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Dernière mise à jour : Mai 2018

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NeuroBiologie de l'Olfaction

NOeMI (Neurobiologie de l'olfaction et modélisation en Imagerie)

Principaux résultats depuis 2014

2018

Odeurs, stress et bien-être animal

Résumé

Les animaux de rente subissent parfois les effets néfastes de la réponse de stress, ceci peut mener à des problèmes de santé, réduire les performances et augmenter les flux d’intrants. Nous avons démontré qu’il était possible de détecter des états de stress chez le poulet, de manière non invasive, grâce à l’odeur de leurs fientes (Bombail et al., 2018). Dans une analyse bibliographique des effets réciproques entre stress et fonction olfactive, l’idée que les odeurs pourraient apaiser les animaux (aromathérapie par inhalation) est évaluée de manière critique (Bombail, in press). Il est suggéré qu’un amalgame est fait dans la littérature scientifique entre des présumés effets spontanés d’odeurs sur la réponse de stress, et le fait que les odeurs peuvent générer un enrichissement environnemental ou rappeler un état émotionnel positif antérieur chez l’animal. Ces travaux fournissent des pistes de recherches pour de possibles interventions, afin d’identifier et réduire le stress en élevage.

Contexte et enjeux 

La détection non invasive d’un état de stress permettrait d’agir de manière ciblée et rapide pour améliorer le bien-être animal. L’exposition à certaines odeurs a aussi été proposée comme un levier pour réduire le stress en élevage.

Résultats

Les fientes de poulets stressés, tout comme les crottes de rats stressés, ont une odeur distincte des crottes d’animaux non stressés. Aussi, dans le cadre d’un travail bibliographique, les interactions entre la perception olfactive, les odeurs et les états émotionnels liés au stress ont été explorées. L’utilisation d’odeurs pour réduire le stress y est notamment discutée.

Perspectives

Des détecteurs (nez électroniques) pourraient être développés pour alerter l’éleveur en cas de stress. De plus, des pistes sont proposées pour une évaluation rationnelle et critique des effets des odeurs comme mesures pour réduire le stress en élevage : alors qu’il n’a pas encore été rigoureusement démontré que les odeurs aient des effets spontanés et spécifiques réduisant la réponse de stress, des pistes sont suggérées afin d’utiliser les odeurs pour apaiser les animaux de rente.

Valorisation 

Bombail, V. Perception and emotions: on the relationships between stress and olfaction (2018). Applied Animal Behaviour Science, in press.

Bombail V, Barret B, Raynaud A, Jerôme N, Saint-Albin A, Ridder C, Collin A, Leterrier C, Guilloteau LA, Nielsen BL (2018). In search of stress odours across species: behavioural responses of rats to faeces from chickens and rats subjected to various types of stressful events. Applied Animal Behaviour Science, 205: 216–226

 

L’environnement maternel odorant modifie la sensibilité olfactive, l’organisation des circuits olfactifs et les comportements associés chez la descendance

Résumé

L’olfaction est l'un des principaux déterminants des préférences et choix alimentaires. La perception périphérique des odeurs repose sur la reconnaissance combinatoire entre un récepteur olfactif et un odorant au niveau de la muqueuse olfactive et son traitement par des glomérules spécifiques au niveau du bulbe. L'exposition maternelle à ces odorants impacte le développement morpho-fonctionnel des circuits olfactifs des descendants et module les comportements dont l'amplitude et la persistence dépendent de multiples facteurs. Nous avons caractérisé l’effet d’une exposition périnatale répétée à un odorant via l'alimentation maternelle sur la mise en place du récepteur olfactif associé à cet odorant chez la souris par des approches moléculaires, comportementales et par imagerie. Nous montrons que le développement neuroanatomique des circuits olfactifs d’un récepteur exprimé dès le stade fetal est modifié chez les descendants suite à l’exposition. La sensibilité olfactive pour cet odorant est diminuée chez les animaux odorisés et s’accompagne d‘une modification des préférences olfactives à 12 et 21 jours par rapport à des individus non exposés.

Contexte et enjeux

Le système olfactif des Mammifères est fonctionnel avant la naissance et sensible à l’environnement maternel qu’il soit alimentaire ou non, via des échanges fœto-placentaires liés à une perméabilité hématogène et amniotique unique, puis via le lait. En particulier, différents odorants passent ces barrières et on connaît mal leur influence sur la structuration du système olfactif et les conséquences de cette exposition sur les comportements de la descendance. Comprendre comment l’organisme maternel programme la construction du phénotype sur une fonction sensorielle vitale pour l’animal pourrait permettre de prédire les phénotypes selon le contexte maternel. Cela permettrait aussi d’utiliser les odeurs apprises in utero comme levier positif pour améliorer les performances et le bien-être des individus après leur naissance, en particulier dans des phases critiques de transitions alimentaires ou de stress par exemple. Ceci constituerait un outil innovant et durable pour mieux maîtriser l’acceptabilité alimentaire dans les pratiques d’élevage du futur, et pour moduler l'appétence pour certains aliments de l’animal jeune et dans sa période de production.

Nous avons bénéficié d'un crédit incitatif Pépinière PHASE sur la période 2013-2016 pour tester la faisabilité d'une odorisation périnatale via l'alimentation maternelle.

Résultats 

Nous avons mis en place un modèle d’odorisation périnatale avec un odorant unique chez la souris et montré son passage dans le liquide amniotique et le lait des mères. L’étude par électro-olfactogramme des animaux nés de mères odorisées indique une diminution de la sensibilité périphérique à cet odorant et de l'expression de certains gènes de la transduction olfactive dans la muqueuse olfactive de manière âge-dépendant. Par imagerie confocale, nous montrons que l'exposition odorante augmente significativement le nombre de glomérules dans le bulbe olfactif, mais pas leur surface totale. Ces variations sont associées à une modification des comportements olfactifs vis-à vis de l’odorant à faible concentration ou de croquettes odorisées selon l'âge. L'odorisation périnatale, bien qu'affectant la sensibilité à l'odorant, s’accompagne d’une préférence olfactive pour l’odorant à faible concentration et diminue la néophobie vis-à-vis des croquettes odorisées par rapport aux animaux non odorisés, ce qui suggère la mise en œuvre de processus d’adaptation des réseaux neuronaux au traitement de l’information olfactive.

Perspectives

L’environnement maternel odorant modifie le développement des réseaux de reconnaissance olfactive, mais les effets sur les choix et préférences de consommation alimentaire ne sont pas encore bien évalués chez la souris. Une transposition à une espèce d’intérêt agronomique est en cours d’évaluation pour utiliser l’odorisation maternelle comme mémoire sensorielle facilitant la mise à l’allaitement artificiel chez l’agneau, et pourrait être envisagé sur d’autres espèces comme aide aux transitions alimentaires au sevrage par exemple. Il serait également important d’étudier les mécanismes de plasticité sous-jacents, de mesurer les conséquences d’enrichissements positifs sur la stabilisation ou l’amplification de ces effets et de caractériser les processus épigénétiques mis en jeu à long terme dans le cerveau pour mémoriser l’environnement précoce en lien avec l’olfaction.

Valorisation

Dewaele A., Persuy M.A., Badonnel K., Meunier N., Durieux D., Castille J., Passet B., Favreau-Peigné A. and Baly C. Chronic perinatal odour exposure with heptaldehyde affects odour sensitivity and olfactory system homeostasis in preweaning mice. Brain Res. 2018 Jul 16;347:414-424. doi: 10.1016/j.bbr.2018.02.026.

Références bibliographiques 

Dewaele A. Effet d’une exposition odorante pré et post-natale sur le développement des préférences médiées par l’olfaction chez la souris – Mécanismes de neuromodulation. Thèse ED 581 ABIES Spécialité "Sciences animales", Université Paris-Saclay, 2017.

 

2017

Mise en évidence d’un déploiement astrocytaire dans le bulbe olfactif en lien avec l’état de faim/satiété, chez le rat

Résumé

L’olfaction participe à l’élaboration de la valeur hédonique des aliments et à la régulation de la prise alimentaire. Réciproquement, la détection des odeurs alimentaires est influencée par le statut métabolique. En tant que partenaires synaptiques, les astrocytes sont à l’origine de mécanismes de métaplasticité dans le système nerveux central. Nos travaux démontrent que le déploiement des prolongements astrocytaires des glomérules du bulbe olfactif varie en fonction de l'état métabolique (nourri/à jeun) des rats, et qu’il est influencé par les peptides régulant la prise alimentaire. Cette plasticité pourrait participer à l'adaptation de la sensibilité olfactive à l’état métabolique des individus.

