Données anatomiques et topographiques

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Les cils olfactifs, siège de la transduction olfactive

La membrane des cils olfactifs est le siège du mécanisme initial de la transduction olfactive, c’est à dire de la phase de couplage entre les molécules odorantes et les récepteurs aux odeurs. Le support biochimique primordial, la protéine réceptrice, est restée hypothétique jusqu’en 1991 alors que l’implication d’entités réceptrices dans la transduction olfactive était déjà supposée par Hopkins en 1926.
Les molécules odorantes dissoutes (ou transportées) dans le mucus peuvent interagir avec la membrane des neurones récepteurs olfactifs. Les cils mesurent entre 50µm chez le rat et 200µm chez la grenouille, leur diamètre étant de l’ordre de 0,3µm. Il est classique de noter que les cils que portent les neurones récepteurs olfactifs leur offrent une large surface d’adsorption ou de contact, multipliant par environ 30 la surface exposée de la vésicule olfactive (Menco, 1980). Ces cils forment, dans le mucus, un feutrage sur toute l’étendue des territoires olfactifs de la cavité nasale. On dénombre généralement moins d’une dizaine de cils par neurone récepteur chez la grenouille (Reese, 1965), leur nombre a été estimé à une centaine chez le chien (Okano et al., 1967). Ils sont régulièrement immobiles chez les mammifères (Lidow et Menco, 1984), mais certains neurones récepteurs, au moins chez les amphibiens, portent des cils qui battent sans synchronisation (Hopkins, 1926; Reese, 1965). Cette mobilité a été interprétée comme un critère d’immaturité des neurones récepteurs (Mair et al., 1982). Les caractéristiques ultrastructurales des cils sont en fait similaires pour d’autres types cellulaires, avec la présence et l’arrangement classique de paires de microtubules (Menco et Farbman, 1985,a,b), munis de bras caractéristiques chez les espèces dont les cils olfactifs sont mobiles (Lidow et Menco, 1984).
Avant l’explosion de travaux sur la transduction olfactive de cette dernière décennie, de nombreux arguments indirects permettaient de situer les événements initiaux de la détection olfactive au niveau de la membrane de cils olfactifs,
– morphologiques (Kerjaschki et Horandner, 1976; Menco et al., 1976, 1980,a,b, Masson et al., 1977),
– électrophysiologiques (Ottoson, 1956; Ottoson et Shepherd, 1967; Getchell, 1977; Getchell et al.,1980; Juge et al., 1979,a,b; Bronstein et Minor, 1977; Trotier et Mac Leod, 1983; Adamek et al., 1984)
– ou biochimiques (Gennings et al., 1977; Price, 1978; Pelosi et al., 1982; Rhein et Cagan, 1983; Fesenko et al., 1983, 1985, 1987, 1988; Chen et Lancet, 1984; Anholt et al., 1986, 1988; Sklar et al., 1986).
Grâce à des cryo-fractures, on a observé des particules protéiques intra-membranaires dont la densité élevée dans la membrane des cils olfactifs, 1000 à 2500 unités par micromètre carré, contraste avec les densités plus faibles, 300 à 800, relevées pour les membranes ciliaires d’autres types cellulaires (Menco, 1980). Ces particules pourraient compter parmi elles les récepteurs de molécules odorantes (Masson, et al., 1977; Menco et al., 1976, 1980,a,b; Breipohl et al., 1982 Menco et al., 1997). Comparant la réactivité électrophysiologique des muqueuses olfactives de sujets témoins et de sujets affamés, Masson et al. ont observé que l’amplitude de la réponse électrique de la muqueuse olfactive à la stimulation est liée au nombre de ces particules (Masson et al., 1977).
Ottoson, en 1956, et Getchell, en 1977, ont observé que l’amplitude de la réponse électrophysiologique intégrée (EOG, cf infra) de la muqueuse olfactive à la stimulation olfactive, décroît d’autant plus que son point d’enregistrement est éloigné de la surface de la muqueuse: Ceci indiquerait la position apicale du générateur. Par ailleurs, la réactivité électrophysiologique aux odeurs de la muqueuse olfactive est liée à l’intégrité des cils olfactifs (Simmons et Getchell, 1981; Adamek et al., 1984). Plusieurs protéines membranaires ont été extraites de la muqueuse totale ou de cils olfactifs. Certaines d’entre elles pourraient bien être de véritables récepteurs de molécules odorantes. Leurs affinités pour les molécules odorantes se sont avérées comprises entre 10-5 et 10-10 M (Gennings et al., 1977; Price, 1978; Fesenko et al., 1983; Rhein et Cagan, 1983). Certaines fractions protéiques, lorsqu’on peut les inclure dans des membranes synthétiques, confèrent à ces membranes « reconstituées » une sensibilité aux odorants (Fesenko et al.,1977; Anholt et al., 1988, Labarca et al.,1988).
Les résultats des explorations biochimiques et électrophysiologiques moléculaires plus récentes ne laissent plus aucun doute sur cette localisation (Nakamura et Gold, 1987; Boekhoff et al., 1990; Firestein et al.,1991). En fait, on peut aujourd’hui produire un schéma de la transduction olfactive à l’échelle moléculaire probablement encore incomplet. Celui-ci comprend plusieurs entités associées aux cils olfactifs: les protéines réceptrices, les protéines G, les enzymes produisant les second messagers, les canaux ioniques contrôlés par les seconds messagers, et les divers éléments régulant les cascades enzymatiques de la transduction. Nous y reviendrons.

