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National audience; Assurant la réception des molécules odorantes, les neurones olfactifs de la muqueuse olfactive (MO) sont en contact direct avec le milieu extérieur, exposés aux agressions permanentes des micropolluants, dont les pesticides. Ils constituent une voie d’entrée privilégiée de toxiques vers le bulbe olfactif (BO) puis le système nerveux central. Dans une étude préliminaire (ACI 2009), nous avions démontré les effets délétères d’un pesticide, la Roténone, sur le système olfactif de rat traités par injections intrapéritonéales (IP). Au cours de second travail, nous avons poursuivi cette étude sur un modèle plus proche de l’exposition réelle des animaux aux pesticides dans la nature, par inhalation répétée de roténone. Notre étude a portée sur des ratons de 0 à 4 semaines de vie postnatale, de deux souches différentes, soumis à des injections intranasales (IN) quotidiennes de roténone. Nous avons évalué les effets dose-dépendants de la roténone (1 à 100μM), pour différentes durées de traitement (1 à 3 semaines), par des mesures comportementales olfactives pendant le traitement (test de reconnaissance d’odeur maternelle), et par des approches d’immunohistochimie de la MO et du BO (marquages neurones olfactifs de la MO par β-Tubulin III et Adénylate-Cyclase III, marquage des cellules apoptotiques par Tunel, et neurones DAergiques du BO par Tyrosine Hydroxylase). Les quantifications d’immunohistochimie dans les différentes zones de MO suggèrent une apoptose accrue et une diminution de l’épaisseur du compartiment apical dendritique/ciliaire des neurones olfactifs chez les animaux traités à la roténone. Cette dégénérescence des neurones olfactifs matures de la MO s’accroit avec la durée du traitement et les concentrations de roténone. Cependant le véhicule utilisé (huile + DMSO) semble altérer les neurones, mais plutôt par une hypertrophie/inflammation de la zone dendritique/ciliaire. Cet effet étant opposé à celui de la roténone, on peut suggérer que les effets en valeur absolue de la roténone seule sont légèrement sous–évalués du fait d’un effet « antagoniste » du véhicule dans lequel la roténone est diluée. Enfin, la variabilité des effets délétères de la roténone sur les neurones semble assez importante, et différente d’une souche de rat à une autre. Les neurones dopaminergiques du BO ne semblent pas affectés par le traitement roténone IN. Pour les tests comportementaux « olfactifs », les ratons séparés de leurs mères pendant 1 à 2 heures sont placés dans un labyrinthe de choix entre deux litières, l’une de leur mère et l’autre propre. Paradoxalement, les ratons les plus fortement traités à la roténone (concentration, durée) ont montrés les meilleures performances olfactives pour se guider vers l’odeur de leur mère : taux de réussite le plus élevé, rapidité, orientation correcte. Une hypothèse déjà avancée au laboratoire dans des expériences comparables est que les neurones dont l’activité est primordiale à la survie de l’animal (odeur de la mère) ont une meilleure résistance face aux agressions. Ils auraient une survie dépendante de cette activité : plus le neurone est sollicité, activé, plus il est protégé de l’action de l’agent toxique.

