Plasticité cellulaire et moléculaire de la muqueuse et du bulbe olfactifs en relation avec l’état métabolique et l’odorisation environnementale

Plasticité cellulaire et moléculaire de la muqueuse et du bulbe olfactifs en relation avec l’état métabolique et l’odorisation environnementale. Réunion annulelle 2014 GDRO

Long-Lasting Metabolic Imbalance Related to Obesity Alters Olfactory Tissue Homeostasis and Impairs Olfactory-Driven Behaviors

Obesity is associated with chronic food intake disorders and binge eating. Food intake relies on the interaction between homeostatic regulation and hedonic signals among which, olfaction is a major sensory determinant. However, its potential modulation at the peripheral level by a chronic energy imbalance associated to obese status remains a matter of debate. We further investigated the olfactory function in a rodent model relevant to the situation encountered in obese humans, where genetic susceptibility is juxtaposed on chronic eating disorders. Using several olfactory-driven tests, we compared the behaviors of obesity-prone Sprague-Dawley rats (OP) fed with a high-fat/high-sugar diet with those of obese-resistant ones fed with normal chow. In OP rats, we reported 1) decreased odor threshold, but 2) poor olfactory performances, associated with learning/memory deficits, 3) decreased influence of fasting, and 4) impaired insulin control on food seeking behavior. Associated with these behavioral modifications, we found a modulation of metabolism-related factors implicated in 1) electrical olfactory signal regulation (insulin receptor), 2) cellular dynamics (glucorticoids receptors, pro- and antiapoptotic factors), and 3) homeostasis of the olfactory mucosa and bulb (monocarboxylate and glucose transporters). Such impairments might participate to the perturbed daily food intake pattern that we observed in obese animal

Expérience olfacto-gustative foetale et conséquences post-natales

National audienceJournée d'étude pluridisciplinaire VENDREDI 10 NOVEMBRE 2023 En présence d'historiens, obstétriciens, philosophes, psychiatres, psychologues et sages-femmes.

Licence 2 : Biologie Programmation épigénétique dans le bulbe olfactif en lien avec l'environnement maternel : cartographie de la 5-méthylation et de la 5-hydroxyméthylation

Doctora

Plasticity Mechanisms at the Peripheral Stage of the Olfactory System

International audienceGiven the crucial involvement of olfaction in vital behaviors, the olfactory system has given priority to the functioning sustainability and robustness throughout the phylogenetic evolution. In addition, given the limitless and constantly changing number of potential stimuli, the olfactory system also gave priority to plasticity. Such priorities may account for some of exceptional adaptation skills which are expressed from the periphery. Manipulating the odorant environment has been an easy experimental way to study and evidence the olfactory system plasticity and has provided interesting insights into molecular mechanisms which maintain a robust, but plastic captors’ system, to sample the chemical environment

Modulation par le jeûne de la représentation spatiotemporelle d'une odeur de nourriture et d'une odeur nouvelle dans le bulbe olfactif du rat

