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Le génome humain contient plus de huit cents gènes de récepteurs olfactifs et 25 gènes derécepteurs au goût amer, qui sont exprimés dans de nombreux tissus. Très peu de données existentsur leur présence au niveau des muqueuses nasosinusiennes humaines. Les récepteurs olfactifs ontprobablement des fonctions en dehors de l’olfaction. Il est donc nécessaire d’établir lesquels d’entreeux participent à l’olfaction en les recherchant au sein de la muqueuse olfactive. Par ailleurs, lesrécepteurs au goût amer participent potentiellement à d’autres processus physiologiquesindépendants de la gustation. Au niveau du nez et des sinus, ces récepteurs pourraient êtreimpliqués dans l’immunité innée nasale.La première partie de ce travail s’est intéressée à l’expression des gènes des récepteurs olfactifs dansla muqueuse olfactive humaine. Des prélèvements de muqueuse olfactive entière ont pu êtreréalisés lors de 26 autopsies, puis analysés par les techniques de RT-qPCR. Nous mettons en évidenceque 273 gènes sont exprimés en moyenne. Un groupe de 90 gènes est exprimé chez tous les sujets,un autre groupe de 140 gènes est exprimé chez plus de la moitié des sujets et enfin un derniergroupe de 125 gènes est exprimé chez moins de la moitié des sujets. Cette variabilitéinterindividuelle d’expression des gènes de récepteurs olfactifs pourrait donc intervenir dans lavariabilité des performances olfactives entre individus. Nous avons également réalisé une deuxièmesérie de six prélèvements dans le but de préciser si une différence d’expression existait entre lamuqueuse olfactive antérieure et postérieure. Nos résultats montrent une expression semblableentre ces deux parties.La deuxième partie de ce travail a été consacrée aux récepteurs au goût amer. Le premier objectifconsistait à déterminer parmi les gènes de cette famille de 25 récepteurs, lesquels étaient expriméset à quel niveau dans la sphère nasosinusienne. Nous avons eu recours à la même approche baséesur la RT-qPCR, pour identifier et quantifier les ARN messagers de ces récepteurs au sein de septrégions des muqueuses nasosinusiennes provenant de prélèvements obtenus lors de sept autopsies.Nos résultats montrent une expression similaire parmi les différentes régions étudiées.Enfin, partant de données de la littérature qui suggèrent un rôle du récepteur au goût amer T2R38dans l’immunité nasale innée, nous avons exploré in vitro la capacité de ce récepteur à reconnaîtredifférents métabolites bactériens. Nos résultats montrent 7 nouveaux agonistes, suggérant que lerécepteur T2R38 est capable de détecter des métabolites bactériens plus variés que ce qui étaitprécédemment connu. / Doctorat en Sciences médicales (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le système olfactif conserve une remarquable capacité à renouveler certaines de ses populations cellulaires tout au long de la vie animale. Les progeniteurs des neurones sensoriels de l'épithélium olfactif sont produits localement, tandis que les précurseurs neuronaux qui donnent naissance aux intemeurones du bulbe olfactif (BO) sont générés dans la zone sous-ventriculaire et doivent migrer une longue distance avant d'atteindre le BO. Dans le BO adulte, ces précurseurs neuronaux se différencient en types neuronaux distincts, incluant les cellules GABAergiques situées dans la couche granulaire et divers groupes de neurones dans la couche glomérulaire, incluant des intemeurones GABAergiques et dopaminergiques, en plus d'autres sous types neuronaux exprimant la calrétinine et la calbindine. Bien que le rôle de l'activité sensorielle dans l'intégration et/ou la survie des cellules nouvellement générées dans le système olfactif soit bien établi, très peu est connu à propos de comment l'activité induite par des odeurs affecte la spécification du phénotype des cellules nouvellement générées, ou le maintient de celui-ci dans les populations neuronales générées chez l'adulte déjà existantes. Pour investiguer la possibilité que l'activité sensorielle puisse jouer un rôle dans ces processus, nous avons effectué une occlusion nasale unilatérale sur des souris adultes avant et après l'intégration de cellules nouvellement générées dans le réseau fonctionnel. Nous démontrons que la privation sensorielle diminue non seulement le nombre de cellules nouvellement générées dans le BO, mais réduit aussi la densité des cellules granulaires et périglomérulaires générées avant l'occlusion nasale. Nous montrons aussi que l'activité sensorielle joue un rôle important dans l' acquisition et le maintient du phénotype dopaminergique, mais pas pour les phénotypes GABAergique, calrétinine+ ou calbindine+. Nos données révèlent que l'activité induite par les odeurs est importante pour la survie des intemeurones bulbaires nouveau-nés ou déjà existants générés à l'âge adulte et suggèrent que ces populations chémospécifiques sont différemment affectées par la privation sensorielle.