National audience; The welfare and health of farm animals are of critical importance for sustainable use of our environment. Paradoxically, while food quality impacts human health, modern rearing practices can be stressful for animals and affect the quality of animal production. The perception of smells and the olfactory environment have been linked to animal welfare and health (e.g. anxiety or depressive-like symptoms). There is evidence that the olfactory epithelium and bulb are responsive to stress hormones (glucocorticoids). However, the actions of glucocorticoids in these two tissues are still not fully explained. We have received seed funding (Credits Incitatifs PHASE) to evaluate those links in our model species (rat). Do glucocorticoids affect olfactory tissue and function in rat stress model? The initial step was to evaluate the potential for hormone response in the tissues of interest, by confirming the presence and localisation of the glucocorticoid receptor (GR). Immunohistochemistry showed the expression of GR is restricted to olfactory ensheathing cells (OEC), glial cells involved in processing of the olfactory signal propagation and neurone regeneration. We tested the functional significance of this observation in vitro using primary OEC cultures treated with a synthetic GR agonist (dexamethasone). The expression of various genes was affected, including ion transporters (ATP1B1), a macrophage chemoattractant (MCP1) and elements of the endothelin signalling pathways (the ET B receptor gene is repressed). We are currently exploring the significance of this latter observation by measuring endothelin response in our cells using calcium imaging. In vivo , acute administration of dexamethasone altered gene expression patterns in the OM and OB, as well as electrical activity induced by odorant exposure (measured by ElectroOlfactoGram, EOG). EOG signal recovery was delayed post-odorant stimulation in dexamethasone treated animals, this suggests olfactory neurone repolarisation might be slower. In addition to these acute stress models, we have developed a chronic unpredictable stress model in rats and we are assessing its impact on EOG and gene expression patterns. Our data shows stress hormones clearly affect olfactory response in the olfactory epithelium, at the first step of odorant detection. We currently do not know whether these changes affect smell perception in animals. To address this issue, we are in the process of developing olfactory learning tests in rats in order to study the impact of glucocorticoids on behavioural aspects of odour detection. This might allow us to determine whether stress-induced changes in olfactory function can affect animal welfare and physiology.

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My studies are dedicated to the relationship between olfaction and nutrition in rodents. I’m interested by the plasticity of the olfactory system (mucosa and bulb) under the effect of either short- or long-term modification of nutritional cues, such a fasting or obesity using cellular, molecular and behavioral approaches. After having demonstrated the presence of various hormones involved in the control of food intake (leptin, insulin and their receptors) at several levels of the olfactory system, I’ve analyzed the variation of their expression levels in different nutritional models linked to short-term nutritional plasticity. Transcriptomic analyses have demontrated that fasting modulates the expression of several genes encoding various functions in the olfactory mucosa associated with variations in the odorant responses. Moreover, the olfactory bulb activity is also modulated by nutritional hormones and some olfactory-based behaviors are affected by a short-term manipulation of the endocrine status of animals. My perspectives are to further analyse the consequences of long-term variations of the neurodocrine status on the olfactory capabilities and to decipher the molecular mechanisms responsive of the modulation at the olfactory system periphery : identification of signaling pathways crosstalks, local translation in the apical region of the mucosa and role of the olfactory bulb in the integration of the peripheral information.; Mon programme de recherches concerne l’étude des relations olfaction-nutrition chez les rongeurs. Je m’intéresse à la plasticité du système olfactif (muqueuse et bulbe) sous l’effet de perturbations alimentaires (mise à jeun, états d’obésité) par des approches cellulaires, moléculaires, et comportementales en ciblant le rôle des hormones métaboliques. Après avoir montré l’expression de molécules cibles du contrôle de la prise alimentaire (leptine, insuline et leurs récepteurs) dans le système olfactif, j’ai mesuré leurs variations d’expression sur différents modèles alimentaires à court terme, puis entrepris de compléter l’étude en analysant les variations sur le transcriptome complet du système olfactif. Mes travaux montrent une modulation de la transcription de gènes codant pour diverses fonctions dans la muqueuse selon l’état nutritionnel qui est associée à des variations de la réponse aux odorants dès leur premier niveau de réception. Les hormones métaboliques modulent également les activités du bulbe, ce qui se traduit par une modulation de certains comportements basés sur l’olfaction selon l’état endocrinien. Le système olfactif est donc capable d’intégrer les variations aigues du statut métabolique pour moduler son fonctionnement. Tout en poursuivant ces études sur des états métaboliques installés, je me concentre aujourd’hui sur les mécanismes moléculaires responsables de la plasticité nutritionnelle à la périphérie du système olfactif selon différentes voies: dialogue des voies de signalisation dans la partie apicale de la muqueuse olfactive, rôle de la traduction locale, effet sur la plasticité du bulbe olfactif.

