Les capacités cognitives pour assurer l'exploration et la découverte de nouvelles niches écologiques sont au cœur des processus d'adaptation et de survie des espèces vertébrés et invertébrés. A cet égard, les systèmes neuronaux chimio-sensoriels composés des organes olfactifs et gustatifs permettent le guidage et repérage des sources de nourritures et/ou des partenaires sexuels. Un fait marquant chez les insectes et en particulier la drosophile réside dans le fait que les organes gustatifs sont disséminés sur le corps. La bordure antérieure de l'aile est tapissée avec des sensilles gustatives alternées avec des sensilles mécaniques. La fonctionnalité et le rôle des cellules gustatives au niveau de l'aile de la drosophile reste énigmatique et à ce jour largement inconnue (Stocker, 1994). Notre travail a consisté à explorer la signalisation et le mécanisme de transduction de ces récepteurs et à questionner leur importance dans l'adaptation des insectes à leur écosystème. Nos résultats portent sur trois volets. Nous avons vérifié que l'expression des récepteurs du goût est effective dans les ailes des trois insectes différents (drosophiles, pucerons et abeilles) par RT-PCR. Nous avons ensuite étudié la fonctionnalité de ces récepteurs vis-à-vis des molécules sucrées et amères à l'aide d'une souche transgénique (G-CaMP), qui exhibe une forte fluorescence provoquée par des piques de calcium cytosolique. Enfin, des tests comportementaux ont été réalisé avec une souche transgénique (Poxn*) dans laquelle les sensilles chimio-sensorielles de l'aile sont spécifiquement invalidés sans altérer les autres structures olfactives et/ou gustatives. Les résultats montrent un effet significatif des cellules chimio-sensorielles de l'aile quant à l'orientation dans l'espace et à l'apprentissage Bayesien. Nos résultats sur ces trois volets nous ont permis d'élaborer des hypothèses au regard de l'évolution neuroanatomique de l'aile des insectes depuis les organismes ancestraux d'origine marine desquels ils dérivent. Des experts en aérodynamiques proposent la création d'un vortex durant le vol qui forme une spirale de courant d'air le long de la bordure antérieur de l'aile. La parfaite superposition entre ce vortex et le nerf costal de l'aile nous permet de déduire que les vibrations de l'aile entre 50 et 1.000 Hertz chez les insectes sont en mesure de nébuliser des matériaux (micro poussières, micro gouttelettes, molécules faiblement volatiles) lesquels vont être captés/entrainés dans le vortex et adressés aux sensilles gustatives. Notre hypothèse est que ce mécanisme permettrait aux insectes pollinisateurs de gouter les fleurs sans se poser et sans mettre à contribution la trompe buccale (proboscis). Ce scénario permettrait de dissocier le goût de l'ingestion digestive en évitant les empoisonnements par des molécules toxiques émises par les plantes et d'autre part il rend l'exploration plus efficace, en minimisant le temps de recherche.

Les capacités cognitives pour assurer l’exploration et la découverte de nouvelles niches écologiques sont au cœur des processus d’adaptation et de survie des espèces vertébrés et invertébrés. A cet égard, les systèmes neuronaux chimio-sensoriels composés des organes olfactifs et gustatifs permettent le guidage et repérage des sources de nourritures et/ou des partenaires sexuels. Un fait marquant chez les insectes et en particulier la drosophile réside dans le fait que les organes gustatifs sont disséminés sur le corps. La bordure antérieure de l’aile est tapissée avec des sensilles gustatives alternées avec des sensilles mécaniques. La fonctionnalité et le rôle des cellules gustatives au niveau de l’aile de la drosophile reste énigmatique et à ce jour largement inconnue (Stocker, 1994). Notre travail a consisté à explorer la signalisation et le mécanisme de transduction de ces récepteurs et à questionner leur importance dans l’adaptation des insectes à leur écosystème. Nos résultats portent sur trois volets. Nous avons vérifié que l’expression des récepteurs du goût est effective dans les ailes des trois insectes différents (drosophiles, pucerons et abeilles) par RT-PCR. Nous avons ensuite étudié la fonctionnalité de ces récepteurs vis-à-vis des molécules