L olfaction est importante pour de nombreuses fonctions vitales comme la reproduction, les interactions sociales, la détection des aliments et le comportement alimentaire. Toutefois, l'impact nutritionnel sur le système olfactif n'a pas été précisément décrit. Dans ce contexte, le sujet de cette thèse consistait en l étude des effets du jeûne sur la représentation spatiotemporelle des odeurs dans le bulbe olfactif principal (BO), une structure assurant la première étape du codage de l'information olfactive dans le cerveau.Dans le BO, les caractéristiques des molécules odorantes sont représentées sous forme d activitéspatiale et temporelle respectivement dans la couche glomérulaire et celles des cellules mitrales et granulaires. Pour étudier le codage spatial au niveau glomérulaire, nous avons utilisé l imagerie optique du signal intrinsèque qui permet de cartographier l activité évoquée sur la surface du BO en réponse à des odeurs. Pour étudier le codage temporel des odeurs, nous avons enregistré les variations spécifiques de l'activité oscillatoire du potentiel de champ local (LFP) dans les couches profondes.Nous avons testé les réponses aux odeurs chez des rats mis à jeun pendant 17 heures par rapport aux rats nourris ad libitum. Nous avons utilisé deux stimuli olfactifs à des concentrations différentes: la première (odeur commerciale d arôme d'amande) est associée à la nourriture car elle est préalablement incorporée dans une pâte sucrée présentée aux rats quotidiennement ; le second (hexanal), est une molécule odorante pure, nouvelle et neutre pour eux. L'utilisation de ces odeurs dans une gamme de concentrations faibles nous a permis d étudier les modifications de seuil d activation du BO. Nous avons analysé les deux types de représentation spatiale et temporelle chez des rats anesthésiés, à jeun versus nourris. Nous avons observé que les cartes spatiales et les changements des profils oscillatoires évoqués dans le BO sont présents pour les deux types de stimuli à de faibles concentrations chez tous les rats à jeun mais pas chez tous les animaux nourris. Par contre, pour les fortes concentrations d'odeurs, nous avons observé plus de réponses chez les animaux nourris. Nous avons conclu que le jeûne affecte profondément le seuil d activation spatiotemporelle du BO.Nous avons alors cherché à identifier les candidats moléculaires qui pourraient déclencher cetteplasticité olfactive à jeun. Nous avons analysé dans le BO la variation de l'expression des récepteurs à deux hormones satiétogènes, la leptine et l'insuline, mais n'avons pas trouvé de changement significatif entre les deux groupes de rats. En outre, l'injection intrapéritonéale de leptine n'a pas inversé le profil oscillatoire induit chez des rats à jeun. Nous avons conclu que la leptine n'agit pas à elle seule dans la signalisation de l'état nutritionnel qui induit la plasticité bulbaire. Nous avons également cherché des modifications spécifiques des circuits du BO pendant le jeûne et avons obtenu des données préliminaires intéressantes sur la plasticité astrocytaire. Enfin, nous avons mené un nouveau projet sur le rôle des endocannabinoïdes dans la prise alimentaire. Le THC est un agoniste des récepteurs CB1 aux endocannabinoïdes qui induit une hyperphagie. Les CB1 étant présents dans le BO, nous avons testé ses effets sur l'activité oscillatoire chez des souris à jeun. Nous avons trouvé que le THC inhibe la désensibilisation olfactive qui est déclenchée chez les souris contrôle par la présentation d'odeurs répétées.Olfactory cues are important for many vital functions as reproduction, social interactions, fooddetection and feeding behavior. However, the nutritional impact on the olfactory system has not been precisely described. Here we studied the effects of fasting on the spatiotemporal activities in the main olfactory bulb (OB), a structure supporting the first step of odor coding in the brain.Odorant signals undergo a complex processing that starts in the Main Olfactory Epithelium where the olfactory sensitive neurons (OSN) are located. OSN project into the OB where odorant features (among them identity and concentration) evoke spatiotemporal patterns of activities located respectively at the glomerular and mitral/granule cells levels. The spatial coding at the glomerular level is classically studied by optical imaging of odor-evoked activities on the surface of the MOB in response to different odors at different concentrations. The temporal coding is characterized by specific variations in the oscillatory activity of the Local Field Potential (LFP) in deeper layers.We tested odor responses in the OB in 17 hours-fasted rats compared to ad libitum-fed rats. We used two olfactory stimuli at different concentrations: the first one (almond aroma odor) is associated to food since it is incorporated into a homemade cake that rats love to eat; the second is the pure odorant hexanal which is new and neutral for them. Using these odorants at low concentrations to probe threshold modifications, we analyzed both types of OB coding (spatial and temporal) at the levels where they occur (glomerular layer and mitral/granule cell layers respectively) in anesthetized rats.Using intrinsic optical signals imaging and local field potential recording, we observed that odor maps and changes in oscillatory patterns of activity in the OB are present for both types of stimuli at low concentrations in all fasted rats but not in all fed animals. For higher odor concentrations, further fed animals responded. We conclude that fasting deeply impacts the overall odor threshold detection in the OB.Then, we sought to identify putative molecular candidates that could trigger this olfactory plasticity in fasted conditions. We have checked the variation of receptor expression for leptin and insulin, two anorexigen hormones, in the OB but did not find any significant changes between the two groups. In addition, i.p. injection of leptin did not reverse the oscillatory profile induced in fasted rats. We concluded that leptin does not act solely in signalling the nutritional state that induces the OB plasticity. We are still looking for specific modifications of OB circuits during fasting and we present interesting preliminary data about astrocytic plasticity in this manuscript. Finally, we have also run a new and exciting project dealing with the role of endocannabinoids in food intake: since THC, a potent agonist of endocannabinoids CB1 receptors which are expressed in the OB, selectively increases food intake when injected at low doses, we tested its effects on the OB oscillatory activity in fasted mice. We found that THC inhibits olfactory desensitization that is triggered in control mice by repeated odor presentation.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Modulation of olfactory signal detection in the olfactory epithelium: focus on the internal and external environment, and the emerging role of the immune system