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ISBN-10 : 978-2-7592-1770-0 ; issn : 1777-4624

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National audience; Dans notre vie quotidienne, nous aimons sentir les « bonnes odeurs » et, par tradition nationale gourmande, nous cultivons volontiers « le goût des bonnes choses ». Mais, quand nous sollicitons notre odorat et notre goût, nous ne nous posons guère de questions sur le fonctionnement de ces sens, pourvu que le plaisir soit au rendez-vous. On méconnaît l'importance et la signification des signaux chimiques présents dans l'environnement et leur influence sur les comportements sociaux, sexuels et alimentaires (des comportements essentiels à la survie des individus et des espèces, depuis les insectes jusqu'à l'homme). Par ailleurs, il est assez paradoxal de voir que l'agroalimentaire et la parfumerie-cosmétique, deux secteurs importants de l'économie française dont l'activité est largement basée sur « le bon goût français », ne sont pas soutenus par un effort de recherche proportionnel à leur place économique. C'est pourquoi, près de vingt ans après la découverte des récepteurs olfactifs, consacrée par l'attribution du prix Nobel de physiologie et médecine à Linda Buck et Richard Axel, nous avons souhaité faire le bilan des apports de la biologie moléculaire et de la neurobiologie expérimentale dans le domaine des sens olfactif et gustatif. Cet ouvrage s'adresse prioritairement aux étudiants, aux chercheurs, aux médecins, mais aussi aux industriels de l'agroalimentaire et de la parfumerie. Il offre un large exposé des résultats scientifiques de ces dernières années ainsi qu'une sélection d'applications actuelles et futures.

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Dossier de presse; National audience; Il n’y a pas que le sexe dans la vie ! Et pourtant… Chez les animaux notamment, le sexe est au cœur d’une fonction essentielle à la survie des espèces : la reproduction. Dame Nature a tout de même ajouté une touche de poésie à la rencontre sexuelle animale qui s’apparente alors à une rencontre amoureuse. Cette dernière connaît plusieurs temps : la recherche d’un partenaire, puis l’attirance et la préférence… qui mènent à l’accouplement. Pour attirer un partenaire, l’odeur joue un rôle primordial : les phéromones sont une véritable arme de séduction à laquelle les insectes succombent irrésistiblement. Dans le cas des mammifères, lorsqu’elle coïncide avec la période ovulatoire d’une femelle, l’odeur peut également être source d’excitation pour le mâle. La femelle se montre parfois sélective dans le choix de son partenaire sexuel. Ses critères de préférence sont alors surprenants. Ainsi s’aventure-t-elle vers de nouveaux territoires pour s’apparier, telle la femelle chevreuil, d’ordinaire sédentaire. Dans d’autres cas, l’élu sera un partenaire capable de protéger sa progéniture. La reproduction chez l’animal fait aussi appel à l’insémination artificielle, courante en élevage. L’INRA consacre de nombreuses recherches à des méthodes innovantes en matière de reproduction, allant dans le sens de la durabilité. Dans ce dossier : des résultats inédits, des révélations étonnantes, la reproduction et les comportements sexuels animaux vus par l’Inra.