sucrées et amères à l’aide d’une souche transgénique (G-CaMP), qui exhibe une forte fluorescence provoquée par des piques de calcium cytosolique. Enfin, des tests comportementaux ont été réalisé avec une souche transgénique (Poxn*) dans laquelle les sensilles chimio-sensorielles de l’aile sont spécifiquement invalidés sans altérer les autres structures olfactives et/ou gustatives. Les résultats montrent un effet significatif des cellules chimio-sensorielles de l’aile quant à l’orientation dans l’espace et à l’apprentissage Bayesien. Nos résultats sur ces trois volets nous ont permis d’élaborer des hypothèses au regard de l’évolution neuroanatomique de l’aile des insectes depuis les organismes ancestraux d’origine marine desquels ils dérivent. Des experts en aérodynamiques proposent la création d’un vortex durant le vol qui forme une spirale de courant d’air le long de la bordure antérieur de l’aile. La parfaite superposition entre ce vortex et le nerf costal de l’aile nous permet de déduire que les vibrations de l’aile entre 50 et 1.000 Hertz chez les insectes sont en mesure de nébuliser des matériaux (micro poussières, micro gouttelettes, molécules faiblement volatiles) lesquels vont être captés/entrainés dans le vortex et adressés aux sensilles gustatives. Notre hypothèse est que ce mécanisme permettrait aux insectes pollinisateurs de gouter les fleurs sans se poser et sans mettre à contribution la trompe buccale (proboscis). Ce scénario permettrait de dissocier le goût de l’ingestion digestive en évitant les empoisonnements par des molécules toxiques émises par les plantes et d’autre part il rend l’exploration plus efficace, en minimisant le temps de recherche. / Cognitive capacities used to ensure the exploration and discovery of new ecological niches are at the heart of the process of adaptation and survival of vertebrate and invertebrate species. In this respect, the neural chemosensory systems, composed of the olfactory and gustatory organs, allow the guidance and finding of food sources and/or sexual partners. A striking feature in insects and particularly in Drosophila is that gustatory organs are disseminated in the body. The anterior margin of the wing is lined with gustatory sensilla alternated with mechanosensory sensilla. The function of gustatory cells in the wing of Drosophila remains enigmatic and actually quite unknown (Stocker, 1994). Our work consisted in exploring the signaling and the transduction mechanisms of these receptors and in questioning their importance in the adaptation of insects to their ecosystem. Our results are based on three components. We have verified that the expression of gustatory receptors occurs in the wings of three different insects (Drosophila, aphid and honey bee) by RT-PCR. We have studied the function of these receptors vis-à-vis of sweet and bitter molecules using a transgenic line (G-CaMP) that exhibits a strong fluorescence provoked by cytosolic calcium picks. Finally, behavioral assays have been realized with a transgenic line (Poxn*) in which the chemosensory sensilla have been invalidated without altering the other olfactory and gustatory structures. Our results show a significant effect of wing chemosensory cells as far as orientation is space and Bayesian learning and have permitted us to elaborate hypothesis regarding the neuroanatomical evolution of the wing of insects since ancestral organisms of marine origin from which they derive. Experts in aerodynamics propose the creation of a vortex during flight that forms a spiral of air along the anterior border of the wing. The perfect superposition between this vortex and the costal nerve of the wing allows us to deduce that the vibrations of the insect wing between 50 and 1.000 Hertz are able to nebulize materials (microdust, microdrops, weakly volatile molecules), which are captured/trapped in the vortex and addressed to the gustatory sensilla. Our hypothesis is that this mechanism would let pollinator insects taste flowers without landing and without involving the proboscis. In this scenario insects would dissociate taste from ingestion, avoiding poisoning by toxic molecules emitted by plants and rending exploration more efficient by minimizing searching time.