International audienceDetection and discrimination of odorants by the olfactory system plays a pivotal role in animal survival. Olfactory-based behaviors must be adapted to an ever-changing environment. Part of these adaptations includes changes of odorant detection by olfactory sensory neurons localized in the olfactory epithelium. It is now well established that internal signals such as hormones, neurotransmitters, or paracrine signals directly affect the electric activity of olfactory neurons. Furthermore, recent data have shown that activity-dependent survival of olfactory neurons is important in the olfactory epithelium. Finally, as olfactory neurons are directly exposed to environmental toxicants and pathogens, the olfactory epithelium also interacts closely with the immune system leading to neuroimmune modulations. Here, we review how detection of odorants can be modulated in the vertebrate olfactory epithelium. We choose to focus on three cellular types of the olfactory epithelium (the olfactory sensory neuron, the sustentacular and microvillar cells) to present the diversity of modulation of the detection of odorant in the olfactory epithelium. We also present some of the growing literature on the importance of immune cells in the functioning of the olfactory epithelium, although their impact on odorant detection is only just beginning to be unravelled

6. Olfactory integration and odour perception: Part II: Flavor perception, from molecule to receptor and brain integration

International audienceThe olfactory system has to process the limitless chemical world of odours. Everything begins in the nose in which, the volatile odorant molecules enter in rhythm with our breathing. On the forefront are the olfactory sensory neurons (OSNs) which process sensory information by integrating simultaneously, as soon as the first sniff, quantitative, qualitative and temporal features of stimuli and, send to the next level, the olfactory bulb (OB) a well-defined description of stimulus attributes. At the OB level, the incoming peripheral message is sorted and in so doing designs an incident functional map. At this level, the sensory information is furthermore amplified, filtered and transformed, this probably resulting in an olfactory code based on fine temporal tuning of spike activities within mitral-tufted neuron assemblies. Such a multiplexed code based on both temporal and frequency parameters would further use gamma oscillations as a global clock and appears as especially adapted to face multidimensional stimuli which inputs are fragmented across OB. Then the processed olfactory information diverges to the piriform cortex where the olfactory percept forms. At the next stage, the olfactory information is combined together with the information from other sensory organs and compared with previous experiences to give the final odour perception. As all the other senses, olfaction can display genetic, gender and aging variations in performances. In addition, the olfactory function can be impacted by stress, circadian rhythm and in women by the reproductive neuro-endocrine status

TOXICITE NEURO-DEVELOPPEMENTALE D’UNE EXPOSITION GESTATIONNELLE A LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE. EFFETS A COURT ET A LONG TERME DE L’INHALATION REPETEE DE PARTICULES DE FUMEES DE DIESEL CHEZ LE LAPIN.

