Une carte cachée dans le nez pourrait expliquer le fonctionnement de l’odorat
L’odorat façonne notre expérience du monde quotidien. Il nous aide à détecter des dangers, enrichit les saveurs et est étroitement lié à la mémoire et aux émotions. Malgré son importance, les scientifiques peinent à comprendre pleinement comment ce sens fonctionne au niveau biologique.
« L’olfaction est super-mystérieuse », a déclaré Sandeep (Robert) Datta, professeur de neurobiologie à l’Institut Blavatnik de l’École de médecine de Harvard. Comparé à la vision, à l’audition et au toucher, la biologie de l’odorat reste moins bien comprise.
Dans une nouvelle étude menée sur des souris, Datta et ses collègues ont élaboré la première carte détaillée montrant comment plus de mille types de récepteurs olfactifs sont organisés à l’intérieur du nez. Les résultats remettent en question des hypothèses de longue date. Au lieu d’être distribués de manière aléatoire, les neurones portant ces récepteurs sont hautement organisés. Ils forment des bandes horizontales, ou rayures, allant du haut au bas du nez, regroupées par type de récepteur.
« Nos résultats apportent de l’ordre à un système que l’on pensait auparavant désordonné, ce qui change conceptuellement notre façon de penser ce fonctionnement », a déclaré Datta, auteur principal de l’étude. Les chercheurs ont également montré que cette carte dans le nez s’aligne avec des cartes correspondantes dans le bulbe olfactif du cerveau, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur la façon dont les informations olfactives circulent du nez vers les circuits neuronaux.
Les résultats de cette étude ont été publiés le 28 avril dans la revue Cell.
Historiquement, les scientifiques ont compris comment les récepteurs sensoriels sont organisés dans les yeux, les oreilles et la peau, et comment ces schémas se connectent au cerveau. L’odorat a été l’exception. « L’olfaction est la seule exception ; c’est le sens qui a été dépourvu de carte pendant le plus longtemps », a déclaré Datta.
Une des raisons de cette complexité est que les souris possèdent environ 20 millions de neurones olfactifs, chacun exprimant l’un des plus de mille types de récepteurs. En revanche, la vision des couleurs chez l’homme repose sur seulement trois types de récepteurs principaux. Chaque récepteur olfactif détecte un ensemble spécifique de molécules odorantes, rendant le système beaucoup plus complexe.
Les chercheurs ont commencé à identifier les récepteurs olfactifs en 1991. Au cours des décennies suivantes, ils ont cherché des schémas dans l’organisation de ces récepteurs. Des études antérieures ont suggéré que les récepteurs apparaissaient dans seulement quelques zones larges, conduisant à l’idée que leur placement était principalement aléatoire.
Avec l’avènement de nouveaux outils génétiques, l’équipe de Datta a réexaminé la question avec des méthodes plus puissantes.
En analysant environ 5,5 millions de neurones chez plus de 300 souris, l’équipe a combiné le séquençage unicellulaire, qui identifie quels récepteurs chaque neurone exprime, avec la transcriptomique spatiale, qui localise ces neurones. « C’est désormais sans doute le tissu neuronal le plus séquencé jamais étudié, mais nous avions besoin de cette ampleur de données pour comprendre le système », a précisé Datta.
Les résultats ont révélé un schéma clair et cohérent. Les neurones forment des rayures horizontales organisées et se chevauchant en fonction du récepteur qu’ils portent. Cette disposition était presque identique chez tous les animaux étudiés et correspondait étroitement à la façon dont les informations olfactives sont mappées dans le cerveau.
Les chercheurs ont également examiné comment cette structure précise se développe. Ils ont identifié l’acide rétinoïque, une molécule régulant l’activité génique, comme un facteur clé. Un gradient d’acide rétinoïque dans le nez semble guider les neurones, les aidant à activer le récepteur olfactif approprié en fonction de leur position. Lorsque les chercheurs ont modifié les niveaux de cette molécule, la carte des récepteurs a complètement décalé vers le haut ou vers le bas.
« Nous montrons que le développement peut réaliser cet exploit d’organiser mille récepteurs olfactifs différents en une carte incroyablement précise, cohérente entre les animaux », a déclaré Datta.
Une étude distincte dirigée par le laboratoire de Catherine Dulac, professeur à l’Université de Harvard, a publié des résultats cohérents dans le même numéro de Cell.
Au-delà de l’avancement de la science fondamentale, cette découverte pourrait avoir des implications pratiques. La perte de l’odorat dispose actuellement de peu de traitements efficaces, bien qu’elle puisse affecter la sécurité, la nutrition et la santé mentale. « Nous ne pouvons pas rétablir l’odorat sans comprendre comment il fonctionne à un niveau fondamental », a déclaré Datta.
L’équipe travaille désormais à comprendre pourquoi les rayures de récepteurs apparaissent dans un ordre spécifique et si la même organisation existe chez les humains. Cette connaissance pourrait orienter de nouvelles approches, y compris des thérapies par cellules souches ou des interfaces cerveau-ordinateur, visant à restaurer le sens de l’odorat. « L’odorat a un effet profond et omniprésent sur la santé humaine, donc le restaurer n’est pas seulement une question de plaisir et de sécurité, mais aussi de bien-être psychologique », a conclu Datta. « Sans comprendre cette carte, nous sommes condamnés à échouer dans le développement de nouveaux traitements. »
Les auteurs supplémentaires de l’article incluent David Brann, Tatsuya Tsukahara, Cyrus Tau, Dennis Kalloor, Rylin Lubash, Lakshanyaa Kannan, Nell Klimpert, Mihaly Kollo, Martin Escamilla-Del-Arenal, Bogdan Bintu, Andreas Schaefer, Alexander Fleischmann et Thomas Bozza. Le financement de la recherche a été fourni par les National Institutes of Health, le Yang Tan Collective à Harvard, et une bourse de recherche de la National Science Foundation.
Source : Cell