Les cellules basales

Les cellules basales sont disposées à proximité de la lame basale de l’épithélium. En fait il existe deux types cellulaires dans la portion basale de l’épithélium olfactif: des cellules les plus profondes, juxtaposées à la lamina propria, dites cellules basales horizontales ou cellules sombres, et des cellules légèrement plus superficielles, dites cellules basales globulaires. Chez l’adulte, amphibien ou mammifère, on observe dans cette région des figures de mitose (Andres, 1966, Smart, 1971; Graziadei, 1973; Graziadei et Metcalf, 1971) et on a très tôt émis l’hypothèse que ces cellules constituaient un stock de précurseurs pour le renouvellement des neurones olfactifs récepteurs. La position périphérique extrême de ces neurones les expose aux agressions de toutes sortes, chimiques (Brandt et al., 1990; Delaleu et Sicard, 1995), virales (Morales et al., 1988 ; Lafay et al., 1991) ou mécaniques (Sumner, 1964, Mott et Leopold, 1991) et les rend caduques (Stott et al., 1985; Miller et al., 1981,a,b; Bogdanffy et al., 1987; Barthold, 1988; Levin et al.,1985). Dans ces conditions, le maintien de la fonction olfactive est assuré par la prolifération et la différentiation des cellules basales, donc par une véritable neurogénèse. La permanence chez l’adulte de cette neurogénèse a d’abord été attestée par l’incorporation de thymidine tritiée dans l’ADN des cellules basales globulaires, manifestant donc la réplication des chromosomes lors de divisions cellulaires (Graziadei et Metcalf, 1971; Graziadei, 1973; Moulton, 1975; Mackay-Sim et Patel, 1984; Camara et Harding, 1984; Hinds et al., 1984).
Que le remplacement des neurones récepteurs détruits massivement et expérimentalement à partir des cellules basales soit efficace ne fait aucun doute, même chez les mammifères. Il s’accompagne d’une récupération fonctionnelle (Harding et al., 1978, Delaleu et Sicard, 1995, Genter et al., 1996). Cette propriété est bien entendu très étudiée puisqu’elle constitue un modèle rare pour l’étude de la régénération nerveuse chez le mammifère adulte. Relativement à notre préoccupation, l’encodage de l’odeur, cela pose la question du maintien de la représentation de l’odeur!

Les cellules de soutien

Les cellules de soutien s’étendent de la lame basale jusqu’à la lumière nasale. Elles insinuent des prolongements entre les corps cellulaires, les dendrites et les axones des neurones récepteurs olfactifs et isolent donc ces neurones les uns des autres (hormis dans les occasions déjà mentionnées). Dans certains cas, on observe que les dendrites des neurones récepteurs perforent les portions apicales des cellules de soutien au lieu d’avoir une disposition intercellulaire (Breipohl et al., 1974). Leur face profonde peut être en contact avec les cellules endothéliales des capillaires sanguins de la lamina propria ou avec les cellules des glandes de Bowman. Leur bordure nasale, libre, est garnie de microvillosités. Les observations histologiques ou électrophysiologiques montrent qu’il existe au moins deux types de cellules de soutien chez la salamandre (Rafols et Getchell, 1983; Masukawa et al., 1985; Trotier et Mac Leod, 1986) ou chez le rat (Menco et Farbman, 1985), sans que l’on sache si elles représentent des fonctions différentes. Il est même possible de distinguer plusieurs types immunologiques (Carr et al., 1991). Des marqueurs immunologiques spécifiques des cellules de soutien ont été obtenus chez le rat (Hempstead et Morgan, 1985) et un anticorps monoclonal qui marque sélectivement les microvillosités de ces cellules a été récemment isolé (Pixley et al., 1997).
On note une particulière abondance de réticulum endoplasmique lisse dans la région supranucléaire de ces cellules (Farbman, 1992). La portion la plus superficielle contient des granules sécrétoires chargés de mucopolysaccharides acides et neutres (Duveau et Gerebtzoff, 1967; Rafols et Getchell, 1983; Getchell et al., 1984). On y trouve aussi divers pigments dont la vitamine A, du rétinol, des caroténoïdes ou autres (Briggs et Duncan, 1961; Kurihara, 1967). Par leur activité sécrétoire, ces cellules participent à la constitution du mucus (Getchell et al., 1984). Elles contribuent donc à la gestion de l’environnement ionique des neurones récepteurs en régulant principalement sa composante potassique perturbée par la stimulation olfactive (Okano et Takagi, 1974; Getchell, 1977; Rafols et Getchell, 1983; Trotier et Mac Leod, 1986), ce qui est cohérent avec leur conductance membranaire potassique élevée, indépendante du potentiel trans-membranaire, et leur faible résistance d’entrée.
On a aussi émis l’hypothèse qu’elles puissent capter des odorants et les cataboliser. Grâce à des enzymes, appartenant par exemple aux systèmes à cytochrome P-450, elles contribueraient, à l’inactivation des stimulus olfactifs (Dalh et al., 1982, Zupko et al.; 1991, Getchell et al., 1993). Ainsi, on prête aux cellules de soutien un rôle trophique de l’épithélium olfactif, une fonction d’isolant et une fonction sécrétoire, régulant l’environnement de la portion fonctionnelle des neurones récepteurs. Tout compte fait, on dispose encore de peu de données sur ces cellules.