Airborne pollution, especially from diesel exhaust, is a major public health concern. Several epidemiological studies make it responsible for the premature death of tens of thousands of individuals per year. Apart from its impact on the respiratory and cardiovascular systems, it is also pointed at increasing neurological diseases in adults. Among its components, the fine and ultrafine particles emitted by diesel engines are highly criticized. Indeed, these particles are able to gain the circulatory system to reach various organs and, in a certain degree, the brain. If their neurotoxicity is highly suspected in directly exposed populations, the consequences of maternal exposure on both fetal brain maturation and neurobehavioral development after birth remain poorly understood. Several recent studies conducted on humans or animal models have highlighted neurotoxic risks related to gestational exposure, due to the fragility of the brain at such critical period for its anatomic and functional development. Nevertheless, the consequences of maternal exposure on fetal brain maturation and neurobehavioral development after birth remain poorly understood in conditions of controlled and repeated low exposure. The aim of the thesis, funded by ADEME as part of the ANSES BrainAirPoll project (EST 2014/1/190), was to study the short- and long-term neurotoxic effects of gestational exposure to diesel engine fumes enriched with fine particles in conditions mimicking human exposure. The work was conducted in rabbit, because of its hemodichorial placentation which is anatomically and functionally closer to that in humans than that in rodents. It focused on describing the damages to the anatomical and functional continuum between the olfactory system and the brain using behavioral, neurochemical and histological approaches in the late fetus and in adults.The results suggest the presence of chemically undefined nanosized particles in fetal olfactory tissues of exposed animals and a cellular disorganization of the same tissues, which is associated to localized neurochemical damage in the olfactory bulb and in several regions of the brain involved in dopaminergic and serotoninergic transmission, suggesting a denervation of centrifugal bulbar neuromodulatory systems from the central nervous system. At birth, a modulation in perinatal olfactory sensitivity in rabbits in response to the mammary pheromone, the perception of which is essential for triggering feeding behavior, is observed, suggesting a modification of the nervous networks of individuals born to exposed dams. Neurochemical disturbances persist in adults, despite little impact on olfactory-based behaviors. Interestingly, a sex-dependent differential effect of exposure to filtered diesel engine exhaust on monoaminergic systems is observed in fetuses and adults. We propose that these neurodevelopmental perturbations of the anatomo-functional continuum between the olfactory system and the brain may indicate a neurotoxic potential to be confirmed and underline the need to further investigate the eventual link with the emergence of human neurodegenerative diseases. These data confirmed that prenatal phase should be considered as an important window for brain development, during which there is an elevated susceptibility to environmental insults. Preventing exposure of pregnant woman to a polluted environment should, therefore, be considered by public authorities.La pollution atmosphérique, et plus particulièrement celle liée à la phase particulaire, est une préoccupation majeure de santé publique, plusieurs études épidémiologiques la rendant responsable de la mort prématurée de dizaines de milliers d’individus par an. En dehors de son impact sur les systèmes respiratoires et cardiovasculaires, elle est également pointée du doigt dans l’accroissement des affections neurologiques chez l’adulte. Parmi ses composants, les particules fines et ultrafines émises par les moteurs diesel sont aujourd’hui très critiquées. En effet, ces particules sont capables de gagner le système circulatoire et d’atteindre divers organes, et dans une certaine mesure le cerveau. Si leur neurotoxicité est fortement suspectée dans les populations directement exposées, les conséquences d’une exposition maternelle sur la maturation cérébrale fœtale et sur le développement neurocomportemental de l’individu après la naissance restent mal connues. Plusieurs études récentes menées sur l’homme ou des modèles animaux soulignent pourtant des risques neurotoxiques liés à l’exposition gestationnelle, du fait de la fragilité particulière du cerveau en développement. Néanmoins, les conséquences d’une exposition maternelle sur le développement du cerveau du fœtus et sur la maturation cérébrale fœtale et sur le neurodéveloppement de l’individu après la naissance sont peu étudiées dans des conditions de faible exposition contrôlée et répétée. Cette thèse, financée par l’ADEME dans le cadre du projet ANSES BrainAirPoll (EST 2014/1/190) a étudié les effets neurotoxiques à court et long terme d’une exposition gestationnelle aux fumées de moteur diesel enrichies en particules fines dans des conditions mimant l’exposition humaine. Ce travail a été mené chez le lapin, un modèle animal de la placentation humaine. Il s’est focalisé sur la description des atteintes sur le continuum anatomique et fonctionnel entre système olfactif et cerveau par des approches comportementales, neurochimiques et histologiques chez le fœtus en fin de gestation et chez l’adulte.Au stade fœtal, les résultats suggèrent la présence d'amas de particules de taille nanométrique sans que leur nature soit déterminée dans les tissus olfactifs des animaux exposés, une désorganisation cellulaire de ces tissus et des atteintes neurochimiques localisées au niveau du bulbe olfactif et dans certaines régions du cerveau pour la transmission dopaminergique et sérotoninergique, suggérant une dénervation des systèmes neuromodulateurs bulbaires centrifuges venant du système nerveux central. A la naissance, une modification de la sensibilité olfactive périnatale chez les lapereaux en réponse à la phéromone mammaire, dont la perception est essentielle au déclenchement du comportement de tétée, est associée, suggérant une modification des réseaux nerveux des individus issus de mères exposées. Les perturbations neurochimiques persistent à long terme, malgré peu d’impact sur les comportements à base olfactive. De façon intéressante, un effet différentiel de l'exposition aux gaz d’échappement de moteur diesel filtré selon le sexe est observé sur les systèmes monoaminergiques des fœtus et adultes.Les atteintes neurodéveloppementales touchant le continuum anatomo-fonctionnel entre le système olfactif et le cerveau décrites ici indiquent un potentiel neurotoxique à confirmer et soulignent la nécessité d'investiguer de façon plus approfondie l'éventuel lien avec l’émergence des maladies humaines neurodégénératives. Ces données confirment que la phase prénatale doit être considérée comme une fenêtre importante pour le développement du cerveau, au cours de laquelle il existe une susceptibilité élevée aux agressions de l'environnement. Les autorités publiques devraient donc envisager de donner priorité à la prévention de l'exposition de la femme enceinte à un environnement pollué

