Effet d'une exposition odorante pré et post-natale sur le développement des préférences médiées par l'olfaction chez la souris - Mécanismes de neuromodulation: Mécanismes de neuromodulation

Abstract

In mammals, the main olfactory system displays all the structural and functional characteristics at the last third of the gestational stage. Thus, the fetus is able to detect, to discriminate, but also to memorize the odorants present in the amniotic fluid in which it bathes. In the rodent, these odors memorized in utero are fundamental for the survival of the newborn at birth by allowing it to trend itself towards food sources. Afterwards, odorants are guiding the newborn to olfactory and food choices and are promoting subsequent learning. It is known that the mother's diet varies the olfactory keys of the biological fluids (amniotic fluid, milk) and thus modifies the nature of the olfactory sources encountered by the fetus and then the newborn in the perinatal period. The neuroanatomic and functional consequences of this impregnation are the subject of recent studies. The objective of this thesis was to characterize the effects of perinatal odor exposure on the maturation and functioning of the olfactory system in relation to the development of olfactory preferences and to a stressing challenge at weaning. For that, we set up a model of perinatal odor exposure through maternal feeding in the mI7-GFP murine transgenic strain expressing the olfactory receptor I7 coupled with the Green Fluorescent Protein (GFP). We evaluated the neuroanatomic, molecular and behavioral consequences on the pups before weaning, and their evolution over time by focusing our efforts on the postnatal stages 3 (PND3), PND12-14 and PND21. Due to the fragility of the transgenic strain, we worked on mI7-GFP mice pups crossfostered by CD1 mice mothers raised under the same conditions after having validated the presence of heptanal in the amniotic fluid of mI7-GFP mice and the milk of CD1 mice by GC-MSMS. We characterized the effects of perinatal odor exposure on the maturation and functioning of the olfactory system in relation to the olfactory preference until weaning (mI7-GFP mice pups under CD1 adoptive mothers) and on the stress reaction to maternal separation at weaning (CD1 mice pups under biological mother). Our results show that perinatal exposure to heptanal leads to a significant increase in the number of I7 glomeruli in the olfactory bulb (OB) associated to a slight modification of the tissue homeostasis in the olfactory mucosa (OM) and to subtle differencies in heptanal sensitivity and preferences, that are amplified at PND21. From a molecular point of view, these effects are associated to a down-regulation of the expression of the I7 receptor and genes of neuronal signaling and an odorantspecific decrease in EOG response which may highlight a modification of the cellular dynamics. Finally, the effect of perinatal exposure to heptanal on the response to stressing conditions after maternal separation was assessed by recording CD1 mice pups grown under the same conditions than fostered mi7 mice on odorized and non odorized open-field. We showed that the reaction of odorized mice in the open field at PND21 is attenuated when the odorant is present in the environment, compared to non odorized mice that display anxiety-like behavior. Overall, this study demonstrates the consequences of a perinatal odorant exposure in the young, in terms of behavior (olfactory preference and anxiety), structural and molecular plasticity of the olfactory system, on a transgenic strain for which we had little available data.Chez les mammifères, le système olfactif principal est fonctionnel dans le dernier tiers du stade gestationnel. Le fœtus est donc capable de détecter avec sensibilité, discriminer, et mémoriser les odorants présents dans le liquide amniotique dans lequel il baigne. Chez le rongeur, ces odorants mémorisés in utero sont fondamentaux pour la survie du nouveau-né à la naissance en lui permettant de s’orienter vers la mamelle et de déclencher la tétée. Par la suite, ces odorants vont guider le nouveau-né dans ses choix olfactifs et alimentaires et favoriser ses apprentissages ultérieurs. Or, on sait que l’alimentation de la mère fait varier les clés olfactives des fluides biologiques (liquide amniotique, lait) et donc modifie la nature des sources olfactives rencontrées par le fœtus, puis le nouveau-né dans la période périnatale. Dans le but d’évaluer l’impact d’une exposition odorante périnatale sur le fonctionnement et la maturation du système olfactif en relation avec le développement de préférences médiées par l’olfaction et la modulation du stress au moment du sevrage, nous avons mis en place un modèle d’exposition odorante périnatale via l’alimentation maternelle dans une lignée transgénique murine exprimant le récepteur olfactif I7 couplé à une protéine fluorescente, dont l’odorant préférentiel est l’heptanal. Après validation de la présence d’heptanal dans le liquide amniotique et le lait de ces souris par GC-MS-MS, nos résultats montrent que l’exposition périnatale à l’heptanal entraine une augmentation significative du nombre de glomérules I7 présents au niveau du bulbe olfactif à PN12 par rapport aux animaux contrôles sans modification notable de l’homéostasie tissulaire ou de la transcription du gène I7 au niveau de la muqueuse olfactive. Ce changement structural important au niveau des projections axonales du bulbe olfactif s’accompagne d’un faible effet sur le comportement olfactif des souriceaux dont les capacités de discrimination ne sont que très faiblement améliorées par rapport aux souriceaux non exposés. A PN21, l’effet de l’exposition odorante sur le nombre de glomérules I7 est atténué, mais reste significatif. A ce stade, les souriceaux odorisés montrent une attraction olfactive pour l’heptanal par rapport au groupe contrôle non exposé, bien que l’effet sur un choix entre aliment odorisé ou pas soit plus contrasté. D’un point de vue moléculaire, ces effets sont associés à une diminution de l’expression du récepteur I7, et de gènes de la signalisation neuronale pouvant traduire une modification de la dynamique cellulaire. Et comme le montrent les résultats obtenus en électro-olfactogramme à cet âge, la sensibilité de la muqueuse olfactive vis-à-vis de l’heptanal est diminuée alors qu’elle ne l’est pas pour d’autres composés odorants. Ces travaux montrent que l’exposition périnatale à un odorant s’accompagne d’effets précoces sur le système olfactif qui impactent son organisation et d’effets sur les choix olfactifs qui se renforcent au cours du développement. Enfin, l’effet d’une exposition périnatale à l’heptanal sur la réponse à des conditions stressantes après séparation maternelle au moment du sevrage a été évaluée en enregistrant des souriceaux CD1 élevés dans les mêmes conditions d’odorisation que les souriceaux mI7-GFP adoptés, en open-field odorisé ou non. Nous avons montré que la réaction de stress des souriceaux à PN21, exposés en périnatal à l’heptanal, dans l’open field, est atténuée lorsque l’heptanal est présent dans l’environnement, comparé à la réaction des souriceaux non exposés qui affichent un comportement d’anxiété. Dans l’ensemble, cette étude a donc permis de mettre en évidence les conséquences en terme d’effets comportementaux (préférences médiées par l’olfaction et diminution du stress), structuraux et moléculaires, d’une exposition odorante périnatale chez le jeune, à l’aide d’une lignée transgénique pour laquelle nous disposions de peu de données