Les figures de neuroanatomie de ce mémoire peuvent être téléchargées en haute résolution. / Une voie neuronale sous-tendant la locomotion induite par la détection d’odorants a été découverte chez la lamproie (Derjean et al., 2010). Le signal olfactif est relayé du bulbe olfactif médian au tubercule postérieur, puis à la région locomotrice mésencéphalique et enfin aux cellules réticulospinales qui activent les réseaux locomoteurs spinaux. Des études récentes démontrent que le bulbe olfactif médian est sous l’influence d’une inhibition GABAergique tonique qui régule les réponses des cellules réticulospinales à la stimulation du nerf olfactif (Daghfous et al., 2013). Des mécanismes de modulation supplémentaires pourraient exister dans le bulbe olfactif de Petromyzon marinus puisqu’il contient aussi des fibres dopaminergiques. Chez tous les vertébrés étudiés, la dopamine joue un rôle important dans le traitement olfactif. Des techniques anatomiques (traçage et immunofluorescence) et physiologiques (enregistrements intracellulaires) ont été utilisées pour étudier la modulation dopaminergique de la voie olfacto-motrice. L’immunofluorescence ciblant la dopamine a révélé des fibres plus nombreuses dans la partie médiane du BO et à proximité de neurones de projection et de fibres olfactives. De plus, aucun corps cellulaire immunopositif n’a été détecté dans le bulbe olfactif. L’enregistrement des réponses synaptiques des cellules réticulospinales à la stimulation du nerf olfactif a été réalisé dans le cerveau isolé in vitro. L’injection locale de dopamine dans le bulbe olfactif médian diminue de moitié l’amplitude de réponse. Sous l’effet d’un antagoniste des récepteurs GABAA dans le bain ou localement dans le bulbe olfactif médian, les dépolarisations soutenues enregistrées sont supprimées par l’injection de dopamine. Cependant, l’injection individuelle ou combinée dans le bulbe olfactif médian d’antagonistes sélectifs des récepteurs D1 ou D2, soit le SCH 23390 et l’éticlopride, demeure sans effet significatif sur les réponses olfacto-motrices, indiquant l’absence d’activité dopaminergique tonique. Pour localiser les neurones responsables de cette modulation, des injections de traceur axonal ont été combinées avec l’immunofluorescence ciblant la dopamine. Des cellules dopaminergiques projetant au BO médian ont été observées dans les noyaux dopaminergiques du tubercule postérieur et de l’hypothalamus périventriculaire. Dans l’ensemble, nos résultats montrent anatomiquement et physiologiquement la présence d’une innervation dopaminergique dans le bulbe olfactif médian qui a une action inhibitrice sur le traitement olfacto-moteur. / A neural substrate underlying odor-evoked locomotion was revealed in lampreys (Derjean et al., 2010), involving a neural pathway extending from the medial part of the olfactory bulb to the posterior tuberculum. The signal is then relayed to the mesencephalic locomotor region and eventually reaches reticulospinal cells that activate the spinal locomotor networks. Recent research in the lab (Daghfous et al., 2013) shows that the medial olfactory bulb, is under a tonic GABAergic inhibition gating reticulospinal cell responses to olfactory nerve stimulation. Additional modulatory mechanisms might exist in the olfactory bulb of Petromyzon marinus as it also contains dopaminergic fibers. In every vertebrate studied to date, dopamine plays an important role in olfactory processing. Anatomical (axonal tracers and immunofluorescence) and physiological (intracellular recordings) techniques were used to investigate the dopaminergic modulation of the olfacto-motor pathway. Dopamine immunofluorescence showed scarce innervation of the olfactory bulb that was most abundant in the medial part and in close vicinity to projection neurons and olfactory nerve fibers. Additionally, no dopamine-immunoreactive cell bodies were detected in the olfactory bulb. Synaptic responses of reticulospinal cells to olfactory nerve stimulation were recorded in the isolated brain. Local injection of dopamine in the medial olfactory bulb induces an almost two-fold decrease of the synaptic responses. When GABAA receptor antagonist GABAzine was also injected in the medial olfactory bulb, the effect of dopamine was much more evident and could suppress large bursts of action potentials. However, D1 (SCH 23390) and D2 (Eticlopride) receptor antagonists injection in the medial olfactory bulb failed to alter the amplitude of reticulospinal cell responses to olfactory nerve stimulation, indicating that this modulation is not tonic. To locate the neurons responsible for this modulation, tracer injections combined with dopamine immunofluorescence were performed. Dopaminergic cells projecting to the medial olfactory bulb were found in the dopaminergic nuclei of the posterior tuberculum and the periventricular hypothalamus. Altogether, our results show anatomically and physiologically the presence of a dopaminergic innervation within the medial olfactory bulb that mediates inhibitory effects on olfacto-motor signaling.