TOXICITE NEURO-DEVELOPPEMENTALE D’UNE EXPOSITION GESTATIONNELLE A LA POLLUTION ATMOSPHERIQUE. EFFETS A COURT ET A LONG TERME DE L’INHALATION REPETEE DE PARTICULES DE FUMEES DE DIESEL CHEZ LE LAPIN.

Airborne pollution, especially from diesel exhaust, is a major public health concern. Several epidemiological studies make it responsible for the premature death of tens of thousands of individuals per year. Apart from its impact on the respiratory and cardiovascular systems, it is also pointed at increasing neurological diseases in adults. Among its components, the fine and ultrafine particles emitted by diesel engines are highly criticized. Indeed, these particles are able to gain the circulatory system to reach various organs and, in a certain degree, the brain. If their neurotoxicity is highly suspected in directly exposed populations, the consequences of maternal exposure on both fetal brain maturation and neurobehavioral development after birth remain poorly understood. Several recent studies conducted on humans or animal models have highlighted neurotoxic risks related to gestational exposure, due to the fragility of the brain at such critical period for its anatomic and functional development. Nevertheless, the consequences of maternal exposure on fetal brain maturation and neurobehavioral development after birth remain poorly understood in conditions of controlled and repeated low exposure. The aim of the thesis, funded by ADEME as part of the ANSES BrainAirPoll project (EST 2014/1/190), was to study the short- and long-term neurotoxic effects of gestational exposure to diesel engine fumes enriched with fine particles in conditions mimicking human exposure. The work was conducted in rabbit, because of its hemodichorial placentation which is anatomically and functionally closer to that in humans than that in rodents. It focused on describing the damages to the anatomical and functional continuum between the olfactory system and the brain using behavioral, neurochemical and histological approaches in the late fetus and in adults.The results suggest the presence of chemically undefined nanosized particles in fetal olfactory tissues of exposed animals and a cellular disorganization of the same tissues, which is associated to localized neurochemical damage in the olfactory bulb and in several regions of the brain involved in dopaminergic and serotoninergic transmission, suggesting a denervation of centrifugal bulbar neuromodulatory systems from the central nervous system. At birth, a modulation in perinatal olfactory sensitivity in rabbits in response to the mammary pheromone, the perception of which is essential for triggering feeding behavior, is observed, suggesting a modification of the nervous networks of individuals born to exposed dams. Neurochemical disturbances persist in adults, despite little impact on olfactory-based behaviors. Interestingly, a sex-dependent differential effect of exposure to filtered diesel engine exhaust on monoaminergic systems is observed in fetuses and adults. We propose that these neurodevelopmental perturbations of the anatomo-functional continuum between the olfactory system and the brain may indicate a neurotoxic potential to be confirmed and underline the need to further investigate the eventual link with the emergence of human neurodegenerative diseases. These data confirmed that prenatal phase should be considered as an important window for brain development, during which there is an elevated susceptibility to environmental insults. Preventing exposure of pregnant woman to a polluted environment should, therefore, be considered by public authorities.La pollution atmosphérique, et plus particulièrement celle liée à la phase particulaire, est une préoccupation majeure