Les glandes de la cavité nasale, le mucus et les protéines solubles de transport.

Les différentes formations glandulaires de l’épithélium nasal ont été répertoriées et on en a souligné les variations phylogénétiques (Bojsen-Moller, 1964). Toutes participent probablement à la constitution du mucus qui recouvre l’épithélium olfactif. Leurs sécrétions présentent une importante variété (Cuschieri et Bannister, 1974). Les glandes de Bowman sont spécifiquement associées au territoire olfactif, tandis que les glandes nasales latérales, plus largement distribuées dans la muqueuse nasale ont été aussi rattachées à la fonction olfactive bien que les preuves directes de leur implication manquent.
– Les glandes de Bowman, simples, tubulaires sont localisées sous l’épithélium olfactif, entre les faisceaux d’axones des cellules neuroréceptrices, dans la lamina propria. Leurs canaux sécrétoires traversent l’épaisseur de l’épithélium sus-jacent et s’ouvrent à la surface de celui-ci. Les marquages histochimiques montrent qu’elles contiennent des sulfo-mucines et des glyco-amino-glycanes. Dans la cavité nasale, la sécrétion d’hydrocarbonates soufrés semble restreinte aux seules glandes de Bowman (Cuschieri et Bannister, 1974). Ces mêmes glandes semblent sécréter des lipocalines (Lee et al., 1987)
– Les glandes nasales « latérales » largement distribuées dans les parois latérales mais aussi septales de la cavité olfactive chez le rat, forment un groupe proéminent surtout à l’avant de la cavité nasale. C’est, pour l’instant, là surtout qu’on localise des protéines solubles qui présentent une forte affinité pour certains odorants, appartenant à la famille des lipocalines (Olfactory-binding protein, OBP; Pelosi et al., 1982; Pevsner et al., 1986; Scalfari et al., 1997, Pes et al., 1998, Löbel et al., 1998).
-Parmi les glandes qui contribueraient à la constitution du mucus, il faut probablement ajouter encore, les glandes antérieures et postérieures du septum nasal; les glandes postérieures nasales situées à la jonction entre l’épithélium olfactif et l’épithélium respiratoire; les glandes du sinus maxillaire dont on distingue deux groupes, l’un dorsal, l’autre ventral; les cellules caliciformes de l’épithélium respiratoire.
Selon Morgan et al., (1986), le mucus nasal contient 97% d’eau, 2 à 3% de glycoprotéines mucoïdes, 0.3 à 0.5 % de lipides, 0.1 à 0.5% de protéines solubles. Ces dernières comprendraient 97% d’albumine et de 3% d’immunoglobulines.
Il existe des données relatives à la composition ionique du mucus (Bronshtein et Leontiev, 1972; Joshi et al., 1987, Chui et al., 1987). Les valeurs parfois avancées et anormalement élevées de la concentration en ions potassiques traduisent vraisemblablement une contamination de la fraction étudiée par du potassium intracellulaire, due à une rupture intempestive des cils olfactifs lors de la mesure (Tab. 1).
Les capacités d’adsorption du mucus pour différents odorants sont variées (Hornung et Mozell, 1977) et distinctes de celles de l’eau (Hornung et al., 1987). C’est un facteur important qui détermine l’efficacité des stimuli. Ces capacités de solvatation distinctes selon les substances odorantes entraînent aussi le partage des odorants à la surface de la muqueuse olfactive. Cette propriété constitue le fondement de la théorie chromatographique de l’olfaction (Mozell, 1964, 1966). On a également observé que le temps de rétention des substances odorantes dans la muqueuse olfactive peut atteindre plusieurs minutes (Hornung et Mozell, 1977).
Parmi les protéines dissoutes dans le mucus, nous devons noter la présence de lipocalines dites OBP qui, hypothétiquement, pourraient favoriser le transport vers les sites récepteurs olfactifs des molécules peu hydrosolubles (Pevsner et al., 1986,1988; Bignetti et al., 1987; Lee et al., 1987; Bianchet et al., 1996, Tegoni et al., 1996, Pes et al., 1998).

Organisation des projections épithélio-bulbaires.

