L’expérience de chaque odeur découle de circuits cérébraux précis que les chercheurs révèlent maintenant avec des détails sans précédent

Les images ressemblant à des créatures marines qui accompagnent ce court métrage sont des portraits microscopiques de cellules cérébrales qui donnent un sens à des odeurs autrement invisibles, comme l’arôme d’une rose ou la puanteur d’un œuf pourri. Les gracieuses stries rouges et vertes révèlent les cellules du centre olfactif du cerveau de la souris : son bulbe olfactif. Le bulbe olfactif est organisé en centaines, voire en milliers, de grappes distinctes, appelées glomérules, et chaque glomérule répond de manière spécifique aux milliers de produits chimiques odorants flottant dans l’air. L’image ci-dessus montre un seul glomérule dans lequel les projections porteuses de signaux (axones) des cellules sensorielles du nez ont convergé.

Chaque glomérule reçoit des signaux de son propre sous-ensemble de neurones olfactifs, qui sont répartis de manière aléatoire dans le nez d’un animal, mais tous réglés pour détecter les odeurs de la même manière. Depuis les années 1990, les chercheurs (notamment Richard Axel, MD, de l’Institut Zuckerman, entre autres) savent que chacun de ces sous-ensembles de neurones olfactifs porte une protéine réceptrice de forme unique (grâce à un processus aléatoire basé sur les gènes) qui se verrouille spécifiquement sur une molécule odorante différente.

Et cela présente tout un mystère neuroscientifique : comment chaque cellule détectant les odeurs située au hasard dans le nez parvient-elle à envoyer des signaux à un seul glomérule spécifique dans le bulbe olfactif ? Cet exploit s’apparente à, disons, 50 amis qui sont à l’origine séparés dans des endroits aléatoires d’une ville se rendant au même appartement sans avoir initialement l’adresse. D’une manière ou d’une autre, ils savent tous intrinsèquement où aller.

Un aperçu essentiel de la façon dont le système olfactif atteint sa précision de câblage semble être en cours. Dans une étude publiée aujourd’hui dans Cellulele chercheur principal de l’Institut Zuckerman Stavros Lomvardas, PhD, et le candidat au doctorat en médecine Hani Shayya ont dirigé une équipe qui a dévoilé ce qu’ils soupçonnent être le processus d’organisation central chez la souris entre les cellules sensorielles du nez et leurs cibles glomérulaires dans le bulbe olfactif du cerveau.

Le cœur de leur découverte réside dans la forme de chaque protéine réceptrice car elle prend sa forme 3D unique dans un composant tubulaire de la cellule connu sous le nom de réticulum endoplasmique (ER). La forme de chaque protéine est déterminée par la séquence unique de ses composants d’acides aminés.

Chacune de ces séquences d’acides aminés, ont découvert les chercheurs, impose un degré mesurable de stress au RE (imaginez mettre divers objets dans une chaussette). D’une manière encore inconnue, ces différents degrés de stress ER agissent comme un réglage de cadran.

Chaque réglage déclenche un processus dirigé par les gènes par lequel les cellules sensorielles dirigent efficacement leurs axones (via des modèles de “molécules de guidage”) vers leurs glomérules cibles dans le bulbe olfactif. De cette façon, chaque sous-ensemble de cellules sensorielles avec la protéine réceptrice de même forme finit par projeter ses axones vers le même glomérule. Sans une cartographie récepteur-glomérule de ce type, une rose pourrait finir par sentir comme un œuf pourri et vice versa.

“C’est époustouflant”, a déclaré le Dr Lomvardas, également professeur de neurosciences, de biochimie et de biophysique moléculaire au Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia. “Ce système a trouvé un moyen de créer un moyen génétiquement codé et câblé de transformer l’identité du récepteur choisi au hasard en une cible très précise dans le bulbe olfactif.”

Il a souligné que les maladies neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, impliquent souvent des déficits olfactifs au début du processus de la maladie. Cela suggère que la détection précoce des perturbations dans le câblage de haute précision du système olfactif pourrait devenir “cliniquement importante”, a-t-il déclaré.

Shayya a souligné une autre possibilité alléchante. Peut-être que les neurones olfactifs ne sont pas seuls dans la façon dont le stress ER organise leur câblage avec les neurones en aval. “S’il s’avère que tous les neurones font cela, cette découverte pourrait nous aider à en savoir beaucoup plus sur le cerveau”, a déclaré Shayya.

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Matériaux fourni par Université de Colombie. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.