Contexte et enjeux

La prise alimentaire est régulée selon plusieurs voies (système digestif, homéostasie énergétique, sensorialité) qui convergent au niveau du système nerveux central pour établir les sensations de faim/satiété, le plaisir et la décision de s’alimenter (Berthoud 2011). L’olfaction permet de percevoir la flaveur des aliments et cette perception varie en fonction de l’état métabolique de l’organisme, contribuant ainsi à stimuler ou atténuer le plaisir de s’alimenter. Si ce phénomène (alliesthésie) est bien documenté chez l’homme et le rongeur, les mécanismes neurophysiologiques qui le sous-tendent restent à démontrer. Ils supposent un dialogue entre la régulation digestive et/ou énergétique de la prise alimentaire et le système olfactif (Palouzier-Paulignan et al 2012). Pour avancer sur ces mécanismes, nous cherchons à mettre en évidence des marqueurs de plasticité neuronale et gliale (astrocytes, microglie) en réponse à l’état de faim/satiété dans le bulbe olfactif, premier relais d’intégration du signal olfactif, chez le rat.  Dans les glomérules du bulbe olfactif, abritant un dense réseau synaptique entre neurones olfactifs et cellules mitrales, les astrocytes sont très présents mais leur rôle est encore mal connu. Ils pourraient contribuer à la plasticité adaptative du système olfactif, comme ils le font dans d’autres structures cérébrales (Bernardinelli et al 2014).

Résultats

Nous avons montré une augmentation d’environ 40% du déploiement des prolongements astrocytaires au sein des glomérules du bulbe olfactif chez des rats à jeun depuis 17h comparativement à des rats nourris. Ce déploiement est rapidement réversé 1h après l’injection i.p. d’un bolus de glucose rétablissant la glycémie ou du peptide digestif anorexigène PYY3-36 inhibant la prise alimentaire. Nous avons par ailleurs montré sur un modèle ex vivo de tranches de bulbe olfactif en survie que la ghréline (principale hormone orexigène) et le NPY (peptide hypothalamique orexigène) induisent le déploiement des astrocytes glomérulaires alors que la leptine (hormone anorexigène) est sans effet.

La plasticité morphologique astrocytaire ainsi mise en évidence semble être une réponse physiologique au jeûne (l’effet décroit lors d’un jeûne prolongé) et pourrait constituer un des supports des modifications de la sensibilité olfactive observées en situation de jeûne (l’étendue du déploiement astrocytaire conditionne en effet l’activité synaptique et neuronale).

Perspectives

Nous recherchons actuellement les mécanismes induisant le déploiement ou la rétraction des prolongements astrocytaires en fonction de l’état métabolique, sur des modèles in vivo (rat), ex vivo (tranches de BO en survie) et in vitro (cultures d’astrocytes de BO). Le rôle de certains neurotransmetteurs (GABA, Glutamate et sérotonine) est envisagé.

Valorisation 

La plasticité morphologique astrocytaire mise en évidence dans les glomérules du BO constitue un marqueur de l’impact de l’état de faim/satiété sur la perception olfactive. Ce marqueur permettra d’évaluer les altérations du couplage entre régulation hédonique et énergétique de la prise alimentaire, dans les troubles du comportement alimentaire associés aux régimes déséquilibrés (études en cours sur différents modèles nutritionnels de rongeurs), au stress ou au vieillissement.

Thèse

Plasticité morphologique des astrocytes glomérulaires du bulbe olfactif chez le rat : rôle dans la relation entre olfaction et prise alimentaire, Virginie Daumas-Meyer, soutenue le 30 mai 2017.

Publication

Daumas-Meyer V, Champeil-Potokar G, Chaumontet C, Dahirel P, Papillon C, Congar P* and Denis I* (* Equal contribution), Fasting induces astroglial plasticity in the olfactory bulb glomeruli of rats, Glia, in press.

Références bibliographiques

- Bernardinelli Y, Muller D and Nikonenko I. 2014. Astrocyte-synapse structural plasticity. Neural Plasticity, 2014, ID232105.

- Berthoud HR. 2011. Metabolic and hedonic drives in the neural control of appetite : who is the boss ? Curr Opin Neurobiol 21, 888-896.

- Palouzier-Paulignan, B.*, Lacroix, M.-C.*, Aimé, P., Baly, C., Caillol, M., Congar, P., Julliard, A. K., Tucker, K., and Fadool, D. A. 2012. Olfaction under metabolic influences. Chem Senses, 37(9) 769–797.

Variation quotidienne de la détection des odeurs dans la muqueuse olfactive de rat

Résumé

Toutes les grandes fonctions physiologiques présentent des rythmes biologiques. Les performances sensorielles dont l’olfaction sont ainsi sujettes à des variations quotidiennes. Il avait déjà été montré que les performances olfactives oscillaient quotidiennement au niveau du système nerveux central. Dans notre étude chez le rat, nous montrons que cette oscillation a lieu à la périphérie, dès la première étape de détection des odorants, au niveau de la muqueuse olfactive.

Contexte et enjeux

Afin d’améliorer la nutrition ainsi que le bien-être chez les animaux d’élevage, il est nécessaire de mieux comprendre le fonctionnement des modalités sensorielles. Parmi ces modalités, l’olfaction joue un rôle clef à la fois dans le contrôle de la prise alimentaire mais aussi dans la reproduction et les interactions sociales. Les rythmes biologiques sont présents dans la plupart des grandes fonctions et il a été démontré une oscillation des capacités de détection des odeurs dans le système nerveux central. Notre étude visait à étudier une potentielle oscillation journalière dès le premier stade de la détection des odorants au niveau de la muqueuse olfactive.

Cette oscillation pourrait se traduire par des modifications des préférences alimentaires mais aussi des relations sociales qui sont basées essentiellement sur l’olfaction pour la majorité des espèces d’élevage et des modèles rongeurs.

Résultats

La première étape de la détection des odeurs se déroule au niveau de la muqueuse olfactive qui tapisse le fond des fosses nasales. En étudiant les variations des réponses des neurones olfactifs à des stimulations odorantes, nous avons montré par des approches électrophysiologiques que ces réponses oscillaient dans la journée avec un pic au moment de la phase d’inactivité de l’animal. Ces oscillations ont été confirmées en étudiant l’expression des gènes codant pour les protéines  de la cascade de transduction permettant de transformer le message odorant en variation de l’activité neuronale.

Perspectives

Ce travail s’inscrit de manière plus générale dans l’étude des rythmes biologiques. En ce qui concerne le système nerveux et la perception sensorielle, la grande majorité des études démontre une oscillation limitée au système nerveux central. Notre travail est donc novateur en étendant ces capacités d’oscillations aux structures périphériques de l’olfaction. Reste à déterminer si une partie des oscillations observées au niveau central et générée par des mécanismes classiques via le noyau suprachiasmatique est le reflet d’une oscillation déjà présente au niveau périphérique. Elle interroge sur un possible entrainement des rythmes biologiques par les odeurs environnementales.

Valorisation

Francois A, Bombail V, Jarriault D, Acquistapace A, Grebert D, Grosmaitre X & Meunier N. Daily oscillation of odorant detection in rat olfactory epithelium. Eur J Neurosci, doi:10.1111/ejn.13600 (2017).

2016

Influence du microbiote sur la détection des odeurs chez la souris

Résumé

L’influence du microbiote sur l’épithélium intestinal est largement démontrée mais très peu d’études se sont focalisées sur les autres épithéliums. Bien que similaire en structure, l’épithélium olfactif permettant la première étape de la détection des odorants a été ignoré en terme de relations avec le microbiote. Nous avons montré que l’absence du microbiote influence non seulement le développement de l’épithélium olfactif mais aussi sa réactivité aux odeurs.