Données anatomiques et topographiques

Une importante caractéristique des projections des neurones récepteurs est leur rapport de convergence (convergence numérique) sur les deutoneurones. Selon Allison (1953), chez le lapin, il y aurait quelques dizaines de millions de neurones récepteurs projetant sur quelques deux mille glomérules. Chez le rat, le même nombre de glomérules serait la source d’information de 70 000 cellules mitrales et de 160 000 cellules à panaches (Meisami et Safari, 1981; Meisami, 1989, Royet et al., 1988). Les deutoneurones apparaissent donc entre cent et mille fois moins nombreux que les neurones récepteurs. L’une des questions cruciales qui conditionnent les règles de l’encodage de l’odeur est relative à la façon dont s’organisent les regroupements des fibres primaires qui innervent un glomérule donné (Graziadei et Monti-Graziadei, 1986).
A l’échelle anatomique, chez les mammifères ou chez les amphibiens, l’organisation des projections ne conserve que partiellement les relations topographiques périphériques (Le Gros Clark, 1951; Land, 1973; Greer et al, 1981; Costanzo et O’Connell, 1978; Dubois-Dauphin et al., 1981; Pedersen et al., 1986; Astic et Saucier, 1986; Saucier et Astic, 1986).
Chez le rat par exemple, Astic et Saucier ont observé les marquages rétrogrades de neurones récepteurs obtenus par la peroxydase de raifort injectée en des sites restreints de la couche glomérulaire. Ces auteurs ont constaté ainsi une tendance des fibres issues des régions médianes ou latérales et dorsales ou ventrales à converger vers des régions homothétiques bulbaires. Selon l’axe antéro-postérieur, la projection est beaucoup plus diffuse. Le détail de l’organisation des projections est finalement complexe. On a montré que des lésions localisées distinctes de la surface épithéliale, provoquent des figures de dégénérescence cellulaire dans de larges zones recouvrantes de la couche glomérulaire du bulbe olfactif (Land, 1973).
A l’échelle microscopique, on constate donc que chaque glomérule reçoit des fibres primaires de territoires anatomiquement étendus (convergence topographique) (Le Gros Clark, 1951; Land, 1973; Costanzo et Mozell, 1976; Dubois-Dauphin et al., 1981; Pedersen et al, 1986; Astic et Saucier, 1986). De plus, les données disponibles indiquent que des cellules contiguës de la muqueuse olfactive ont peu de chances de rejoindre des projections bulbaires contiguës. On constate donc aussi une divergence topographique des projections épithélio-bulbaires qui impose l’idée que les informations qui proviendraient d’une région restreinte de la périphérie seraient largement réparties dans la couche glomérulaire (Dubois-Dauphin et al.,1981; Greer et al, 1981).
On s’attendait donc à découvrir, surimposées à la projection régionale, des organisations d’une autre nature. Déjà, chez le lapin, Mori et al., (1985) indiquent qu’une sous-population immunologique de neurones récepteurs localisée dans la portion ventro-latérale de la cavité nasale se projette sur la portion ventro-latérale caudale des bulbes olfactifs. Le même groupe de chercheurs, après une exploration électrophysiologique des sensibilités des cellules des portions latérales et médianes du bulbe, ajoute qu’à de telles sous-populations pourraient correspondre des sélectivités particulières (Mori et al., 1990) Ces résultats ont été confirmés récemment (Bozza et Kauer, 1998) et nous verrons ultérieurement que la connaissance des récepteurs éclaire plus rigoureusement les règles de la connectivité épithélio-bulbaire.

Données fonctionnelles

Les données sur l’organisation fonctionnelle des relations épithélio-bulbaires et la complexité du réseau nerveux intra-bulbaire rendent délicates les tentatives de modélisation des premières étapes du traitement de l’information olfactive.
Parce qu’elle a des implications fonctionnelles, la règle de convergence qui regroupe les terminaisons de milliers de neurones récepteurs dans un même glomérule est capitale: Seraient-ce des fibres partageant les mêmes propriétés intrinsèques qui se regrouperaient ou bien leur communauté supposée découlerait-t-elle de leur regroupement? La solution de cette énigme a avancé depuis que les récepteurs aux odeurs ont été découverts (voir § 3.1.3.2 Convergences bulbaires).
L’hypothèse d’un regroupement au niveau d’un glomérule de fibres de même sensibilité est séduisante (Le Gros Clark, 1956). Cette hypothèse a été défendue à la suite d’études électrophysiologiques de l’activité glomérulaire évoquée par la stimulation olfactive (Leveteau et Mac Leod, 1966), ou de l’utilisation du marqueur métabolique d’activité nerveuse, le 2-désoxy-glucose (Jourdan et al., 1980; Lancet et al., 1982; Benson et al., 1985; Kauer, 1987). Pour certains auteurs, c’est sur l’homogénéité des réactions à l’intérieur d’un glomérule donné et l’inégale réactivité des glomérules que s’appuie cette hypothèse (Leveteau et Mac Leod, 1966, Shepherd, 1985). Considérant le nombre de neurones récepteurs qui convergent sur un glomérule et le mode de distribution de leurs terminaisons dans cette structure, l’absence de régionalisation des réactions intraglomérulaires ne nous paraît pas un argument suffisant. D’ailleurs, l’observation fine de la répartition du marqueur d’activité métabolique au sein d’un glomérule a permis de la contester (Jourdan, 1984). L’hétérogénéité des réactions individuelles des glomérules paraît plus convaincante mais pourrait bien manifester d’autres organisations fonctionnelles comme l’ont montré Buonviso et Chaput (1990).
Nous soulignons toutefois qu’un regroupement systématique des fibres primaires de même sensibilité n’est nullement indispensable à la préservation de la discrimination des messages transmis par les deutoneurones. On constate d’ailleurs que les profils de sélectivité des deutoneurones ressemblent à ceux des neurones récepteurs et qu’ils pourraient donc n’être qu’une combinaison des profils de sélectivité des neurones récepteurs. Quoiqu’il en soit, nous savons qu’ils sont tels qu’un message discriminant peut toujours être transmis aux étages supérieurs.
En effet, comme pour les neurones récepteurs, il est possible de connaître la forme de l’information transmise par les deutoneurones grâce au recueil de leurs activités individuelles par les électrodes d’enregistrement unitaire (Kauer, 1974; Scott, 1977; Chaput et al., 1985, 1987; Doving, 1987). Nos propres expériences à la périphérie du système olfactif de grenouille se sont déroulées de concert avec celles d’André Duchamp qui, utilisant la même espèce animale et les même stimuli que nous, a recueilli l’information à la sortie du bulbe olfactif (Duchamp, 1982). Nous présenterons donc, dans la deuxième partie, une comparaison de l’entrée et la sortie d’un étage d’intégration nerveuse olfactive (Duchamp et Sicard, 1984).
Finalement, nous retiendrons, pour l’instant, que la convergence numérique des fibres primaires est un dispositif favorable à l’amplification du message périphérique (Leveteau et Mac Leod, 1966; Holley et Doving, 1977; Van Drongelen, 1978; Van Drongelen et al., 1978). La divergence topographique des projections a été interprétée comme liée aux performances de détection du système plutôt qu’à ses capacités de discrimination (Astic et Saucier, 1986).

