourrait alors présenter, comme le neurone olfactif, un spectre de sélectivité "large".

Cette extrapolation de la sélectivité du neurone à la sélectivité du récepteur a été justifiée en mettant en relation la sélectivité du neurone avec le type d'OR qu'il exprime. En combinant les techniques d'imagerie calcique et de RT-PCR unicellulaire, Touhara et son groupe (1999) ont mis au point une approche révolutionnaire qui associe directement la réponse olfactive avec l'OR exprimé dans le neurone étudié. Par cette méthode, appliquée sur des neurones qui répondent à 4 classes d'odorants aliphatiques (Alcool, Acide carboxylique, Acide bromocarboxylique, Acide dicarboxylique) de 4 à 9 chaînes de carbones, 14 nouveaux récepteurs membres de la famille des ORs ont été identifiés chez la souris (Malnic et al., 1999). Si parfois un neurone qui exprime un OR donné ne reconnaît qu'un seul odorant, il apparaît souvent que les neurones exprimant le même OR reconnaissent plusieurs molécules odorantes avec une sélectivité qui dépend de la longueur de la chaîne ou du groupement fonctionnel porté par l'odorant (Figure 21b et c). Réciproquement, un odorant donné peut être reconnu par des neurones exprimant différents ORs qui présentent entre les domaines transmembranaires 3 et 6 (site de liaison du ligand) des identités de séquences variant de 20 à 100 %. En comparant ces deux résultats, Manilc et ses collaborateurs (1999), observent que dans tous les cas, les différents odorants testés sont reconnus par une combinaison différente d'ORs et que les profils d'excitation sont modifiés suivant la dose d'odorant appliquée. Aussi, ces résultats qui mettent en relation la réponse du neurone aux odorants selon le type d'OR qu'ils expriment, doivent être ré-itérés en exprimant ces ORs dans d'autres cellules pour s'assurer d'une interaction proprement dite entre l'OR et les odorants. En effet, ce contrôle critique n'a été réalisé que pour l'OR23 de souris qui répond au lyral (Touhara et al., 1999).

  Figure 22
Le système olfactif n'opterait donc pas pour un OR sélectif d'une molécule odorante mais plutôt pour un OR sélectif de l'odotope porté par celle-ci. L'existence d'un spectre large d'odorant reconnu pour chaque OR et d'un recouvrement partiel de ces spectres fait alors apparaître un codage combinatoire bien plus séduisant qu'une équation simple. Avec 1000 ORs, voilà un nombre de combinaisons qui tend vers l'infini et du même coup, un pouvoir de discrimination du système olfactif impressionnant (Figure 22).
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