Contexte et enjeux

Afin d’améliorer la palatabilité de la nourriture, essentielle au contrôle de la prise alimentaire ainsi que le bien-être animal chez les animaux d’élevage, il est nécessaire de mieux comprendre le fonctionnement des modalités sensorielles. Parmi ces modalités, l’olfaction joue un rôle clef à la fois dans la prise alimentaire mais aussi dans les interactions sociales. Le microbiote pourrait influencer l’olfaction à plusieurs niveaux

● En modifiant le développement de l’épithélium olfactif au renouvellement permanent

● En produisant des métabolites détectés comme odorant

● En métabolisant les molécules odorantes de l’environnement

Cette influence pourrait se traduire par des modifications des préférences alimentaires mais aussi des relations sociales qui sont basées essentiellement sur l’olfaction pour la majorité des espèces d’élevages et des modèles rongeurs.

Résultats

En étudiant les variations du système olfactif chez des animaux axéniques (sans microbiote), nous avons montré que son absence ne modifiait pas la structure de l’épithélium olfactif de manière drastique comme il le fait au niveau de l’épithélium intestinal2. En son absence, bien que l’épaisseur de l’épithélium olfactif ne soit pas modifiée, son renouvellement est ralenti probablement en lien avec la baisse de la toxicité environnementale suite à la disparition des microorganismes habituellement présent dans la cavité nasale. De plus, chez les animaux axénique, la couche ciliaire des neurones olfactifs ou se déroule la détection des odorants est plus mince. Malgré cela, les signaux électriques neuronaux générés par l’arrivée des odorants sont plus intenses chez les animaux axéniques. Paradoxalement, cette augmentation de signaux s’accompagne d’une baisse de l’expression des gènes associées à la détection des odorants et une modulation des gènes impliquées dans leur capture et dégradation. Globalement, nous montrons pour la première fois que le microbiote peut influencer le fonctionnement de l’épithélium olfactif.

Perspectives

Ce travail est précurseur d’un autre volet de l’influence potentiel du microbiote sur la physiologie animale. En effet, l’olfaction étant primordiale dans de nombreux comportements animaux, son influence déjà caractérisée sur de nombreux paramètres pourrait être due en fait à des modulations de l’olfaction. Reste à démontrer que des variations de la nature du microbiote peuvent influencer différemment les préférences olfactives des animaux.

Valorisation

Francois, A. et al. Olfactory epithelium changes in germfree mice. Scientific reports 6, 24687, doi:10.1038/srep24687 (2016)

Article d’opinion et ouvrage sur l’olfaction, comportement et bien-être animal

Résumé

Un ouvrage intitulé «Olfaction in Animal Behaviour and Welfare», soumis en novembre 2016 et publié par CABI au printemps 2017, a été rédigé sur la base d'un article d'opinion (Open Access) sur l'absence d'olfaction dans la recherche en dehors des neurosciences.

Contexte et enjeux

La plupart des recherches utilisant des tests comportementaux d'olfaction se font dans le cadre de la neuroscience, alors que les éthologues et les vétérinaires travaillant sur le comportement et le bien-être des espèces domestiques et captives, n'étudient pas l'olfaction et n'utilisent pas d'odeurs dans leur travail.

Résultats

En collaboration avec 9 collègues européens, nous avons publié en décembre 2015 un document d'opinion en libre accès dans Frontiers in Veterinary Science, section spécialisée sur le comportement et le bien-être des animaux. Le document, intitulé «Olfaction: une modalité sensorielle négligée dans l'éthologie appliquée et le bien-être animal» (doi: 10.3389 / fvets.2015.00069), a maintenant eu plus de 2 300 vues.

Perspectives

Sur la base de cette publication, un ouvrage a été écrit, qui couvre les animaux de ferme, de zoo, de laboratoire et de compagnie. Le livre, qui sera publié par CABI au printemps 2017, est intitulé «Olfaction in Animal Behaviour and Welfare», édité par le Dr Birte L Nielsen, et se compose de 15 chapitres, dont 4 écrits par cinq scientifiques INRA (NBO).

Références bibliographiques :

Nielsen, B.L., Jezierski, T., Bolhuis, J.E., Amo, L., Rosell, F., Oostindjer, M., Christensen, J.W., McKeegan, D., Wells, D., and Hepper, P. (2015). Olfaction: an overlooked sensory modality in applied ethology and animal welfare. Frontiers in Veterinary Science 2:69. doi: 10.3389/fvets.2015.00069

Nielsen, B.L., Ed. (2017). Olfaction in Animal Behaviour and Welfare. CABI, Wallingford, UK.

Meunier, N. and Rampin, O. (2017) The nuts and bolts of olfaction. Chapter 1 in Olfaction in Animal Behaviour and Welfare, CABI.

Nielsen, B.L. (2017) Innateness and learning in olfactory behaviour and odour perception. Chapter 2 in Olfaction in Animal Behaviour and Welfare, CABI.

Salesse, R. and Dormont, L. (2017). Is there such a thing as a bad smell? Chapter 10 in Olfaction in Animal Behaviour and Welfare, CABI.

Bombail, V. (2017) The role of olfaction in relation to stress and fear. Chapter 5 in Olfaction in Animal Behaviour and Welfare, CABI.

Des micro-biosenseurs olfactifs sur diamant

Résumé

Les récepteurs olfactifs (RO) sont des protéines couplées aux protéines G situées dans la membrane plasmique des neurones sensoriels olfactifs. Les RO lient divers odorants avec des affinités et des spécificités distinctes. Les réseaux de RO sont donc très prometteurs pour la conception de biosenseurs pour la détection odorante. Ici, une nouvelle approche est suivie, consistant à greffer chimiquement les RO sur du diamant synthétique, matériau de choix pour les biocapteurs du fait de sa stabilité, biocompatibilité et capacité à immobiliser des cibles biologiques.

Contexte et enjeux

Dans le cadre d'un projet que nous portons avec le Laboratoire Capteurs Diamant, CEA List, Saclay, et avec l'aide des crédits incitatifs obtenus en 2014 par G Sanz, notre objectif était de développer un biosenseur olfactif dédié à la détection spécifique d'un odorant, basée sur des micro-capteurs en diamant porteurs de RO. Cette nouveauté technologique pourrait également contribuer au criblage haut débit de RO d’intérêt, criblage encore très difficile à mettre en œuvre.

Résultats

Des ROs ont été produits suivant une approche "cell-free" ou en utilisant la levure S. cerevisiae. Les récepteurs ensuite purifiés (via un tag 6His ou c-myc) ont été greffés sur des surfaces de diamant soit (1) par liaison covalente d'un radical d'acide hexanoïque suivi d'un couplage peptidique EDC/NHS à un RO, soit (2) par liaison covalente sur le diamant d'acide nitriloacétique (NTA), qui sert d'agent chélatant en se liant à un RO étiqueté 6His via une interaction NTA-Ni. Les deux procédures de greffage ont été validées par spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) sur des électrodes de diamant dopées au bore. Elles ont ensuite été appliquées à des micro-leviers en diamant, et la fonctionnalité pour la détection des odorants a été évaluée en phase liquide.

OR7D4 (récepteur  de l'androsténone) a été greffé par la voie (1), tandis que le RO M71 (récepteur de l'acétophénone) étiqueté 6His a été greffé par la voie (2). Les diagrammes de Nyquist obtenus à partir des deux spectres d'EIS montrent une augmentation de la résistance de transfert de charge, donc de la couverture de l'électrode, prouvant pour la première fois une immobilisation efficace des ROs sur le diamant.

Le senseur à micro-levier 6His-M71 présente une bonne sensibilité à son ligand odorant, l'acétophénone, avec un décalage de fréquence proche de 100Hz pour une exposition à 1μM, et une bonne sélectivité vis-à-vis d'un odorant non-ligand servant de témoin négatif. Le senseur à micro-levier OR7D4 présente une sensibilité de 200 Hz pour une exposition à 1μM d'androsténone, avec une bonne sélectivité vis-à-vis d'odorants qui ne sont pas des ligands.

Les micro-leviers en diamant greffés avec des ROs sont donc fonctionnels, et donnent une réponse quantitative et reproductible aux analytes cibles, jusque dans une gamme micromolaire, et une sélectivité parmi les odorants. Les résultats sont prometteurs pour le développement de nez bioélectroniques constitués de réseaux de résonateurs à base de diamant greffés avec des ROs, pour détecter spécifiquement des odorants cibles.

