La nature a expliqué le mécanisme complexe qui sous-tend le développement du sens de l’odorat : une lutte sans merci entre plus d’un millier de gènes de récepteurs olfactifs. Parmi celles-ci, l’ARN « sélectionne » la seule capable d’en distinguer une seule parmi mille milliards d’odeurs différentes.
Le nez des mammifères est une œuvre d’art évolutive. Ses millions de cellules nerveuses, chacune équipée d’un seul des milliers de récepteurs chimiques olfactifs spécifiques codés dans le génome, ils peuvent collectivement distinguer un billion (un billion) d’odeurs différent. Ces sensations, à leur tour, influencent de nombreux comportements, depuis évaluation des options alimentaires, distinguer les amis des ennemis et évoquer des souvenirs.
Dans Nature, une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Institut Zuckerman de l’Université Columbia à New York décrit un mécanisme jusqu’alors indétectable chez la souris, impliquant l’ARN, qui pourrait expliquer comment chaque cellule sensorielle, ou neurone, du nez des mammifères s’adapte pour détecter un odeur chimique spécifique.
Récepteurs spécialisés
Par exemple, il y a des neurones sensoriels dans notre nez qui portent des récepteurs
réglé uniquement pour détecter l’éthylvanilline, l’odeur principale de la vanille, et d’autres cellules dotées de récepteurs pour le limonène, l’odeur caractéristique du citron. « La façon dont les cellules sensorielles du nez choisissent leurs récepteurs est l’un des mystères les plus frustrants entourant l’odorat », a déclaré Stavros Lomvardas, professeur de biochimie et de biophysique moléculaire et professeur Herbert et Florence Irving de neurosciences à l’Institut Zuckerman de Columbia.
« Maintenant, l’histoire derrière notre odorat devient plus claire et encore plus dramatique. » Le drame auquel le professeur Lomvardas fait référence se déroule entièrement dans les confins du monde. noyau de chaque neurone olfactifoù résident les chromosomes et les gènes de la cellule.
Là, dans une compétition de style Squid Games (la série télévisée coréenne à succès et très discutée sur un groupe de personnes qui risquent leur vie dans un jeu de survie mortel)
où le gagnant remporte tout, L
La myriade de gènes de récepteurs olfactifs dans une cellule en développement entre en compétition les uns avec les autres dans le cadre d’un processus qui les sélectionne, par étapes, d’abord auprès d’une poignée de finalistes, puis auprès d’un seul gagnant. Le gène prédominant est celui qui détermine la sensibilité olfactive de la cellule.
Les « îles grecques »
Dans leur étude, le professeur Lomvardas et son équipe ont découvert les détails de l’étape finale de ce processus, lorsque le vainqueur émerge des gènes finalistes. «C’est fondamentalement une bataille entre 1 000 prétendants», précise Ariel Pourmorady, premier auteur de l’article et doctorant à l’Institut Zuckerman du laboratoire Lomvardas. L’action est extrêmement complexe et implique un casting vertigineux de personnages moléculaires. Jouer un rôle qui augmente ou diminue la capacité de chaque gène à produire des récepteurs olfactifs sont une variété de molécules qui régulent les gènes. Se réunir dans diverses alliances au sein du génomeces acteurs moléculaires contribuent à activer ou désactiver des gènes spécifiques.
Dans le mélange se trouve également un autre ensemble de centres moléculaires qui remodeler des parties du génome afin de favoriser des gènes récepteurs spécifiques. Lorsque son équipe les a observés pour la première fois dans le génome en 2014, le professeur Lomvardas les a surnommés « Les îles Greques » parce qu’elles lui rappelaient les îles de la mer Égée. « Il s’avère que le génome a une certaine organisation spatiale dans le noyau, et les changements dans cette structure sont essentiels lorsqu’il s’agit de déterminer quels gènes sont exprimés en protéines
, comme les récepteurs olfactifs », ajoute Pourmorady. « Nous apprenons à quel point ce processus est important dans la maturation des cellules olfactives. »
Modifier l’architecture du génome
Dans leur nouvel article paru dans Nature, les chercheurs compilent une série de données provenant de études sur la souris qu’ils indiquent L’ARN comme molécule centrale dans le mécanisme de sélection des gènes du système olfactif. L’ARN est surtout connu comme la molécule intermédiaire qui traduit le code génétique intégré dans l’ADN en molécules protéiques chargées de tâches cellulaires spécifiques, telles que la détection des odeurs. Toutefois, utiliser des techniques sophistiquées pour analyser les changements dans la structure du génome à mesure que les cellules mûrissent, les chercheurs affirment que leurs preuves suggèrent un deuxième rôle critique pour l’ARN.
«Il semble que l’ARN produit par la cellule lors de l’expression des gènes soit modifiant également l’architecture du génome d’une manière qui renforce l’expression d’un gène du récepteur olfactif et en même temps désactive tous les autres », explique Pourmorady.
Un seul récepteur olfactif parmi mille
Il existe encore de grandes lacunes dans cette histoire du contrôle du génome, mais les chercheurs affirment que les lignes deviennent plus claires. Cela commence par la maturation des cellules olfactives, qui initialement, ils expriment de nombreux gènes récepteurs dans ces pôles génomiques où convergent les molécules et les complexes qui régulent les gènes, y compris les « îles grecques ». Donc L’ARN filtre les gènes « concurrents » du récepteur olfactif jusqu’à ce qu’ils soient réduits à un. Le centre particulier de chaque cellule, où les cellules étoilées s’alignent pour produire la quantité maximale d’ARN, remporte la compétition. Dans ce hub, l’expression du gène récepteur augmente considérablement.
Mais, tel un saboteur rusé, l’ARN du même hub peut se frayer un chemin vers tous les autres hubs. À ces endroits, l’ARN provoque des changements de forme dans le génome qui perturbent l’expression des gènes. Le résultat est un nez rempli de neurones olfactifs matures, dont chacun porte un seul récepteur olfactif à sa surface. « Nous atteignons les limites de la science-fiction en termes de détails moléculaires et génomiques que nous pouvons désormais observer dans le noyau d’une seule cellule », conclut le professeur Lomvardas. «Il faut continuer à enquêter, pour comprendre la suite de ce puzzle olfactif».
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