Caractérisation des enzymes du métabolisme des xénobiotiques olfactives chez le rat : régulation et rôle dans la détection périphérique des molécules odorantes

Characterization of olfactory xenobiotic metabolizing enzymes in the rat : regulation and role in the peripheral detection of odorant molecules

• Auteur / Autrice : Nicolas Thiebaud
• Direction : Anne-Marie Le Bon, Jean-Marie Heydel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 21/10/2010
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon ; ....-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre des Sciences du Goût et de l'Alimentation (Dijon ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Norbert Latruffe
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boris Schilling
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Viret, Gérard Brand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rats de laboratoire

Odorat

Cytochrome P450

Biotransformation (métabolisme)

Xénobiotiques

Mots clés libres

Enzymes du métabolisme des xénobiotiques

Olfaction

Régulation

Evénements périrécepteur

Biotransformation

Molécules odorantes

Cytochromes P450

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Résumé

Les enzymes du métabolisme des xénobiotiques (EMX) jouent un rôle central dans la biotransformation et l’élimination de composés étrangers à l’organisme. Organisées en réseau de biotransformation, ces enzymes catalysent des réactions variées (oxydations, conjugaisons …) afin de rendre ces composés plus hydrophiles. Les EMX sont fortement exprimées dans l’épithélium olfactif de mammifères et des études in vitro ont montré qu’elles possèdent des activités élevées. Outre un rôle dans le métabolisme de molécules toxiques, ces enzymes pourraient être impliquées dans la modulation périphérique de l'olfaction. Les EMX pourraient contribuer à maintenir la sensibilité du système olfactif en éliminant ou en inactivant les molécules odorantes présentes dans l'espace périrécepteur. Cependant, les preuves scientifiques démontrant l’implication des EMX dans la perception olfactive restent limitées à ce jour. La première étape de ce travail a consisté à montrer que l’expression des EMX olfactives de rat peut être modulée par des traitements chimiques connus pour leur capacité d'induction au niveau hépatique (dexaméthasone, Aroclor, …). Par rapport au foie, les effets observés au niveau de la muqueuse olfactive sont plus modérés. La dexaméthasone, un glucocorticoïde de synthèse, induit significativement l’expression de plusieurs enzymes et transporteurs au niveau du tissu olfactif. Cette étude suggère que l’expression des EMX olfactives soit sous le contrôle de mécanismes spécifiques. Dans une deuxième partie, le métabolisme in vitro de quelques molécules odorantes a été étudié. Nous avons observé que la muqueuse olfactive de rat possède une forte capacité métabolique et catalyse notamment la formation de métabolites hydroxylés. Enfin, les conséquences de ce métabolisme ont été évaluées en enregistrant des électro-olfactogrammes (EOG) au niveau de la muqueuse olfactive de rat. Nous avons montré qu’à concentrations équivalentes, l’amplitude des signaux EOG générés par des métabolites est beaucoup plus faible que l’amplitude des réponses élicitées par les molécules odorantes non biotransformées. De plus, la perfusion de la muqueuse par des inhibiteurs spécifiques de cytochromes P450 ou de carboxylestérases provoque une modification significative des signaux EOG. Ces études démontrent que la biotransformation des molécules odorantes a un impact sur le signal olfactif. L’ensemble de ces études conforte l’hypothèse d’un rôle des EMX dans la première étape de la perception olfactive. Ces enzymes pourraient catalyser la biotransformation des molécules odorantes dans le but d’éviter une saturation du système olfactif.

Xenobiotic metabolizing enzymes (XMEs) play a central role in the biotransformation and the elimination of foreign compounds reaching the body. Organized as a biotransformation network, these enzymes catalyze various reactions (oxidations, conjugations …) in order to increase the water solubility of compounds. XMEs are highly expressed in the mammalian olfactory epithelium and in vitro studies showed that they have important activities. Besides a role in the metabolism of toxic compounds, a role in the peripheral regulation of the olfactory process has been hypothesized. XMEs could contribute to maintain the sensibility of the olfactory system, by eliminating or inactivating odorant molecules present in the perireceptor space. However, scientific proofs of such a role are still limited. In a first study, we demonstrated that olfactory XMEs can be modulated by chemical treatments identified to induce the enzyme expression in the liver (dexamethasone, Aroclor …). The intensities of the effects were lower in the OM than in the liver. Dexamethasone, a synthetic glucocorticoid, was found to increase significantly the expression of several enzymes and transporters in the olfactory mucosa. This study suggests that the expression of olfactory XME is controlled by tissue-specific mechanisms. In the second part, the metabolism of some odorant molecules was studied in vitro. We observed that the olfactory mucosa of rats possesses a high metabolic capacity and catalyses the formation of hydroxylated metabolites. Finally, the consequences of this metabolism were evaluated by recording electro-olfactograms (EOG) from the olfactory mucosa of rats. We showed that, at same concentrations, amplitudes of EOG signals generated by the metabolites were lower than those elicited by the parent molecules. Moreover, the perfusion of the mucosa with specific inhibitors of cytochromes P450 or carboxylesterases induced a significant modification of EOG signals. These studies demonstrate that the biotransformation of odorant molecules have an impact on the olfactory signal. Taken together, these studies support the hypothesis that XME are involved in the first stage of the olfactory perception. These enzymes could catalyze the biotransformation of odorant molecules in order to avoid the saturation of the olfactory system.