Perspectives

Pour ce prototype développé pour la détection de l'androsténone, il s'agit maintenant d'explorer la sensibilité du dispositif et sa limite de détection, et de confirmer sa spécificité.

Valorisation

Cette publication constitue une preuve de concept pour des biosenseurs olfactifs à base de ROs greffés sur des microleviers de diamant synthétique. Une application à la détection de l'odeur de verrat, qui inclut l'androsténone, intéresse la filière porcine (IFIP) si une limite de détection suffisamment basse est atteinte. La détection spécifique de l’odeur d’œstrus par de tels dispositifs pourrait par ailleurs aider la gestion de la reproduction dans les élevages.

Référence bibliographique

Manai R, Habchi M, Kamouni-Belghiti D, Persuy M A, Rousseau L, Possas Abreu M, Grebert G, Badonnel K, Bergonzo P, Pajot-Augy E, Sanz G, Scorsone E., Diamond micro-cantilevers as transducers for olfactory receptors - based biosensors:  Application to the receptors M71 and OR7D4, Sensors and actuators B: Chemical, 38, 1199-1206, available online 5 July 2016, doi.org/10.1016/j.snb.2016.07.013

2015

Lancement de Sciences Animales Paris Saclay (SAPS), un pôle multidisciplinaire de recherche, formation et innovation en sciences animales

Résumé

Sciences Animales Paris Saclay (SAPS), lancé le 12 février 2015, est un collectif de recherche multidisciplinaire d’envergure internationale dédié à la biologie animale, au service de l’élevage et de la santé. SAPS, basé en Ile de France, fédère neuf unités de recherche et trois unités expérimentales, sous les tutelles conjointes de l’Inra, d’AgroParisTech, du CNRS, de l’ENVA et de l’ANSES. SAPS, ancré dans le futur département Sciences du Vivant de l’Université Paris-Saclay, est également relié à l’Université Paris- Est via ses partenariats avec l’ENVA et l’ANSES.

Contexte et enjeux

L’environnement scientifique régional est en pleine mutation avec la création des communautés d’universités. Le Centre de Jouy est membre de l’Université Paris-Saclay et a pour ambition d’y être identifié comme porteur de sujets innovants en sciences animales, avec des impacts significatifs en termes d’acquisition de nouvelles connaissances, de formation, de partenariats et d’innovations. Dans ce contexte, nous avons identifié deux nécessités : 1)- préciser et rendre visibles nos projets phare et 2)- fédérer notre communauté scientifique interdisciplinaire, afin de renforcer la dynamique collective et améliorer l’attractivité de nos recherches, aux échelles régionale, nationale et internationale.

Résultats

SAPS est un collectif qui fédère actuellement neuf unités de recherche (BioEmergences, CNRS USR 3695 ; Biologie du Développement et Reproduction, Inra-ENVA UMR 1198-BDR ; Biologie moléculaire et Immunologie parasitaires et fongiques, ANSES-ENVA-Inra UMR 956 BIPAR ; Génétique Animale et Biologie Intégrative, Inra-AgroParisTech UMR 1313-GABI ; Modélisation Systémique Appliquée aux Ruminants, Inra-AgroParisTech UMR 791-MoSAR ; NeuroBiologie de l’Olfaction, Inra UR 1197-NBO ; Unité des zoonoses bactériennes, Laboratoire de santé animale, ANSES ; Virologie, ANSES-Inra-ENVA UMR 1161 ; Virologie et Immunologie Moléculaires, Inra UR 892-VIM) et trois unités expérimentales (Animaux Modèles Aquatiques et GENétique, UMS 1374 Inra - 3504 CNRS-AMAGEN ; Infectiologie Expérimentale des Rongeurs et Poissons, UE 907 Inra-IERP ; Unité Commune d’Expérimentation Animale, UE 1298 Inra-UCEA ). Les objectifs de SAPS : promouvoir des systèmes d’élevage performants et respectueux de l’environnement ; développer les interactions entre les communautés scientifiques travaillant sur les animaux d’élevage, domestiques, sauvages et modèles ; renforcer des liens entre recherche en santé animale et santé humaine ; accélérer le développement des approches prédictives en biologie (big data, modélisation) ; contribuer au dialogue science-société et répondre aux attentes diversifiées des citoyens. La démarche scientifique de SAPS, axée sur les réponses adaptatives des animaux face aux variations de l’environnement, dont les systèmes d’élevage, s’articule autour de quatre projets phare sur des enjeux clés :

- Construction des phénotypes : quel rôle de l’environnement pré- et périnatal ?

- Sélection dans les élevages de demain : Comment rendre plus efficace la sélection pour une production durable, en améliorant la prédiction des résultats et en préservant la diversité génétique ?

- Nouvelles stratégies pour la santé animale et la santé publique : Comment améliorer compétences immunitaires, réponses vaccinales et méthodes de diagnostic ?

- Prédiction des phénotypes et des réponses adaptatives : Big data et modélisation muti-échelle/multi-niveaux.

Perspectives

SAPS a pour vocation de promouvoir une dynamique scientifique impliquant collectivement ses unités fondatrices, avec la possibilité d’y associer progressivement d’autres unités et partenaires. Parmi les ambitions : assurer une animation scientifique sur les projets phare, construire des modules d’enseignement en biologie expérimentale animale et modélisation prédictive pour l’Université Paris Saclay, créer un espace de réflexion pour répondre aux appels à projets de manière novatrice, être force d’attraction pour des partenariats régionaux, nationaux et internationaux, favoriser le transfert et l’innovation. SAPS permettra d’améliorer la cohérence des installations, de regrouper les plateformes par thèmes d’activité et de partager des équipements, en lien avec les autres dispositifs partagés du Centre de Jouy et de Saclay.

Valorisation

SAPS constitue un socle visible et performant en sciences animales dans le contexte de l’Université Paris Saclay, et a pour ambition de devenir un pôle significatif à l’échelle européenne et internationale.

Références bibliographiques

Communiqué de presse INRA :

http://presse.inra.fr/Ressources/Communiques-de-presse/Lancement-de-l-institut-Sciences-Animales-Paris-Saclay

Site Web : http://saps.paris

Finalisation du regroupement de l'unité NBO restructurée

Résumé

Le 9 octobre 2015, la 3ème et dernière phase du déménagement de NBO s'est achevée, permettant à l'unité de se regrouper dans un même bâtiment du campus de Jouy-en-Josas, avec une animalerie rongeurs et un atelier également situés sur la "cour de la physio" du centre. Une nouvelle dynamique de fonctionnement de l’unité est impulsée par cette nouvelle organisation.

Contexte et enjeux

L'unité NBO (NeuroBiologie de l'Olfaction), qui est rattachée au département PHASE, s'est constituée en janvier 2014 à partir de l'unité NOeMI (Neurobiologie de l'Olfaction et Modélisation en Imagerie), rejointe par du personnel issu de l’Unité NuRéLiCe (Nutrition et Régulation Lipidique des Fonctions Cérébrales) d’AlimH en fermeture. Avec des équipes initialement dispersées sur 3 bâtiments du centre, sans compter l’animalerie rongeurs et l’atelier de l’unité, les échanges scientifiques au quotidien étaient freinés, l’animation et la gestion de l’unité NBO délicates.

Résultats

Divers travaux, dont certains réalisés avec l’appui des équipes travaux du centre, ont permis de préparer progressivement les locaux, avec en particulier 2 laboratoires dédiés à l’électrophysiologie, l’installation d’une pièce dédiée à l’anesthésie/perfusion/chirurgie de rongeurs équipée d’une aspiration/filtration des gaz, la rénovation d’une laverie, l’équipement d’une pièce climatisée pour les congélateurs, ainsi que la rénovation ou du rafraîchissement de plusieurs bureaux.

Après 3 étapes de déménagement depuis octobre 2014, l’unité restructurée, qui rassemble 35 agents, est maintenant regroupée au rez-de-chaussée haut du bâtiment 230-231 du campus de Jouy-en-Josas. Avec une animalerie rongeurs située au bâtiment 235 et un atelier au 212, NBO est ainsi recentrée sur la « cour de la Physio » du schéma directeur immobilier du centre.