de santé publique, plusieurs études épidémiologiques la rendant responsable de la mort prématurée de dizaines de milliers d’individus par an. En dehors de son impact sur les systèmes respiratoires et cardiovasculaires, elle est également pointée du doigt dans l’accroissement des affections neurologiques chez l’adulte. Parmi ses composants, les particules fines et ultrafines émises par les moteurs diesel sont aujourd’hui très critiquées. En effet, ces particules sont capables de gagner le système circulatoire et d’atteindre divers organes, et dans une certaine mesure le cerveau. Si leur neurotoxicité est fortement suspectée dans les populations directement exposées, les conséquences d’une exposition maternelle sur la maturation cérébrale fœtale et sur le développement neurocomportemental de l’individu après la naissance restent mal connues. Plusieurs études récentes menées sur l’homme ou des modèles animaux soulignent pourtant des risques neurotoxiques liés à l’exposition gestationnelle, du fait de la fragilité particulière du cerveau en développement. Néanmoins, les conséquences d’une exposition maternelle sur le développement du cerveau du fœtus et sur la maturation cérébrale fœtale et sur le neurodéveloppement de l’individu après la naissance sont peu étudiées dans des conditions de faible exposition contrôlée et répétée. Cette thèse, financée par l’ADEME dans le cadre du projet ANSES BrainAirPoll (EST 2014/1/190) a étudié les effets neurotoxiques à court et long terme d’une exposition gestationnelle aux fumées de moteur diesel enrichies en particules fines dans des conditions mimant l’exposition humaine. Ce travail a été mené chez le lapin, un modèle animal de la placentation humaine. Il s’est focalisé sur la description des atteintes sur le continuum anatomique et fonctionnel entre système olfactif et cerveau par des approches comportementales, neurochimiques et histologiques chez le fœtus en fin de gestation et chez l’adulte.Au stade fœtal, les résultats suggèrent la présence d'amas de particules de taille nanométrique sans que leur nature soit déterminée dans les tissus olfactifs des animaux exposés, une désorganisation cellulaire de ces tissus et des atteintes neurochimiques localisées au niveau du bulbe olfactif et dans certaines régions du cerveau pour la transmission dopaminergique et sérotoninergique, suggérant une dénervation des systèmes neuromodulateurs bulbaires centrifuges venant du système nerveux central. A la naissance, une modification de la sensibilité olfactive périnatale chez les lapereaux en réponse à la phéromone mammaire, dont la perception est essentielle au déclenchement du comportement de tétée, est associée, suggérant une modification des réseaux nerveux des individus issus de mères exposées. Les perturbations neurochimiques persistent à long terme, malgré peu d’impact sur les comportements à base olfactive. De façon intéressante, un effet différentiel de l'exposition aux gaz d’échappement de moteur diesel filtré selon le sexe est observé sur les systèmes monoaminergiques des fœtus et adultes.Les atteintes neurodéveloppementales touchant le continuum anatomo-fonctionnel entre le système olfactif et le cerveau décrites ici indiquent un potentiel neurotoxique à confirmer et soulignent la nécessité d'investiguer de façon plus approfondie l'éventuel lien avec l’émergence des maladies humaines neurodégénératives. Ces données confirment que la phase prénatale doit être considérée comme une fenêtre importante pour le développement du cerveau, au cours de laquelle il existe une susceptibilité élevée aux agressions de l'environnement. Les autorités publiques devraient donc envisager de donner priorité à la prévention de l'exposition de la femme enceinte à un environnement pollué