Données neurobiologiques et fonctionnelles complémentaires

La maturation des neurorécepteurs olfactifs

La maturation des neurorécepteurs olfactifs s’accompagne de variations biochimiques qu’on peut suivre au moyen de marqueurs divers. Parmi ceux-ci rappelons les marqueurs immunologiques tels que ceux que nous avons déjà mentionnés mais aussi des protéines comme l’OMP (olfactory marker protein) spécifique des neurones matures du tissu olfactif et apparaissant après la formation de la synapse avec les deutoneurones (Farbman et Margolis, 1980).
Nos informations sur l’évolution de la sensibilité des neurorécepteurs aux odorants au cours de l’ontogénèse proviennent d’une expérience réalisée au cours du développement ontogénétique de la muqueuse de rat. On y peut ajouter les observations multiples entreprises pendant la phase de neurogénèse qui suit la lésion expérimentale de la muqueuse ou du nerf olfactif (Simmons et Getchell, 1981 Adamek et al., 1984; Masukawa et al.,1985).
Nous avons déjà précisé qu’il a été établi, après controverse (Shibuya, 1964) que la sensibilité des neurorécepteurs aux stimuli olfactifs (jugée au travers de leur activité électrophysiologique) nécessite vraisemblablement que les cils olfactifs soient formés (Getchell et al., 1980; Mair et al., 1982; Adamek et al., 1984).
Chez le rat à l’état de fœtus ou de nouveau-né, Gesteland et ses collaborateurs (Gesteland et al., 1982) ont enregistré extracellulairement l’activité électrique de neurones olfactifs en réponse à une collection d’odeurs. Les enregistrements ont été réalisés sur des préparations d’âges différents, s’échelonnant du 12ième jour de vie embryonnaire jusqu’au 14ième jour post-natal.
Les connections entre les fibres primaires et les deutoneurones s’établissent vraisemblablement au cours du 18ième jour de vie fœtale (Farbman et Margolis, 1980). La réponse locale de la muqueuse olfactive électro-olfactogramme n’est détectable qu’au 14ième jour de vie embryonnaire mais existe ainsi avant qu’une information ne puisse être transmise au bulbe olfactif puisqu’il n’y a pas alors de connexion épithélio-bulbaire. Des potentiels de pointe n’ont pu être recueillis qu’à compter du 16ième jour de vie embryonnaire. Les auteurs montrent que la sélectivité des neurorécepteurs olfactifs croît brusquement au 19ième jour de vie embryonnaire, c’est-à-dire à partir du moment où les premiers contacts entre les fibres primaires et les deutoneurones du système olfactif sont établis. Cette étude suggère donc une maturation fonctionnelle du neurorécepteur liée à la mise en place de sa synapse avec le deutoneurone.
Ces résultats, importants, n’ont pas jusqu’ici été confirmés. Cependant, Menco et Farbman, (1985a,b) étudiant la genèse des cils olfactifs du rat, montrent un parallélisme suggestif entre la maturation ultrastructurale des neurorécepteurs et l’évolution des propriétés électrophysiologiques de la muqueuse olfactive. Au 14ième jour de la vie embryonnaire, ils ne distinguent à la face apicale des neurorécepteurs que des cils primaires, un par cellule, alors que les premiers cils secondaires, multiples et caractéristiques de la maturité, apparaissent au 16iéme jour . Le pourcentage de neurorécepteurs non sélectifs décroît donc en raison inverse du pourcentage de cellules porteuses de cils secondaires.
D’autres études ont été menées sur des épithéliums olfactifs en phase de régénération après lésions, chez des amphibiens (Lidow et al., 1986,1987 ; Simmons et Getchell, 1981 ; Adamek et al., 1984 ; Mair et al., 1982). Nous noterons que les conditions d’observation ne sont pas strictement identiques à celle rencontrées lors de la mise en place ontogénétique de cet organe. En particulier, une organisation bulbaire préexiste. De plus, on n’a jamais observé, chez les vertébrés adultes, les neurorécepteurs immatures caractérisés par le cil primaire unique (Menco et Farbman, 1985,b). Sur ces épithéliums en phase de régénération, Simmons et Getchell, confrontant les observations histologiques et les propriétés électrophysiologiques des neurorécepteurs olfactifs enregistrés extracellulairement (Simmons et Getchell, 1981), n’ont décelé ni évolution ni différence de propriétés, activité spontanée ou sélectivité, entre les cellules de la population naissante et les cellules de la population témoin. De même, Lidow et ses collaborateurs n’ont pas, non plus, observé de stade de régénération pendant lequel les neurorécepteurs de grenouille auraient manifesté une absence de sélectivité semblable à celle observée chez le fœtus de rat (Lidow et al.,1987).
Ces données nous laissent donc penser que la maturation ontogénétique et celle qui a lieu en cas de remplacement chez l’animal adulte pourraient être des phénomènes différents. Elles attirent notre attention sur le fait que des neurorécepteurs d’âges différents pourraient manifester des sélectivités différentes.