NBO est ainsi installée à proximité de BDR, autre unité du collectif de recherche SAPS (Sciences Animales Paris Saclay), localisée majoritairement dans le même bâtiment, avec laquelle plusieurs projets sont menés en collaboration.

Perspectives

Piloter l’évolution organisationnelle du collectif pour assurer la bonne intégration de tous les personnels suite à ce regroupement. Poursuivre et dynamiser l’animation scientifique, pour un fonctionnement harmonieux et efficace dans la durée.

Valorisation

Poursuivre la participation de l’unité NBO dans l’institut SAPS en renforçant les collaborations.

Références bibliographies

Lettre d'Information du Centre de Jouy-en-Josas, n°38 octobre 2015

http://www6.jouy.inra.fr/nbo

http://saps.paris

Une obésité induite par l’alimentation altère l’homéostasie des tissus olfactifs et les comportements basés sur des clefs olfactives chez le rat 

Résumé

Notre étude montre que des rats présentant une obésité induite par une alimentation riche en graisses et en sucres, associée à une prédisposition génétique, présentent une atteinte de la fonction olfactive, caractérisée par une sensibilité moindre et de moins bonnes performances aux tests olfactifs adossées à des déficits d’apprentissage et de mémoire. Les tissus olfactifs de ces animaux présentent  une altération de l’expression des systèmes géniques liés à l’absorption du glucose et de l’expression de facteurs impliqués dans la dynamique cellulaire.

Contexte et enjeux

L’obésité est un enjeu majeur de santé public qui résulte de l’interaction entre facteurs génétiques et environnementaux, parmi lesquelles la disponibilité de sources de nourriture à forte valeur énergétique est pointée. On sait que la consommation alimentaire est régulée par les signaux hédoniques et sensoriels, parmi lesquels l’olfaction, joue un rôle clef (Palouzier-Paulignan, Lacroix et al., 2012). Des travaux menés dans l’unité ont montré l’importance des signaux métaboliques dans la modulation de la réponse aux odeurs dans des situations de jeûne (Baly et al., 2007 ; Lacroix et al., 2008, 2011 ; Badonnel et al., 2012) et d’obésité résultant de désordres génétiques (Badonnel et al., 2014) en pointant le rôle clefs des hormones de la prise alimentaire aux premiers niveaux d’intégration des odeurs, la muqueuse et le bulbe. Afin de comprendre si une obésité induite par l’alimentation s’accompagne de désordres olfactifs, nous avons comparé les performances olfactives d’animaux prédisposés génétiquement à l’obésité nourris avec une alimentation riche en sucres et graisses à des animaux contrôles soumis à un régime normal.

Résultats

Le modèle d’obésité induite par l’alimentation développé dans l’unité se caractérise par un état métabolique hyper-insulinémique et –leptinémique, une hyperphagie et des perturbations du rythme de prise alimentaire proches de ce qui est rapporté chez l’homme ("snacking" la nuit). A l’aide de tests olfactifs basés sur la recherche d’odeurs alimentaires ou non, nous observons une diminution générale de la sensibilité olfactive, une perturbation des capacités d‘apprentissage et de mémorisation, une atténuation de l’effet du jeûne et de l’injection d’insuline sur la modulation des comportements olfactifs des animaux obèses. Associé à ces déficits olfactifs, une modulation de la dynamique cellulaire, de l’expression du récepteur à l’insuline et de l’homéostasie glucidique est observée dans la muqueuse ou le bulbe olfactifs. Nos données cinétiques suggèrent que les déficits olfactifs pourraient apparaitre quelques semaines seulement après la mise en régime et pourraient participer à la spirale conduisant à la dérégulation de la prise alimentaire chez les individus obèses, en modifiant leur sensibilité aux odeurs. Une forme d’insulino-résistance du tissu olfactif et une dérégulation des réseaux d’homéostasie énergétique dans la muqueuse pourraient expliquer cette dérive sensorielle.

Perspectives

Consolidées par des résultats similaires obtenus par une équipe américaine quelques mois auparavant sur un modèle de souris obèses (Thiebaud et al., 2014), ces données indiquent que les tissus olfactifs constituent un bon modèle d’étude des atteintes neuronales précoces liées à des dérégulations métaboliques majeures comme l’obésité ou l’anorexie, afin de comprendre les mécanismes mis en jeu et d’identifier des marqueurs précoces comportementaux de ces atteintes. Sur le plan finalisé, nos données permettent d’envisager d’intégrer dans les thérapies de perte de poids des stratégies d’accompagnement visant à moduler le sens olfactif afin de favoriser un retour à un équilibre sensoriel et à une alimentation équilibrée.

Valorisation

Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans Chemical Senses (Lacroix et al., 2015), d’une communication au congrès européen de l’ECRO (European Congress of Chemosensory Organisation 09/2014) et aux 10ème colloque AROMAGRI (11/2014).

Références bibliographiques

Lacroix MC, Palouzier-Paulignan B, Aimé P, Baly C, Caillol M, Congar P, Julliard AK, Tucker K, Fadool DA. Chem. Senses, 2012, 37(9) : 769-797.

Baly C, Aioun J, Badonnel K, Lacroix MC, Durieux D, Schlegel C, Salesse R, Caillol M. Brain Res., 2007, 19, 1129(1), 130-141.

Lacroix MC, Badonnel K, Meunier N, Tan F, Schlegel-Le Poupon C, Durieux D, Monnerie R, Baly C, Congar P, Salesse R, Caillol M. J. Neuroendocrinol., 2008, 20(10), 1176-1190.

Lacroix MC, Rodriguez-Enfedaque A, Grebert D, Laziz I, Meunier N, Monnerie R, Persuy MA, Rivière S, Caillol M., Renaud F. J. Neuroendocrinol., 2011, 23(7), 627-640.

Badonnel K, Lacroix MC, Monnerie R, Durieux D, Caillol M, Baly C. Horm. Behav., 2012, 62(2), 120-127.

Badonnel K, Lacroix MC, Durieux D, Monnerie R, Caillol M, Baly C. Behav. Brain Res., 2014, 15, 270, 228-239.

Thiebaud N, Johnson MC, Butler JL, Bell GA, Ferguson KL, Fadool AR, Fadool JC, Gale AM, Gale DS, Fadool DA. J. Neurosci., 2014, 14, 34(20), 6970-6984.

La première étape de la détection des odorants est affectée par le stress chronique

Résumé

L’olfaction est un sens crucial pour la nutrition et reproduction animale. Les animaux de rente sont sujets à des stresseurs variés ; nous avons testé si l’exposition chronique et variable au stress (CVS) peut affecter la fonction olfactive dans notre modèle, le rat Wistar. Le CVS a induit plusieurs symptômes classiques de stress chronique et ceci a été associé avec une perte de réponse électrophysiologique aux odorants et une perte de neurones olfactifs. Nous étudions les mécanismes et la signification de ce phénomène.

Contexte et enjeux

La réponse de stress permet l’adaptation du corps au changement. Les médiateurs de la réponse de stress, tels les hormones glucocorticoïdes, permettent l’adaptation de la physiologie et du comportement. L’olfaction est le sens chimique qui permet la détection des odeurs afin de renseigner sur des indices environnementaux tels la palatabilité de la nourriture, l’attraction pour un partenaire sexuel ou même la santé. L’olfaction est régulée par, et permet la régulation par l’homéostasie. Nous avons donc posé la question de la régulation de la fonction olfactive par l’induction d’une réponse de stress.

Résultats

Afin de tester les effets du stress sur la détection des odeurs, nous avons étudié les effets d’un stress chronique variable sur la fonction olfactive du rat Wistar. Les animaux souffraient des symptômes classiques de stress chronique, selon les marqueurs étudiés, d’une manière consistante avec une action soutenue des hormones glucocorticoïdes (perte de poids, hyperplasie des surrénales, comportement pseudo-dépressif). Nous avons testé la fonction de la muqueuse olfactive (MO) par électro-olfactogramme (EOG) et avons observé une forte réduction de la réponse électrique de la MO en réponse aux odeurs. Ceci était associé à une perte de neurones olfactifs par apoptose. Un stress soutenu impacte donc la sensibilité olfactive.

