III. Comment interpréter une odeur : l'éducation du cerveau

        

        - Interaction spatiale :

 

      Des observations ont donné naissance à la notion de codage spatial des         odeurs. Chaque odeur serait ainsi caractérisée par une activation                 géographique spécifique de la population neuronale, et chaque neurone         stimulé contribuerait à la détermination de l’odeur. De plus on sait que les     protéines réceptrices portées par les cellules olfactives sont                         particulièrement riches en groupements chimiques CONH, COOH et NH2     susceptibles dedonner et de recevoir des liaisons hydrogène. On peut         donc raisonnablement supposer que la reconnaissance des molécules par     les récepteurs se fait, pour partie au moins, par l'intermédiaire de ces         liaisons, qui sont très sensibles à la relation géométrique entre les                 éléments liés. Par ailleurs, on peut s'attendre, par analogie avec les             interactions connues en pharmacologie, à ce que les forces dites de van         der Waals* et les interactions hydrophobes jouent aussi un grand rôle.         Ces forces s'exercent à très courte distance, entre des parties de molécule     peu chargées, constituées essentiellement de carbone et d'hydrogène.

      Enfin, alors que les molécules odorantes ne présentent pas de charge           électrique globale, elles peuvent fort bien présenter des charges localisées, parfois importantes, qui entraînent la présence de dipôles dans la molécule. Les protéines des récepteurs présentant aussi des dipôles, on peut supposer des interactions entre ces dipôles, dans la mesure où leur orientation relative dans l'espace est convenable.

 

- Transduction

 

Des  réparations de membranes de neurones récepteurs, ou mieux, de cils olfactifs isolés par un choc calcique, montraient l'élévation de l'activité de l'adénylate cyclase lorsqu'elles étaient incubées en présence de certains odorants. Dans les préparations de cils olfactifs et avec une méthode d'observation biochimique, l'accroissement d'AMPc (L'adénosine mono-phophate cyclique est transitoire et rapide, intervenant dans les 50 ms suivant l'ajout du stimulus. L'augmentation d'AMPc est bloquée par la toxine.

 

Alors que les récepteurs du goût utilisent plusieurs systèmes moléculaires de transduction, les récepteurs olfactifs n’en utilisent apparemment qu’un ou deux. Toutes les molécules de la transduction sont situées dans les petits cils. La voie olfactive la plus commune peut être schématisée ainsi :

- Suite à la fixation d’une molécule odorante sur les protéines transmembranaires spécifiques (Stimulus odorant) les protéines G sont stimulées et provoquent l’activation de l’adénylcyclase. Cette activation conduit à la formation d’AMPc à partir d’ATP. Ensuite il y a liaison de l’AMPc sur des canaux spécifiques des cations qui amène à l’ouverture des ces canaux et à l’entrée de Na+ et de Ca2+. L’entrée de calcium active l’ouverture de canaux Chlore qui provoquent la sortie des ions Cl-. Ces entrées et sorties d’ions mènent à la dépolarisation de la membrane qui jouera un rôle électrique par la suite. Quand les canaux sélectifs pour les cations sensibles à l’AMPc sont ouverts, le flux du courant est entrant et la membrane du neurone olfactif est dépolarisée. Avec le sodium, le canal sensible à l’AMPc laisse entrer une grande quantité de calcium dans les cils. Le courant chlore activé par le calcium pourrait amplifier le potentiel récepteur olfactif. Ceci est une différence par rapport à l’effet habituel des courants chlore qui inhibent les neurones (dans les cellules olfactives, la concentration interne en chlore doit être exceptionnellement élevée pour qu’un courant chlore soit susceptible de dépolariser plutôt que d’hyperpolariser la membrane). Si le  potentiel récepteur ainsi initié est assez élevé, il atteindra le seuil des potentiels d’action dans le corps cellulaire et des décharges se propageront tout le long de l’axone, jusqu’au SNC. Cette voie de transduction des signaux présente 2 traits inhabituels : les protéines de liaison de la substance chimique vont différer d’une substance à l’autre mais le mécanisme de transduction par l’AMPc sera généralement conservé quelle que soit la substance. Il existerait 500-1000 gènes différents de protéines réceptrices des stimuli odorants (la plus grande famille de gène actuellement découverte). Il est probable que chaque protéine réceptrice ne fixe qu’un certain type de substance odorante, mais on ne connaît pas les détails. Toutes ces protéines sont des protéines à 7 domaines transmembranaires couplées à des protéines G (Pace et al,1985) dont la plupart stimulent la production d’AMPc. Il semble également que chaque cellule olfactive n’exprime qu’un seul type de récepteur seulement. De nombreux travaux se sont consacrés à l'étude d'une autre voie de transduction mettant en jeu l'inositol triphosphate (IP3) comme second messager. Certains auteurs ont montré que les membranes ciliaires contenaient des canaux sélectifs pour les cations et ouverts directement par l'odeur (Labarca et al., 1988). Peu de travaux se sont consacrés à la recherche d'autres canaux de ce type. L'action directe du stimulus sur le canal n'offre pas l'avantage d'amplifier le signal comme le fait la transduction passant par la synthèse d'un grand nombre de molécules de second messagers susceptibles d'ouvrir simultanément, après diffusion, de nombreux canaux dans la membrane.