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Le système constitué de la zone sous ventriculaire (ZSV) et du bulbe olfactif (BO) est l’une des deux régions cérébrales capables à l’âge adulte de produire de nouveaux neurones. La mise en évidence de cette neurogénèse adulte bulbaire a suscité un grand nombre d’interrogations quant à son rôle fonctionnel. Cependant les études réalisées dans ce domaine sont rares et contradictoires. L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’impact de différentes expériences olfactives sur la neurogénèse afin de mieux comprendre son rôle fonctionnel. Nous avons choisi pour cela deux approches : d’une part l’étude de l’implication des néoneurones bulbaires lors de deux tâches d’apprentissage olfactif mettant en œuvre des odeurs neutres ; et d’autre part l’étude du rôle de ces néoneurones dans une situation de vie où l’olfaction joue un rôle primordial et où des variations de neurogénèse ont été rapportées: la maternité. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence grâce à une stratégie d’anatomie fonctionnelle que les néoneurones de 5 semaines étaient recrutés lors d’un apprentissage de discrimination olfactive, mais pas lors de la restitution de cette information. Dans un deuxième temps, nous avons mis en évidence que la maternité améliorait les performances olfactives, et que cette amélioration était abolie par un stress gestationnel. Cependant, nous n’avons pas pu mettre en relation ces modifications de performances olfactives liées à la maternité et au stress avec des variations de neurogénèse. Nos travaux supportent l’hypothèse selon laquelle les néoneurones bulbaires sont impliqués dans la discrimination olfactive et mettent en évidence pour la première fois un impact de la maternité, qu’elle soit normale ou pathologique, sur les performances olfactives des mères. / In the mammalian brain, the subventricular zone (ZSV) and olfactory bulb (BO) system is a region where new neurons are continuously added throughout adulthood. While the functional consequences of continuous hippocampal neurogenesis have been extensively studied, the role of olfactory adult-born neurons remains more elusive. In particular, the involvement of these newborn neurons in odor discrimination and long-term odor memory is still a matter of debate. To address this question, we used two approaches. In the first one, we studied the recruitment of granular olfactory newborn neurons in two different tasks of olfactory learning with neutral odors. In the second one we studied the role of olfactory newborn neurons in a life situation where olfaction is crucial and where an increase in olfactory neurogenesis was reported, i.e. motherhood. In the first study, we found that odor discrimination learning recruited newborn neurons preferentially over preexisting ones, while odor memory restitution did not specifically activate newborn cells. Results of our second study indicate that motherhood improves olfactory memory and that this enhancement is abolished by a gestational stress. However, in our experimental conditions, we could not relate variations in neurogenesis with the modifications of olfactory performances linked to motherhood or stress. In conclusion our work brings new data in support of a functional role for newborn neurons in olfactory discrimination and shows for the first time an impact of motherhood, whether normal or pathological, on the olfactory performances of mothers.