Ensuite, nous avons étudié l’effet de manipulations aigues des hormones glucocorticoïdes sur des cellules de MO et l’olfaction. Nous avons identifié des cellules de MO qui répondent aux glucocorticoïdes et mesuré des réponses moléculaires, suite à un traitement avec un glucocorticoïde de synthèse (dexaméthasone), in vivo et in vitro. Nous avons aussi observé que la dexaméthasone cause une perte d’activité de la MO en réponse aux odeurs, ce qui paradoxalement est associé à une augmentation de la sensibilité olfactive in vivo, lors de taches comportementales d’habitation/déshabituation olfactive. Le stress affecte donc la fonction olfactive.

Perspectives

Ces connaissances peuvent être intégrées aux pratiques agricoles, au sein de stratégies visant à améliorer le bien-être des animaux de rente. Ce travail devrait servir d’incitation, afin de limiter les niveaux de stress lors de situation où l’olfaction joue un rôle (soins maternels, reproduction, formation de groupes sociaux).

La réduction de réponse olfactive observée chez les rats pseudo-déprimés reflète plusieurs observations faites en milieu clinique, chez des patients humains déprimés, un état associé avec des pertes olfactives. Par conséquent ces connaissances sont aussi pertinentes aux humains. Nous approfondissons notre exploration des effets du stress sur les structures impliquées dans la perception olfactive. Nous sommes aussi intéressés par la question de comment la valence des odeurs peut être altérée par le stress, une problématique aux implications aussi bien pratiques que philosophiques.

Valorisation

Raynaud A, Meunier N, Acquistapace A, Bombail V. Chronic variable stress exposure in male Wistar rats affects the first step of olfactory detection. Behav. Brain Res., 2015, 291, 36-45.

Raynaud A, Meunier N, Dewaele A, Grebert D, Durieux D, Le Bourhis M, Bombail V. Stress and olfaction: Glucocorticoids affect the first step of olfactory dection in male Wistar rat. Phychoneuroendocrinology, 2015, 61, 73-74

2014

L’endothéline découple les jonctions GAP des cellules non-neuronales (sustentaculaires et engainantes)  de la muqueuse olfactive

Résumé

De nombreux facteurs modulent la détection des odeurs par les animaux au niveau de la muqueuse olfactive (MO). Parmi eux, l’endothéline semble avoir des actions variées sur les différents types cellulaires de cette muqueuse. Nos résultats suggèrent que l’endothéline, au-delà d’une action neuroprotectrice précédemment démontrée dans la MO, pourrait modifier la détection des odorants au travers d’une modulation des communications via les jonctions GAP entre cellules non-neuronales.

Contexte et enjeux

Afin d’améliorer la palatabilité de la nourriture, essentielle au contrôle de la prise alimentaire chez les animaux d’élevage, il est nécessaire de mieux comprendre le fonctionnement des modalités sensorielles. En ce qui concerne la prise alimentaire, l’olfaction joue un rôle primordial. Alors que la majorité des études sont centrées sur les modulations du système nerveux central, l’existence de modulations périphériques commence tout juste à émerger (Lacroix, 2012). Les neurones olfactifs ont été la cible de la plupart de ces études. Cependant, comme dans le système nerveux central (Pannasch, 2011), les cellules gliales pourraient jouer un rôle dans la modulation des informations sensorielles dès la périphérie du système olfactif. Il est donc nécessaire de mieux caractériser les modulateurs extracellulaires affectant le fonctionnement des cellules non-neuronales de la muqueuse olfactive.

Résultats

De nombreux facteurs modulent la détection des odeurs par les animaux au niveau de la muqueuse olfactive (MO). Parmi eux, l’endothéline semble avoir des actions variées sur les différents types cellulaires de cette muqueuse. Tout comme leurs homologues du système nerveux central, les neurones sensoriels olfactifs (NSO) sont entourés de plusieurs types de cellules gliales  au sein de la MO : les cellules sustentaculaires (SCs) entourent leurs corps cellulaires, tandis que les cellules engainantes (OECs) emballent leurs axones. Alors que les premières contribuent à maintenir la structure et l’équilibre ionique de la muqueuse, les secondes assurent la protection et le guidage des axones vers le bulbe olfactif, et la régulation des flux sanguins locaux. Nous avons précédemment démontré que ces cellules non-neuronales sont particulièrement sensibles in vitro à l’endothéline (Gouadon, 2010). Dans la présente étude, nous avons confirmé, par hybridation in situ, que le système endothéline (peptides, récepteurs, …) est fortement exprimé dans la MO, et nous avons étudié ses effets sur les cellules non-neuronales par des approches d’électrophysiologie et d’imagerie calcique cellulaires. L’endothéline induit de fortes réponses calciques et un découplage des jonctions communicantes (GAP) dans les deux types de cellules non-neuronales étudiés (SCs et OECs). Ce découplage est similaire à celui induit par la carbénoxolone, un inhibiteur connu des jonctions GAP. Cependant, si l’endothéline est également connue pour son effet anti-apoptotique (neuroprotecteur), le seul découplage des jonctions GAP par la carbénoxolone ne suffit pas à mimer cet effet, suggérant un rôle fonctionnel supplémentaire de ce découplage des cellules non-neuronales de la MO par l’endothéline.

Perspectives

Ces résultats, qui doivent être confirmés in vivo, suggèrent la possibilité, au-delà d’un l’effet anti-apoptotique neuroprotecteur, d’une possible régulation de la détection des odeurs par l’endothéline, via une modulation des jonctions communicantes entre cellules de la MO (Zhang, 2010).

Valorisation

Le Bourhis M., Rimbaud S., Grebert D., Congar P., Meunier N. (2014).Endothelin uncouples gap junctions in sustentacular cells and olfactory ensheathing cells of the olfactory mucosa. European Journal of Neurosciences,  40(6), 2878-2887.

Références bibliographiques

Gouadon E., Meunier N., Grebert D., Durieux D., Baly C., Salesse R., Caillol M., Congar P. (2010). Endothelin evokes distinct calcium transients in neuronal and non-neuronal cells of rat olfactory mucosa primary cultures. Neuroscience, 165(2), 584-600.

Lacroix M.-C.*, Palouzier-Paulignan B.*, Aimé P., Baly C., Caillol M., Congar P., Julliard A.K., Tucker K., Fadool D.A. (2012). Olfaction under metabolic influences. Chemical Senses,  37(9), 769-797 (* co-premier auteur).

Pannasch U., Vargova L., Reingruber J., Ezan P., Holcman D., Giaume C., Sykova E., Rouach N. (2011). Astroglial networks scale synaptic activity and plasticity. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America, 108(20), 8467-8472.

Zhang C. (2010). Gap junctions in olfactory neurons modulate olfactory sensitivity. BMC Neuroscience, 11, 108–123.

Contacts : Patrice.congar@jouy.inra.frNicolas.meunier@jouy.inra.fr

Des mesures mécaniques sur des nanovésicules de membranes naturelles révèlent un module d'Young élevé indépendant de la composition lipidique membranaire

Résumé

Des nanovésicules naturelles pourraient être utilisées pour développer des nanoconteneurs pour des bioapplications. Ici, les propriétés mécaniques de nanovésicules obtenues à partir de fraction membranaire de levures S. cerevisiae sont mesurées. Ces vésicules sont fortement déformables, supportent des compressions répétées sans déformation irréversible, avec un module d'Young élevé par rapport à des liposomes artificiels reconstitués, et proche de celui de particules virales. De manière surprenante, les résultats sont similaires pour des nanovésicules de la membrane plasmique ou des membranes internes, malgré leur composition lipidique différente (en particulier en ergostérol), ce qui suggère fortement un rôle structural important des protéines membranaires dans la réponse mécanique.