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Olfactory cues are important for many vital functions as reproduction, social interactions, fooddetection and feeding behavior. However, the nutritional impact on the olfactory system has not been precisely described. Here we studied the effects of fasting on the spatiotemporal activities in the main olfactory bulb (OB), a structure supporting the first step of odor coding in the brain.Odorant signals undergo a complex processing that starts in the Main Olfactory Epithelium where the olfactory sensitive neurons (OSN) are located. OSN project into the OB where odorant features (among them identity and concentration) evoke spatiotemporal patterns of activities located respectively at the glomerular and mitral/granule cells levels. The spatial coding at the glomerular level is classically studied by optical imaging of odor-evoked activities on the surface of the MOB in response to different odors at different concentrations. The temporal coding is characterized by specific variations in the oscillatory activity of the Local Field Potential (LFP) in deeper layers.We tested odor responses in the OB in 17 hours-fasted rats compared to ad libitum-fed rats. We used two olfactory stimuli at different concentrations: the first one (almond aroma odor) is associated to food since it is incorporated into a homemade cake that rats love to eat; the second is the pure odorant hexanal which is new and neutral for them. Using these odorants at low concentrations to probe threshold modifications, we analyzed both types of OB coding (spatial and temporal) at the levels where they occur (glomerular layer and mitral/granule cell layers respectively) in anesthetized rats.Using intrinsic optical signals imaging and local field potential recording, we observed that odor maps and changes in oscillatory patterns of activity in the OB are present for both types of stimuli at low concentrations in all fasted rats but not in all fed animals. For higher odor concentrations, further fed animals responded. We conclude that fasting deeply impacts the overall odor threshold detection in the OB.Then, we sought to identify putative molecular candidates that could trigger this olfactory plasticity in fasted conditions. We have checked the variation of receptor expression for leptin and insulin, two anorexigen hormones, in the OB but did not find any significant changes between the two groups. In addition, i.p. injection of leptin did not reverse the oscillatory profile induced in fasted rats. We concluded that leptin does not act solely in signalling the nutritional state that induces the OB plasticity. We are still looking for specific modifications of OB circuits during fasting and we present interesting preliminary data about astrocytic plasticity in this manuscript. Finally, we have also run a new and exciting project dealing with the role of endocannabinoids in food intake: since THC, a potent agonist of endocannabinoids CB1 receptors which are expressed in the OB, selectively increases food intake when injected at low doses, we tested its effects on the OB oscillatory activity in fasted mice. We found that THC inhibits olfactory desensitization that is triggered in control mice by repeated odor presentation.; L’olfaction est importante pour de nombreuses fonctions vitales comme la reproduction, les interactions sociales, la détection des aliments et le comportement alimentaire. Toutefois, l'impact nutritionnel sur le système olfactif n'a pas été précisément décrit. Dans ce contexte, le sujet de cette thèse consistait en l’étude des effets du jeûne sur la représentation spatiotemporelle des odeurs dans le bulbe olfactif principal (BO), une structure assurant la première étape du codage de l'information olfactive dans le cerveau.Dans le BO, les caractéristiques des molécules odorantes sont représentées sous forme d’activitéspatiale et temporelle respectivement dans la couche glomérulaire et celles des cellules mitrales et granulaires. Pour étudier le codage spatial au niveau glomérulaire, nous avons utilisé l’imagerie optique du signal intrinsèque qui permet de cartographier l’activité évoquée sur la surface du BO en réponse à des odeurs. Pour étudier le codage temporel des odeurs, nous avons enregistré les variations spécifiques de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local (LFP) dans les couches profondes.Nous avons testé les réponses aux odeurs chez des rats mis à jeun pendant 17 heures par rapport aux rats nourris ad libitum. Nous avons utilisé deux stimuli olfactifs à des concentrations différentes: la première (odeur commerciale d’arôme d'amande) est associée à la nourriture car elle est préalablement incorporée dans une pâte sucrée présentée aux rats quotidiennement ; le second (hexanal), est une molécule odorante pure, nouvelle et neutre pour eux. L'utilisation de ces odeurs dans une gamme de concentrations faibles nous a permis d’étudier les modifications de seuil d’activation du BO. Nous avons analysé les deux types de représentation spatiale et temporelle chez des rats anesthésiés, à jeun versus nourris. Nous avons observé que les cartes spatiales et les changements des profils oscillatoires évoqués dans le BO sont présents pour les deux types de stimuli à de faibles concentrations chez tous les rats à jeun mais pas chez tous les animaux nourris. Par contre, pour les fortes concentrations d'odeurs, nous avons observé plus de réponses chez les animaux nourris. Nous avons conclu que le jeûne affecte profondément le seuil d’activation spatiotemporelle du BO.Nous avons alors cherché à identifier les candidats moléculaires qui pourraient déclencher cetteplasticité olfactive à jeun. Nous avons analysé dans le BO la variation de l'expression des récepteurs à deux hormones satiétogènes, la leptine et l'insuline, mais n'avons pas trouvé de changement significatif entre les deux groupes de rats. En outre, l'injection intrapéritonéale de leptine n'a pas inversé le profil oscillatoire induit chez des rats à jeun. Nous avons conclu que la leptine n'agit pas à elle seule dans la signalisation de l'état nutritionnel qui induit la plasticité bulbaire. Nous avons également cherché des modifications spécifiques des circuits du BO pendant le jeûne et avons obtenu des données préliminaires intéressantes sur la plasticité astrocytaire. Enfin, nous avons mené un nouveau projet sur le rôle des endocannabinoïdes dans la prise alimentaire. Le THC est un agoniste des récepteurs CB1 aux endocannabinoïdes qui induit une hyperphagie. Les CB1 étant présents dans le BO, nous avons testé ses effets sur l'activité oscillatoire chez des souris à jeun. Nous avons trouvé que le THC inhibe la désensibilisation olfactive qui est déclenchée chez les souris contrôle par la présentation d'odeurs répétées.