Molécules du goût et odeurs se fixent sur des récepteurs dits gustatifs et olfactifs, présents dans la bouche et le nez. Ils sont donc en contact avec le monde environnant. Toutefois, on les trouve également dans des organes isolés de l’extérieur, comme le pancréas ou le cerveau, où ils ne sont plus impliqués dans la détection du non-soi. Ils y régulent la glycémie ou l’activation du système immunitaire. Dans le cerveau, leurs rôles demeurent mystérieux. Mon travail a consisté à déterminer: 1) si, et où les récepteurs gustatifs et olfactifs sont présents dans le cerveau humain, 2) quand, où et pourquoi les récepteurs olfactifs sont présents dans le cerveau de souris et 3) si une maladie comme Alzheimer peut modifier leur expression. Mes résultats montrent qu’ils sont présents dans l’ensemble du cerveau humain et particulièrement dans le «cerveau émotionnel». De plus, le cerveau de souris «Alzheimer» surexprime des récepteurs olfactifs, notamment dans les neurones. Le cerveau est donc capable de goûter et sentir son monde intérieur. On peut imaginer que ces récepteurs jouent un rôle dans la détection de la maladie et, qui sait, qu’ils participent à la lutte contre ses effets néfastes. / Taste molecules and odours bind to so-called gustatory and olfactory receptors present in the mouth and nose. They are therefore in contact with the surrounding world. However, they are also found in organs isolated from the outside, such as the pancreas or brain, where they are no longer involved in the detection of non-self. They regulate blood sugar levels or the activation of the immune system. In the brain, their roles remain mysterious. My work consisted in determining: 1) if, and where, taste and smell receptors are present in the human brain, 2) when, where and why smell receptors are present in the mouse brain, and 3) whether a disease like Alzheimer's can change their expression. My results show that they are present in the entire human brain and particularly in the "emotional brain". In addition, the brains of "Alzheimer" mice overexpress olfactory receptors, particularly in neurons. The brain is therefore able to taste and feel its inner world. It is conceivable that these receptors play a role in detecting the disease and, who knows, in combating its harmful effects.

Les insectes ont développé un système chimiosensoriel gustatif leur permettant de discriminer les stimuli sensoriels indispensables à leur survie et à leur reproduction. Afin d’être efficace, le système gustatif doit être sensible et permettre une élimination rapide des molécules sensorielles afin d’éviter la saturation des récepteurs et ainsi assurer la détection et l’intégration des signaux chimiosensoriels. Présentes dans l’espace péri-récepteur, les enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX), impliquées principalement dans la détoxication des organismes, pourraient avoir un rôle central dans la modification et/ou l’arrêt du signal sensoriel en catalysant la biotransformation de ces molécules et en favorisant leur élimination.Afin d’analyser l’implication des EMX dans les processus chimiosensoriels, nous avons centré notre étude sur le rôle potentiel des Cytochromes P450 (CYP), dans la perception et le métabolisme de la caféine chez Drosophila melanogaster. Nous avons identifié plusieurs CYP dont l’expression est fortement modulée dans les organes sensoriels et dans le corps par la caféine. L’inhibition ciblée de l’expression de certains CYP dans les neurones sensoriels provoque une perturbation de la perception de la caféine, mettant ainsi en évidence le rôle crucial de ces enzymes dans les mécanismes chimiosensoriels. En parallèle, nous avons caractérisé le métabolisme de la caféine chez la drosophile puis, nous avons mis en évidence l’implication directe de CYP6d5 dans la dégradation de la caféine en théobromine.L’ensemble de ces travaux montre pour la première fois, l’implication directe des cytochromes P450 dans les mécanismes de perception sensorielle et dans le métabolisme de la caféine chez la drosophile. / Insects have developed a gustatory system, allowing them to detect sensory molecules essential to their survival and their reproduction. In order to be efficient, the gustatory system must be sensitive, allowing a rapid elimination of sensory molecules in order to avoid the receptor saturation and insuring the detection and the integration of chemosensory signals.Located in the peri-receptor environment, xenobiotic metabolizing enzymes (EMX), mainly implicated in detoxification, could have a crucial role in the modulation of the sensory signal by catalyzing the biotransformation of sensory molecules and promoting their elimination.To analyze the involvement of XME in chemosensory processes, we focused our project on the putative role of Cytochromes P450 (CYP) in caffeine sensory perception and metabolism in Drosophila melanogaster. We identified several CYP, which the expression is strongly modulated in sensory organs and in the body by caffeine. The specific-targeted silencing of some CYP expression in sensory neurons leads to an alteration of caffeine perception, revealing the crucial role of these enzymes in chemoperceptive processes. In parallel, we characterized the caffeine metabolism in Drosophila, and highlighted a direct involvement of CYP6d5 in the degradation of caffeine into theobromine. This work shows for the first time, a direct implication of cytochromes P450 in sensory perception mechanisms and in the metabolism of caffeine in Drosophila.