Le renouvellement des neurorécepteurs olfactifs

C’est en constatant la récupération après lésion du nerf olfactif que l’on prend conscience de l’intérêt de cette neurogénèse. Les cellules qui ont capté la thymidine tritiée sont distribuées de façon hétérogène et composent une sorte de mosaïque de marquages (Graziadei et al., 1979) ce qui laisse penser qu’un petit groupe de cellules voisines sont simultanément dans une même phase de maturation. Ces résultats ont été confirmés et étendus grâce à l’insertion dans le génome d’un marqueur viral qui ne laisse plus de doute sur la filiation entre les cellules globulaires et les neurones olfactifs. (Caggiano et al., 1994). L’isolement et la mise en culture des cellules globulaires confirment aussi que ces cellules sont bien des précurseurs neuronaux (Pixley, 1992; Féron et al., 1999). Quant à la filiation entre les cellules basales profondes et les cellules basales globulaires, elle reste hypothétique.
Les caractéristiques quantitatives du renouvellement sont difficiles à cerner et dépendent probablement des conditions d’élevage des animaux. La durée de vie moyenne des neurones récepteurs chez la souris a été estimée à environ 30 jours (Graziadei et al., 1979; Moulton, 1975). Cependant, Hinds et al. (1984) montrent qu’il subsiste des neurones récepteurs matures radioactifs, 12 mois après une injection de thymidine tritiée. Ces derniers auteurs considèrent que les cellules qui régénèrent n’évoluent pas toutes jusqu’à l’état de neurones récepteurs matures. Un faible nombre d’entre elles établiraient un contact synaptique avec les cellules bulbaires et pourraient, dès lors, persister longtemps en l’absence de rhinites ou autres agressions destructrices de l’épithélium récepteur.
Nous avons déjà établi que, bien que les cellules matures pouvaient apparemment survivre longtemps (Hinds et al, 1984), les cellules basales remplacent, en permanence , une fraction de la population des neurorécepteurs (Graziadei et Metcalf, 1971; Kristensson et Olsson, 1971; Graziadei, 1973; Moulton, 1975). On doit considérer les conséquences d’un tel renouvellement de la population de neurorécepteurs.
On ignore quel est le retentissement de ces modifications sur le message nerveux et la façon dont est assurée la permanence de sa signification. On peut supposer que, du fait de la faible importance quantitative des cellules en renouvellement, l’information apportée par la multitude des canaux qui restent efficaces préserve le message. Cependant, les transformations perpétuelles que subit la population de neurorécepteurs pourraient être accompagnées de mécanismes conservateurs des propriétés de sélectivité de l’ensemble des individus. Cette proposition est un corollaire de la suivante: Les fibres qui régénèrent forment de nouveaux contacts synaptiques avec les deutoneurones. Ce phénomène, non géré, pourrait, à la longue, entraîner une profonde modification de l’image bulbaire. Dans le cadre de l’hypothèse d’un codage spatial, cela laisse penser que les nouvelles projections pourraient être guidées. Toutefois, d’autres alternatives sont envisageables, impliquant toutes une plasticité adaptative et organisatrice des réseaux bulbaires. En fait, la connaissance nouvelle des récepteurs aux odeurs et des règles d’organisation des projections épithélio-bulbaires permettent d’envisager que c’est au niveau bulbaire, plus protégé, que se situe la « mémoire » du système (Wang et al, 1998).
Les mêmes questions se posent lorsqu’on considère la production de novo de neurorécepteurs qui suit les lésions massives physiques ou chimiques de la muqueuse olfactive (Graziadei et Monti-Graziadei, 1980; Camara et Harding, 1984). La section des nerfs olfactifs est suivie de multiples changements structuraux (Graziadei et Monti-Graziadei, 1980; Matulionis, 1975; Harding et al., 1977) biochimiques, (Harding et Margolis, 1975; Harding et al., 1977, 1978; Moran et al., 1977; Rochel et Margolis, 1980), électrophysiologiques (Takagi et al.,1969; Simmons et Getchell, 1981; Simmons et al., 1981; Adamek et al., 1984) qui marquent une phase de dégénérescence rétrograde et une phase de régénération. Les délais et l’efficacité fonctionnelle de la régénération qui suit dépendent de l’importance de l’atteinte originelle.
Conséquence d’un autre ordre, méthodologique, à un instant donné, la muqueuse olfactive est constituée de neurorécepteurs en développement, matures, ou sénescents. Nous avons signalé plus haut que l’hypothèse qu’à différents âges les neurorécepteurs puissent avoir des propriétés différentes a été émise (Gesteland et al., 1982). Or, les conditions d’enregistrements extracellulaires de l’activité des neurorécepteurs olfactifs dans une muqueuse olfactive indemne ne permettent pas, a priori, de savoir si on sélectionne, fortuitement, l’un ou l’autre de ces âges. On devra donc tenir compte de cette remarque pour critiquer les propriétés des neurorécepteurs olfactifs que nous mentionnerons (ou que d’autres ont rapportées). Dans la mesure où certains neurones qui émettent des potentiels de pointe pourraient ne pas être connectés au réseau bulbaire, cette remarque vaut également pour l’appréciation du message olfactif périphérique.