Contexte et enjeux

Les nanovésicules d'origine naturelle ont un intérêt fondamental et appliqué comme nanoconteneurs pour la biomédecine et les biosenseurs basés sur des protéines membranaires. Ces enveloppes membranaires comprennent toutes les protéines associées aux membranes et les lipides synthétisés par des cellules, dans leur conformation native, dans l'environnement fluidique membranaire permettant les changements conformationnels physiologiques des protéines membranaires et leurs interactions avec des ligands. Contrairement aux liposomes synthétiques, les protéines membranaires d'intérêt n'ont pas besoin d'être purifiées et reconstituées dans des liposomes artificiels avec un risque de dénaturation de la protéine. Les protéines cytoplasmiques peuvent aussi être adaptées pour des applications allant de la détection chimique au transport de produits thérapeutiques.

L'étude de telles nanovésicules préparées à partir de différents compartiments et membranes cellulaires a connu un interêt croissant ces dernières années. La caractérisation de leurs propriétés physiques et chimiques constitue un réel défi. Leurs propriétés mécaniques sont d'une importance particulière, car elles affectent de façon cruciale leur stabilité et leur fonctionnalité. Par exemple, dans le domaine de la biomédecine, la perméabilité du tissu et l'efficacité à intercaler et à libérer des biomolécules conservant leur fonctionnalité devraient être améliorées dans le cas de vésicules élastiques, fortement déformables, avec une membrane fluide (Orthmann et al., 2012). Des vésicules ultra-déformables de taille inférieure à 100 nm pourraient combiner la stabilité structurale due à leur taille avec une adsorption et une intégration optimales dans les tissus vivants. Les propriétés mécaniques de ces nanovésicules sont aussi d'intérêt dans des applications pratiques de biocapteurs, en lien avec leur capacité de déformation et à leur stabilité lors de leur adsorption à la surface des biosenseurs (Calo et al., 2012). Jusqu'à maintenant, seules des propriétés mécaniques de nanovésicules synthétiques et semi-synthétiques de composition simple ont été décrites. En comparaison, le comportement mécanique de l'enveloppe lipidique obtenue par bourgeonnement de virions de la grippe à partir de membrane plasmique de cellules infectées (Schaap et al., 2012) et de particules et capsides virales dans leur conformation naturelle (Roos et al., 2010 ;Mateu, 2012)    a montré des modules d'Young (mesure de la rigidité d'un matériau élastique) remarquablement différents. Ceci révèle un rôle important de la composition et de la structure dans les propriétés mécaniques de ces nano-objets. Toutefois, l'influence de ces facteurs sur les propriétés des nanovésicules de membranes de cellules naturelles, qui contiennent une proportion significative de lipides et de protéines, était encore inconnue.

Résultats

Dans ce travail, les propriétés mécaniques de vésicules naturelles de taille nanométrique (Æ80 nm) obtenues à partir de la fraction membranaire de cellules de levures S. cerevisiae portant des récepteurs olfactifs exprimés de façon hétérologue et contenant du tampon (Minic et al., 2005) ont été étudiées précisément par microscopie à force atomique (AFM). Des sous fractions de membranes plasmiques et de membranes internes ont été étudiées pour élucider l'effet de la composition biochimique sur la réponse mécanique, en particulier en ce qui concerne le contenu en ergostérol. En effet on s'attend à ce que ce contenu, bien plus élevé dans la fraction de membrane plasmique de la levure que dans les membranes internes, joue un rôle similaire au cholestérol présent dans les cellules d'eucaryotes supérieurs, à savoir augmenter la rigidité membranaire, comme prouvé dans des expériences de spectroscopie de force sur des liposomes avec un ajout contrôlé de cholestérol  (Liang et al., 2004 ; Li et al., 2011). Ces nanovésicules naturelles ont été choisies pour leur pertinence dans le développement de biosenseurs basés sur des récepteurs olfactifs (Minic Vidic et al., 2006 ; Hou et al., 2007). Nos résultats montrent que de telles nanovésicules sont hautement déformables, c'est-à-dire qu'elles peuvent être totalement aplaties, et retrouver complètement leur forme après de multiples indentations paroi à paroi par la sonde d'AFM. La réponse mécanique peut être interprétée quantitativement en s'appuyant sur des simulations numériques par éléments finis, pour extraire des valeurs fiables du module d'Young. Celui-ci atteint une valeur remarquablement élevée d'environ 300 MPa, par comparaison avec d'autres systèmes de liposomes à base de phospholipides (10–100 MPa), et approchant les valeurs obtenues pour certains virus de taille comparable (300 MPa–3 GPa). Ce fait suggère un rôle significatif des protéines membranaires, incluant les récepteurs olfactifs exprimés de façon hétérologue et toutes les autres protéines naturellement présentes, par rapport aux lipides, dans la réponse mécanique de membranes naturelles. Il est corroboré par l'indépendance du module d'Young extrait par rapport à la composition lipidique des vésicules membranaires étudiées (membranes plasmiques ou internes). Ces résultats valident l'utilisation de la spectroscopie de force pour la caractérisation mécanique à l'échelle nanométrique de vésicules membranaires naturelles.

Perspectives

Les mesures de spectroscopie de force avec un microscopie à force atomique utilisées dans ce travail soulignent le rôle des protéines membranaires pour conférer une stabilité mécanique à la bicouche lipidique des nanovésicules, et sa possible implication dans des processus physiologiques impliquant des nanovésicules. Les nanovésicules préparées à partir de membranes naturelles peuvent être envisagées pour le développement de nanoconteneurs stables et biocompatibles avec des capacités fonctionnelles, de reconnaissance, et de détection renforcées. Ceci ouvre la perspective de leur utilisation potentielle comme nanoconteneurs robustes pour des bioapplication

Valorisation

Calò A., Reguera D., Oncins G., Persuy M.-A., Sanz G., Lobasso S., Corcelli A., Pajot-Augy E., Gomila G. (2014). Force measurements on natural  membrane nanovesicles reveal a composition-independent, high young's modulus. Nanoscale, 6(4), 2275-2285.

Références bibliographiques

Calò A.,   Sanmartí-Espinal M.,   Iavicoli P.,   Persuy M.-A.,   Pajot-Augy E.,   Gomila G., Josep Samitier J. (2012). Diffusion-controlled deposition of natural nanovesicles containing G-protein coupled receptors for biosensing platforms. Soft Matter, 8, 11632- 11643.

Hou Y., Jaffrezic-Renault N., Martelet C., Zhang A., Minic-Vidic J., Gorojankina T., Persuy M.-A., Pajot-Augy E., Salesse R., Akimov V., Reggiani L., Pennetta C., Alfinito E., Ruiz O., Gomila G., Samitier J., Errachid A. (2007). A novel detection strategy for odorant molecules based on controlled bioengineering of rat olfactory receptor I7. Biosensors and Bioelectronics, 22, 1550-1555.

Li S., Eghiaian F., Sieben C., Herrmann A., Schaap I.T.A. (2011). Bending and puncturing the influenza lipid envelope. Biophysical Journal, 100(3),  637–645.

Liang X., Mao G., Simon Ng K.Y. (2004). Mechanical properties and stability measurement of cholesterol-containing liposome on mica by atomic force microscopy. Journal of Colloid and Interface Science, 278, 53-62.

Mateu M.G. (2012). Mechanical properties of viruses analyzed by atomic force microscopy: a virological perspective. Virus Research , 168(1-2), 1-22.

Minic J. Persuy M.-A., Godel E., Aioun J., Connerton I., Salesse R., Pajot-Augy E. (2005). Functional expression of olfactory receptors in yeast and development of a bioassay for odorant screening. FEBS Journal, 272(2), 524-537.

Minic-Vidic J., Grosclaude J., Persuy M.-A., Aioun J., Salesse R., Pajot-Augy E. (2006). Quantitative assessment of olfactory receptors activity in immobilized nanosomes: a novel concept for bioelectronic nose.Lab Chip, 6(8), 1026-1032.

Orthmann A., Zeisig R., Süss R., Lorenz D., Lemm M., Fichtner I. (2012). Treatment of experimental brain metastasis with MTO-liposomes: impact of fluidity and LRP-targeting on the therapeutic result.

Pharmaceutical Research , 29(7), 1949-1959.

Ross W.H., Bruinsma R., Wuite G.J.L. (2010). Physical virology. Nature Physics, 6, 733-743.

Schaap I.A., Eghiaian F., des Georges A., Veigel C. (2012). Effect of envelope proteins on the mechanical properties of influenza virus. Biological Chemistry, 287(49), 41078-41088.