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Le système olfactif permet aux êtres vivants de reconnaître et de discriminer un nombre quasi-illimité de molécules odorantes. La première étape de la détection odorante résulte d’une interaction entre les protéines de liaison aux odorants (OBPs) dans le mucus olfactif, les odorants et les récepteurs olfactifs (ROs) situés sur les cils des neurones sensoriels olfactifs émergeant dans l’épithélium olfactif. Cependant, la relation entre l’activation du récepteur et son état conformationnel et d’association n’est pas bien connue. Les ROs appartiennent à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). L’oligomérisation est un processus important lors de la maturation et l’acheminement à la membrane plasmique des RCPGs ainsi que pour leur pharmacologie. Dans cette étude, il s'agissait d’élucider l’état d’homo-dimérisation des ROs de mammifères, et sa possible implication dans l’activation du récepteur lors de la stimulation par le ligand odorant. Pour cela, j’ai utilisé les méthodes de co-immunoprécipitation et de transfert d’énergie en résonance, FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer) et BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfer). Mes résultats montrent que le RO humain OR1740 existe sous forme de dimères en système d’expression hétérologue levure, que la dimérisation pourrait exister dès les premières étapes de la biosynthèse, et est constitutive à la membrane plasmique. De plus, la liaison de l’agoniste sur le dimère du RO induit une modulation des niveaux de BRET. La courbe en cloche obtenue pour la variation de BRET en fonction de la concentration en ligand odorant est en accord avec les précédents résultats de l'équipe INRA, selon lesquels le ligand induit un changement de conformation du dimère vers un état inactif à forte concentration en odorant. Cette démonstration de l'homo-dimérisation d'un RO confirme et valide l'une des hypothèses à la base de notre modèle décrivant les interactions tripartites entre OBPs, odorants, et ROs impliqués dans la première étape de la détection odorante. The living organisms have evolved the sense of smell to recognize and distinguish odors. The first step of odorant molecule detection involves an interaction between odorants, possibly carried through the olfactory mucus by Odorant-Binding Proteins (OBPs), and the olfactory receptors (ORs) present on the ciliae of olfactory sensory neurons emerging from the olfactory epithelium. However, the relationship between receptor activation and its association/conformational state remains largely unknown. The mammalian ORs belong to the G Protein Coupled Receptors (GPCRs) super-family. GPCR oligomerization is thought to play an important role in the maturation pathway, the trafficking to the cell surface and the functional response of the receptors. Using co-immunoprecipitation method, fluorescence resonance energy transfer (FRET) and bioluminescence resonance energy transfer (BRET) approaches, I addressed the question whether mammalian ORs exist as homo-oligomers and whether this phenomenon is involved in receptor signaling upon odorant ligand activation. My results clearly demonstrate that the OR1740, a human OR, can self-associate into dimers in a yeast heterologous expression system, that dimers may be formed early in the biosynthetic pathway, and are constitutively expressed at the plasma membrane. Moreover, an odorant agonist binding induces a modulation in BRET levels, suggesting a conformational rearrangement of the receptor related to its activation/signaling state. The bell-shaped curve observed for the variation of its functional response as a function of odorant ligand concentration corroborates previous results of the INRA team, according to which ligand-mediated conformational change can promote an inactive state of the OR dimers at high ligand concentration. This demonstration of OR homo-dimerization supports and validates one of the hypotheses at the basis of our model for tripartite OBP-odorant-OR partnership.

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Diplôme : Master

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Soutenance : 21 juin 2010 Diplôme : Master

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Laboratoire d'accueil : UMR 8576 Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle de l'Université de Lille 1 Diplôme : Dr. d'Université

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