La caractérisation des odeurs dans les environnements intérieurs est nécessaire pour évaluer la qualité de l'air<br />perçue, ou l'impact des différentes sources, en particulier les revêtements de sols et de murs. L'utilité d'un<br />système multi-capteurs à ce titre paraît intéressante devant la lourdeur d'une évaluation sensorielle comprenant<br />plusieurs individus préalablement entraînés.<br />Afin de comprendre l'information issue du réseau de capteurs polymères conducteurs utilisés, leur réponse à<br />10 émissions de peintures fréquemment utilisées en ambiances intérieures a été confrontée aux évaluations<br />d'intensité d'odeurs des mêmes échantillons effectuées par 13 sujets (méthode des équivalences olfactives) et à<br />leur composition analytique respective. Trois espaces de réponses ont été construits à partir des différentes<br />matrices de résultats (10 peintures pour 13 sujets, 28 capteurs et 27 variables analytiques) traitées par analyse<br />factorielle des correspondances. Devant la dépendance des échantillons entre eux, l'espace olfactif quantitatif ne<br />présente que trois dimensions, dont la principale caractérise une sensation trigéminale confirmée par la présence<br />d'aldéhydes en fortes concentrations au niveau des échantillons glycérophtaliques. Cette dimension est la seule<br />retenue au niveau de l'espace d'interaction des capteurs avec les peintures, et la principale dans l'espace<br />analytique déterminé. La classification des peintures dans l'espace monodimensionnel des capteurs, ou dans la<br />première dimension de l'espace analytique, suit celle d'un individu anosmique spécifique, dont la seule présence<br />fait basculer le nombre de classes de peintures dans l'espace olfactif de 2 à 3. Il vient renforcer la nécessité de la<br />prise en compte des différences interindividuelles dans la caractérisation de l'odeur.<br />Un espace à quatre dimensions, réunissant l'ensemble des données, a été construit après retrait des<br />échantillons présentant un caractère trigéminal, par transformations des données en rangs. Les cinq groupes de<br />variables constitués sont supposés correspondre à des propriétés distinctes ligand-récepteur olfactif. Des<br />similitudes de classification des peintures ont été trouvées entre des capteurs et certains sujets, indiquant des<br />mécanismes de réponses proches. Ce type de démarche apporte des éléments sur la structure des récepteurs<br />olfactifs humains et à plus long terme sur le nombre de classes de récepteurs.<br />L'insuffisante prise en compte de la globalité de l'information sensorielle par les capteurs, impose la nécessité<br />d'une hybridation des technologies des capteurs et l'intégration de nouveaux systèmes plus sensibles basés sur la<br />spectrométrie de masse. Une répétition de capteurs identiques permettrait par ailleurs une convergence du signal<br />assurant une stabilité et un gain de sensibilité non négligeable. De mêmes conclusions peuvent être tirées de la<br />méthode analytique choisie, nécessitant une multiplication des systèmes de prélèvements différents et des<br />systèmes séparatifs élaborés couplés à une évaluation olfactive des effluents pour espérer identifier et quantifier<br />tous les composés odorants.<br />De tels progrès sont nécessaires pour espérer modéliser un jour le traitement de l'information olfactive par<br />des techniques de reconnaissance de formes élaborées

Le système olfactif partage de nombreux liens moléculaires, neuroanatomiques et fonctionnels avec le système de régulation de l'homéostasie énergétique. L'exploration de ces interactions nous a conduit à démontrer que la détection olfactive est modulée par les états alimentaires et métaboliques : des animaux affamés présentent une meilleure sensibilité olfactive que des animaux rassasiés. Cette modulation persiste chez les rats Zucker fa/fa obèses et disparaît chez les rats LouC résistants à l'obésité. Les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l'homéostasie énergétique apparaissent comme de bons candidats pour expliquer l'influence des états alimentaires et métaboliques sur la détection olfactive. Afin de tester directement leur action sur la détection olfactive, nous avons évalué les rôles de l'Orexine A, un neuropeptide hypothalamique orexigène, ainsi que de la leptine et de l'insuline, deux hormones d'adiposité périphériques, sur la capacité de détection olfactive de rats Wistar. Ainsi, nous avons démontré que l'injection ICV d'orexine A induit une augmentation de la détection olfactive. A l'inverse, les injections ICV de leptine et d'insuline induisent une diminution de la détection olfactive. Les récepteurs de l'orexine A, de l'insuline et de la leptine sont largement exprimés au niveau du système olfactif. En particulier, les récepteurs de l'insuline présentent une régionalisation marquée et sont très abondants au niveau de plusieurs catégories cellulaires du bulbe olfactif, le premier relais central de l'information olfactive. Nous avons également montré que la quantité d'insuline bulbaire variait en fonction de l'état alimentaire tandis que la densité des récepteurs n'était pas modifiée. L'ensemble de ces données, corroboré par d'autres travaux de la littérature, suggère que les hormones et les neuropeptides impliqués dans la régulation de l'homéostasie énergétique jouent également un rôle majeur dans la régulation de la fonction olfactive. Les molécules orexigènes, libérées en état de faim et de carence énergétique, augmentent la détection olfactive et participent à l'initiation du comportement alimentaire. A l'inverse, les molécules anorexigènes libérées en état de rassasiement et d'abondance énergétique, diminuent la détection olfactive et conduisent à l'arrêt de la prise alimentaire. La compréhension des mécanismes qui sous-tendent les interactions entre l'odorat et la régulation de la prise alimentaire et de la masse corporelle pourrait permettre à terme d'évaluer l'importance de la perception sensorielle de la nourriture lors de la mise en place de troubles du comportement alimentaire.