Sensibilité électrophysiologiques aux stimulations chimiques

Dans la muqueuse olfactive, on enregistre plusieurs types de signaux électrophysiologiques, chacun offrant la possibilité d’étudier des propriétés fonctionnelles différentes et ayant donc son utilité particulière pour l’expérimentateur. Ils permettent de distinguer l’activité locale du neurone récepteur, son potentiel générateur, et les signaux transmis par l’axone sous forme de potentiels d’action. Depuis peu, ils donnent aussi la possibilité d’analyser les propriétés des canaux ioniques de la membrane des neurorécepteurs olfactifs.

L’électro-olfactogramme (EOG)

Il s’agit d’un signal électrophysiologique lent enregistré au moyen d’une dérivation transépithéliale (Fig. 6): A la suite d’une stimulation olfactive brève de l’épithélium chimiosensible, on enregistre en surface de la muqueuse olfactive une réponse électrique généralement monophasique et négative qui a été nommée électro-olfactogramme (Ottoson, 1956). Cette réponse disparaît à la suite d’une section des nerfs olfactifs et réapparaît plus tard, ses évolutions étant concomitantes des phases de dégénérescence et de régénération des fibres olfactives primaires. Elle est formée principalement par une somme de courants récepteurs qui manifestent l’excitation de nombreux neurorécepteurs. En étudiant les effets des modifications expérimentales de la composition ionique du mucus olfactif, on a montré que l’EOG est associé à des déplacements ioniques, Na+ et K+, et que Ca2+ apparaît comme un cofacteur nécessaire de la réaction olfactive (Takagi et al., 1968; Tucker et Shibuya, 1965; Suzuki, 1978; Yoshii et Kawamura, 1983; Leveteau et al., 1989). L’amplitude maximum de la réponse EOG est grossièrement proportionnelle à la concentration du stimulus qui l’évoque. Curieusement, on s’est peu intéressé à la relation entre l’amplitude de la réponse EOG et le nombre ou l’intensité des réponses unitaires qu’elle représente.
Le nombre d’éléments nerveux, plusieurs milliers habituellement, qui participent à la réponse EOG, varie en fonction des caractéristiques géométriques de l’électrode d’enregistrement. Il est aussi possible de réduire la constante d’espace en recouvrant la muqueuse d’une solution désodée et saccharosée (Tucker et Shibuya, 1965; Daval et al., 1970), pour finalement enregistrer l’activité intégrée de quelques centaines de cellules.
L’aspect classique de l’onde lente, son allure monophasique, est parfois mis en défaut:
– Certains odorants délivrés durant des temps brefs, comme le chloroforme par exemple, font apparaître une première phase positive. De multiples explications ont été proposées, incluant la possibilité, aujourd’hui réfutée, d’un artéfact électrochimique (Ottoson, 1956), l’expression d’un potentiel inhibiteur (Gesteland, 1964) ou de signaux accompagnant l’activité sécrétoire accrue des cellules de soutien (Takagi et al., 1969).

