La magie sensorielle de l'odorat émerge d'un mécanisme qui adapte chacune des cellules sensorielles du nez, suggère une étude sur la souris

La magie sensorielle de l’odorat émerge d’un mécanisme qui adapte chacune des cellules sensorielles du nez, suggère une étude sur la souris

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Le nez des mammifères est une œuvre d’art évolutive. Ses millions de cellules nerveuses, chacune dotée d’un seul des milliers de récepteurs chimiques d’odeurs spécifiques codés dans le génome, peuvent collectivement distinguer un billion d’odeurs distinctes. Ces sensations, à leur tour, influencent de nombreux comportements, depuis l’évaluation des options alimentaires jusqu’à la distinction entre amis et ennemis, en passant par l’éveil de souvenirs.

Dans la revue Natureune équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Institut Zuckerman de Columbia décrit un mécanisme jusqu’alors non détecté chez la souris, mettant en vedette la molécule génétique ARN, qui pourrait expliquer comment chaque cellule sensorielle, ou neurone, du nez des mammifères est adaptée pour détecter une odeur chimique spécifique.

Par exemple, il y a des neurones sensoriels dans notre nez qui portent des récepteurs spécialement réglés pour détecter l’éthylvanilline, le principal odorant de la vanille, et d’autres cellules dotées de récepteurs pour le limonène, l’odorant signature du citron.

“La manière dont les cellules sensorielles du nez choisissent leurs récepteurs est l’un des mystères les plus épineux de l’olfaction”, a déclaré Stavros Lomvardas, Ph.D., professeur Herbert et Florence Irving à l’Institut Zuckerman de Columbia et auteur correspondant de l’article. “Maintenant, l’histoire derrière notre odorat, ou olfaction, devient plus claire et aussi plus dramatique.”

Le drame sensoriel auquel il fait référence se déroule entièrement dans les minuscules limites du noyau de chaque neurone olfactif, où résident les chromosomes et les gènes de la cellule. Là, dans une compétition où le gagnant remporte tout, les gènes des récepteurs olfactifs d’une cellule en développement rivalisent les uns avec les autres dans un processus qui les répartit, par étapes, d’abord vers une poignée de finalistes, puis vers un seul gagnant. Le gène prédominant est celui qui détermine la sensibilité de la cellule aux odeurs.

Dans leur étude, le Dr Lomvardas et son équipe découvrent les détails de l’étape finale de ce processus, lorsque le gagnant émerge des gènes finalistes.

“Il s’agit essentiellement d’une bataille entre 1 000 concurrents”, a déclaré Ariel Pourmorady, premier auteur du journal et titulaire d’un doctorat en médecine. candidat à l’Institut Zuckerman dans le laboratoire Lomvardas.

L’action est extrêmement complexe et implique un casting vertigineux de personnages moléculaires. Diverses molécules régulatrices des gènes jouent un rôle qui augmente ou diminue la capacité de chaque gène à produire des récepteurs olfactifs. En se regroupant en diverses alliances au sein du génome, ces acteurs moléculaires contribuent à activer ou désactiver des gènes spécifiques.

Un autre ensemble de centres moléculaires qui remodèlent des parties du génome de manière à favoriser des gènes récepteurs spécifiques est également en jeu. Lorsque son équipe les a observées pour la première fois dans le génome en 2014, le Dr Lomvardas les a surnommées « îles grecques » car elles lui rappelaient les îles de la mer Égée.

“Il s’avère que le génome a une certaine organisation spatiale dans le noyau et que les changements dans cette structure sont essentiels lorsqu’il s’agit de déterminer quels gènes sont exprimés en protéines, comme les récepteurs olfactifs”, a déclaré Pourmorady. “Nous apprenons à quel point ce processus est important au sein des cellules olfactives en cours de maturation.”

Dans leur nouveau Nature Dans cet article, les chercheurs rassemblent une mine de données issues d’études sur la souris indiquant que l’ARN est la molécule clé du mécanisme de sélection des gènes du système olfactif. L’ARN est surtout connu comme la molécule intermédiaire qui traduit le code génétique incorporé dans l’ADN en molécules protéiques ayant des tâches cellulaires spécifiques, comme la détection des odeurs.

Cependant, en utilisant des techniques sophistiquées pour analyser les changements dans la structure du génome à mesure que les cellules mûrissent, les chercheurs affirment que leurs preuves suggèrent un deuxième rôle essentiel pour l’ARN.

“Il semble que l’ARN produit par la cellule lors de l’expression des gènes modifie également l’architecture du génome de manière à renforcer l’expression d’un gène du récepteur olfactif tout en fermant tous les autres”, a déclaré Pourmorady.

De grandes lacunes subsistent dans cette histoire du contrôle du génome, mais les chercheurs affirment que les grandes lignes sont de plus en plus définies. Cela commence par la maturation des cellules olfactives, qui expriment initialement de nombreux gènes récepteurs au niveau des centres génomiques où convergent les molécules et complexes régulant les gènes, y compris les îles grecques.

Ensuite, l’ARN réduit les gènes des récepteurs olfactifs en conflit à un seul. Le centre particulier de chaque cellule, où les étoiles moléculaires s’alignent pour produire la plus grande quantité d’ARN, remporte la compétition. À ce niveau, l’expression des gènes récepteurs explose. Mais, tel un saboteur sournois, l’ARN de ce même hub peut se frayer un chemin vers tous les autres hubs. À ces endroits, l’ARN provoque des changements de forme dans le génome qui arrêtent l’expression des gènes. Le résultat est un nez de neurones olfactifs matures, dont chacun ne porte à sa surface qu’un seul récepteur odorant.

“Nous atteignons les limites de la science-fiction en ce qui concerne les détails moléculaires et génomiques que nous pouvons désormais observer à l’intérieur du noyau d’une seule cellule”, a déclaré le Dr Lomvardas. “Nous devons continuer à y retourner pour comprendre le reste de ce puzzle olfactif.”

La liste complète des auteurs comprend Ariel D. Pourmorady, Elizaveta V. Bashkirova, Andrea M. Chiariello, Houda Belagzhal, Albana Kodra, Rachel Duffié, Jerome Kahiapo, Kevin Monahan, Joan Pulupa, Ira Schieren, Alexa Osterhoudt, Job Dekker, Mario Nicodemi. et Stavros Lomvardas.

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