Chez les mamifères terrestres, l'échantillonnage des odeurs (flairage) est inextricablement lié à la respiration. Le flairage contraint à la fois le décours temporel et l'intensité de l'input olfactif. Or le flaireage est un acte dynamique, il peut varier aussi bien en fréquence qu'en débit. Dans une 1ère partie de mon travail de thèse, nous avoins souhaité caractériser l'impact des variations de fréquence et de débit respiratiore sur l'activité du bulbe olfactif. Pour cela, nous avons mis au point une méthode de double trachéotomie chez le rat anesthésié nous permettant de contrôler précisément les flux d'air ans la cavité nasale. En paralèlle, nous avons enregistrer l'acitivité unitaire et de réseau du bulbe olfactif. Nous montrons que les variations de flairage modulent la représentation neuronale bulbaire des odeurs en modifiant à la fois l'activité de décharge des cellules principales et l'occurence des oscillaations du potentiel de champ local. Dans une 2e partie de ma thèse, nous avons souhaitécomprendre quel pouvait être le rôle du flairage chez un animal qui se comporte. Nous avons posé l'hypothèse qu'un animal pouvait adapter sa façon de flaireer en fonction de la qualité des molécules odorantes. Pour tester cette hypothèse, nous avons mis au point un système d'enregeistrement non invasif de la respiration couplé à une tâche de discrimination olfactive chez le rat. Nous montrons non seulement que les animaux peuvent adapter leur flairage en fonction des molécules odorantes masi également en focntion du contexte dans lequel l'odeur est présentée. L'ensemble de ces résultats s'intègre donc dans la problématique plus générale de l'intégration sensori-motrice.

L'objectif de cette thèse est d'utiliser MEMRI (manganese-enhanced magnetic resonance imaging) pour étudier le traitement d'odeurs signifiantes dans le cortex olfactif primaire de rats dans les conditions les plus proches de la perception naturelle. MEMRI est une méthode fondée sur la détection d'un agent de contraste fonctionnel et rémanent de l'activité neuronale, le manganèse, qui a prouvé son efficacité pour montrer le traitement différencié d'odeurs dans le bulbe olfactif chez l'animal vigile. Cependant, cette technique a été surtout utilisée pour tracer les voies neuronales, mais relativement peu pour explorer des fonctions sensorielles. C'est pourquoi nous avons conduit deux études visant l'une à définir les conditions d'application du manganèse et l'autre à optimiser le traitement des images MEMRI, avant d'aborder la question biologique proprement dite. S'appuyant sur ces développement méthodologiques, nous avons ensuite utilisé MEMRI pour étudier les variations du traitement d'odeurs signifiantes (odeurs de nourriture et de prédateur comparées à une situation de contrôle) dans le cortex olfactif primaire de rats. Nous avons montré que le traitement cérébral d'une odeur de prédateur est différent de celui de la situation de contrôle dans le cortex olfactif primaire. Nous avons confirmé ce résultat par immunomarquage Fos dans le cortex piriforme. Mis ensemble, les résultats de MEMRI et Fos suggèrent que le traitement cérébral d'une odeur peut varier en terme de taille de populations de neurone recrutés ainsi qu'en termes d'intensité de l'activation de ces neurones. Enfin, les résultats MEMRI montrent qu'un message olfactif crucial, pour la survie, est traité asymétriquement dans le cerveau. Les avancées méthodologiques et scientifiques qu'apporte cette thèse ouvrent la voie à une meilleure compréhension du traitement cérébral des odeurs.