Table des matières

PRESENTATION DE L’OUVRAGE
PREMIERE PARTIE: SUPPORTS NERVEUX ET MOLECULAIRES
1. Description synthétique de la muqueuse olfactive des vertébrés
1.1. Les cellules réceptrices olfactives
1.1.1. Une nature neuronale
1.1.2. Les cils olfactifs, siège de la transduction olfactive
1.2. Les cellules basales
1.3. Les cellules de soutien
1.4. Les glandes de la cavité nasale, le mucus et les protéines solubles de transport
1.5. Les innervations extrinsèques
1.6. Territoire de projection des neurorécepteurs : le bulbe olfactif
1.6.1. Organisation du bulbe olfactif
1.6.2. Organisation des projections épithélio-bulbaires
1.6.2.1. Données anatomiques et topographiques
1.6.2.2. Données fonctionnelles
2. Données neurobiologiques et fonctionnelles complémentaires
2.1. La maturation des neurorécepteurs olfactifs
2.2. Le renouvellement des neurorécepteurs olfactifs
2.3. Sensibilité électrophysiologique aux stimulations chimiques
2.3.1. L’électro-olfactogramme (EOG)
2.3.2. L’activité unitaire des neurorécepteurs olfactifs
2.3.2.1. L’enregistrement intracellulaire et les courants ioniques
2.3.2.2. L’enregistrement extracellulaire : recueil de l’activité transmise
2.4. Modifications expérimentales de la sensibilité de la périphérie du système olfactif
2.4.1. Destruction de la couche réceptrice par des agents physiques ou chimiques
2.4.2. Manipulations sélectives de la sensibilité aux odorants
2.4.3. Adaptation croisée
2.5. Variations régionales de la sensibilité de la muqueuse olfactive
2.6. Des catégories de neurones récepteurs ?
2.6.1. Hétérogénéité morphologique
2.6.2. Hétérogénéité chimique
2.6.2.1. Marqueurs immunologiques
2.6.2.2. Autres marqueurs de surface : les lectines
2.6.2.3. Marqueurs fluorescents
2.6.2.4. Des neurones sensibles au CO2 ?
3. Aspects moléculaires de la transduction olfactive
3.1. Les récepteurs aux odeurs
3.1.1. Une grande variété de protéines transmembranaires
3.1.2. La question de la spécificité
3.1.3. Aspects distributionnels
3.1.3.1. Ségrégation périphérique
3.1.3.2. Convergences bulbaires
3.1.4. Régulation de l’expression des gènes récepteurs
3.2. Les cascades enzymatiques et ioniques de la transduction sensorielle
3.2.1. Protéines G
3.2.2. Voie de l’adénosine monophosphate cyclique
3.2.3. Canal contrôlé par le second messager nucléotidique
3.2.4. Voie de l’inositol triphosphate
3.2.5. Autres systèmes transducteurs potentiels
3.2.6. Calcium et transduction sensorielle olfactive
4. Conclusion de la première partie
DEUXIEME PARTIE : DES REPRESENTATIONS NERVEUSES DES ODEURS 4
1. Résultats expérimentaux relatifs au modèle amphibien
1.1. Encodage périphérique
1.1.1. Cadre et principe de l’étude de la discrimination des odeurs par les neurones  récepteurs olfactifs
1.1.2. Etude de la discrimination d’une série de stimulus terpéniques et  effets de la concentration.
1.1.2.1. Résumé
1.1.3. Etude d’un groupe particulier : le groupe des molécules à odeur de camphre 54
1.1.3.1. Résumé
1.1.3.2. Article 3 : Sicard, G. Olfactory discrimination of structurally related
1.1.4. Récapitulation : Etude des relations entre plusieurs groupes d’odorants
1.1.4.1. Résumé
1.2. Transfert bulbaire
1.2.1. Etude des modifications de la représentation périphérique par la 64 projection et le traitement bulbaire.
2. Résultats expérimentaux relatifs au modèle mammifère
2.1 Encodage périphérique
2.1.1 Réponses électrophysiologiques des neurones récepteurs olfactifs de mammifères aux stimulations odorantes
2.1.2. Article 6 : Sicard, G. Electrophysiological recordings from olfactory  receptor cells in adult mice. Brain Research, 1986, 397:405-408.
2.2. Anosmie partielle : un modèle d’altération spécifique de la sensibilité olfactive
2.2.1. Définition de l’anosmie spécifique : modèle humain et modèle murin 7
2.2.2. Etude de l’anosmie murine à l’acide isovalérique
2.2.2.1 Données comportementales originales
2.2.2.3. Données électrophysiologiques originales
2.3. Encodage bulbaire : aspects spatiaux
2.3.1 Anosmie partielle et activation bulbaire : Données anatomo-fonctionnelles
2.3.2 Article 8 : Royet, J.P., Sicard, G., Souchier, C. and Jourdan, F. Specificity  of spatial patterns of glomerular activation in the mouse olfactory bulb: computer-assisted image analysis of 2-DG autoradiograms. Brain Res., 1987, 417, 1-11.
2.3.3. Article 9 : Sicard, G., Royet, J.P. and Jourdan, F. A comparative study 87 of 2-deoxyglucose patterns of glomerular activation in the olfactory bulbs of C57 BL/6J and AKR/J mice. Brain Res., 1989, 481: 325-334.
3. Conclusion de la deuxième partie
TROISIEME PARTIE : DISCUSSION 
1. Un espace nerveux pour encoder l’odeur
1.1. Entre topographie et fonction
1.2 Sélectivité des neurones olfactifs et spécificité des récepteurs
1.2.1. Interactions protéines- ligands
1.2.2. Sélectivité des récepteurs aux odeurs
1.3. Comment interpréter un déficit olfactif spécifique
2. De la réception olfactive à la perception de l’odeur
2.2. Article 10 : Sicard, G., Chastrette, M. Godinot, N. (1997). Des représentations de l’espace olfactif: Des récepteurs à la perception. Intellectica, 24:85-107.
3 Conclusion générale
BIBLIOGRAPHIE 

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