Contact : edith.pajot@jouy.inra.fr

Colloque international “La création olfactive”, La Sorbonne, 23-24 mai 2014 et publication des actes

Résumé

L'art olfactif est considéré comme mineur par rapport aux arts visuels et auditifs. Pourtant, en raison du pouvoir émotionnel des odeurs, de nombreux artistes s'y intéressent, en s'appuyant sur l'amélioration des techniques d'odorisation et sur les nouveaux concepts de la neuroesthétique. Enfin, les spectateurs semblent tout disposés à accueillir un langage olfactif.

Contexte et enjeux

La création artistique repose sur le primat de la vue et de l’ouïe. L’odorat fait figure de parent pauvre et ne donne lieu au mieux qu’à un art d’agrément, la parfumerie. Le problème est de savoir s’il est possible de concevoir une véritable création olfactive fondée sur une esthétique des odeurs. Il existe des pratiques olfactives culturelles, comme le Kôdô au Japon où les participants respirent et commentent la beauté et l’originalité de compositions odorantes inventées pour l’occasion. Le Kôdô propose un modèle d'esthétique olfactive dans sa double dimension créative et judicative. L'objectif est de comprendre aussi bien le processus d’invention de fragrances que sa perception par le public. Dans notre pays leader mondial de la parfumerie-cosmétique, l’objectif est de réhabiliter l’odorat et de lui donner une place originale dans les pratiques artistiques contemporaines.

Résultats

L’étude du Kôdô révèle l’intérêt pour la création olfactive de s’ouvrir à la culture nippone qui n’utilise pas les parfums pour le corps, mais les met à distance pour les apprécier comme des fins en soi, dotées d’une puissance esthétique marquée par l’éphémère et l’évanescent. Les observations effectuées lors d’enregistrements cérébraux EEG, aussi bien que le suivi de la création d'une pièce de théâtre, montrent l’importance d’une véritable pédagogie de l’acte de sentir, alliée au perfectionnement de techniques (onéreuses pour le moment) d’odorisation. Le projet a ainsi fourni aux artistes et aux parfumeurs des instruments théoriques nouveaux pour stimuler leur créativité et a contribué à perfectionner les techniques d’odorisation, grâce à l’expertise acquise.

Perspectives

Le colloque a permis à des participants de différents domaines (science, arts, medias) de se rencontrer. On note déjà quelques réalisations ou projets : une série de colloques (depuis 2012) sur les nouveaux champs de la création olfactive organisé par le pôle de compétitivité Cosmetic-Valley (qui a labellisé le projet Kôdô) ; deux nouvelles créations odorisées sur scène en 2014-2015 (Odo-Jazz à Nice et une pièce de théâtre à Paris) ; des "visites olfactives" de lieux patrimoniaux (châteaux, parcs, musées) organisées depuis 2012 ; une prise en considération dans les publications sur l'art contemporain (ex : projet sur http://www.artshebdomedias.com/).

Valorisation

La valorisation s'est faite à travers les publications notamment du livre "l'art olfactif contemporain" mais aussi à travers les créations artistiques mentionnées ci-dessus.

Références bibliographiques

L’art olfactif contemporain, dir. C. Jaquet, à paraître éditions Classiques Garnier.

Contact :roland.salesse@jouy.inra.fr

Prévention des dommages cérébraux liés au stress et au vieillissement par les apports en oméga-3 (Projet ANR « Neuromega-3 » ANR-09-ALIA-006-01)

Résumé

Le projet de recherche collaboratif Neuromega-3 coordonné par I. Denis et S.Vancassel (UR 909 NuReLiCe) a permis des avancées majeures sur la compréhension du rôle neuroprotecteur des oméga-3 vis-à-vis du stress et du vieillissement. Mené sur des cohortes de rats, durant 4 ans, il a montré que le vieillissement cognitif et neurophysiologique dépendant de l’hippocampe était aggravé par la déficience d’apport en oméga-3 et, au contraire, réduit par des apports en oméga-3 à longue-chaîne (huile de poisson).

Contexte et enjeux

Les études chez l’homme suggèrent (sans pouvoir le démontrer) que l’insuffisance des apports en oméga-3 dans les populations occidentales favorise le vieillissement cérébral. Les oméga-3 pourraient être ainsi un atout potentiel majeur dans la prévention du déclin cognitif, enjeu de santé publique. Pour proposer une politique de prévention raisonnable, il est nécessaire d’avancer sur la connaissance du rôle neuroprotecteur des oméga-3 en menant des études expérimentales intégrées (du cognitif au cellulaire);  c’était l’objectif du projet « Neuromega-3 ».

Résultats

Nous avons comparé les effets du stress chronique et du vieillissement sur des rats, soumis tout au long de la vie (dès la gestation) à une déficience en oméga-3, un apport en précurseurs (oméga-3 des huiles végétales) ou un apport en oméga-3 à longue-chaînes (huile de poisson). Chez les rats âgés, le déclin de la mémorisation spatiale est associé dans l’hippocampe à une diminution de l’efficacité de la neurotransmission glutamatergique passant par des altérations neuronales et astrocytaires.  Ces effets du vieillissement sont aggravés chez les rats déficients en oméga-3 (Latour et al, 2013) et au contraire atténués chez les rats supplémentés en huile de poisson (thèse A. Latour, 2013). Les apports en oméga-3 impactent également la neurogenèse hippocampique (Goustard-Langelier et al, 2013) ainsi que certaines réponses comportementales et physiologiques au stress chronique, renforcées par la déficience et diminuées par la supplémentation en huile de poisson (Hennebelle et al, 2012 + thèse).

Perspectives

Le projet « Neuromega-3 » est la première étude intégrée (reliant cognition, fonctionnement synaptique et marqueurs cellulaires) à montrer le rôle neuroprotecteur des apports nutritionnels en oméga-3, sur le long terme, vis-à-vis du vieillissement hippocampique. Le projet a ouvert plusieurs axes de recherche, notamment mécanistiques sur l’implication des dérivés oxydés des oméga-3 (I. Denis et C. Gladine (UMR1019 UNH, Clermont-Fd), les altérations de la neurogenèse (C. Heberden,  (UMR1319 Micalis, Jouy) et sur le rôle des oméga-3 dans la prise alimentaire (I. Denis).

 Validation

Le rapport de clôture du projet a été déposé à l’ANR en février 2014.

Le projet « Neuroméga-3 » a donné lieu à 8 publications à comité de lecture, 1 chapître d’ouvrage, 6 communications orales, 8 communications affichées, 1 revue de vulgarisation, 3 thèses, 3 rapports de M2.

Valorisation en préparation : 4 publications sur les résultats, 1  revue et 1 chapître d’ouvrage.

 Références bibliographiques

Denis I., Potier B., Vancassel S., Heberden C., Lavialle M. (2013). Omega-3 fatty acids and brain resistance to ageing and stress: body of evidence and possible mechanisms. Ageing Research Reviews, 12, 579– 594.

Goustard-Langelier B., Koch M., Lavialle M., Heberden C. (2013). Rat neural stem cell proliferation and differentiation are durably altered by the in utero polyunsaturated fatty acid supply. Journal of Nutritional Biochemistry, 24(1), 380-387.

Hennebelle M., Balasse L., Latour A., Champeil-Potokar G.,  Denis S., Gisquet-Verrier P., Lavialle M., Denis I., Vancassel S. (2012). Influence of omega-3 fatty acid status on the way rats adapt to chronic restraint stress. PlosOne, 7(7), e42142.

Hennebelle M, Champeil-Potokar G, Lavialle M, Vancassel S, Denis I. (2014). Omega-3 polyunsaturated fatty acids and chronic stress-induced modulations of glutamatergic neurotransmission in the hippocampus. Nutrition Reviews, 72(2), 99-112.

Latour A., Grintal B., Champeil-Potokar G., Hennebelle M., Lavialle M., Dutar P., Potier B., Billard J.M., Vancassel S.,  Denis I. (2013). Omega-3 fatty acids deficiency aggravates glutamatergic synapse and astroglial ageing in the rat hippocampal CA1. Aging Cell, 12(1), 76-84.

Contacts : isabelle.denis@jouy.inra.fr - sylvie.vancassel@bordeaux.inra.fr