Caractérisation des récepteurs de l'octopamine et des récepteurs olfactifs chez l'abeille Apis mellifera et des récepteurs de l'octopamine chez le Varroa destructor.

Characterization of olfactory and octopamine receptors in Apis mellifera and Varroa destructor

• Auteur / Autrice : Anaïs Bertaud
• Direction : Pierre Charnet, Michel Vivaudou, Jean-Baptiste Thibaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Sandoz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Raymond-Delpech
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Lapied, Steeve Hervé Thany
• DOI : 10.70675/4470d1f4z9542z4267za9bbz4a5f096fe4ee

Mots clés

Mots clés contrôlés

Xenopus laevis

Varroa jacobsoni

Abeille domestique

Pharmacologie

Insectes

Odorat

Mots clés libres

Pharmacologie-Insecticides

Expression fonctionnelle

Xenopus laevis - insectes

Signalisation intracellulaire

Olfaction

Excitabilité cellulaire

Pharmacology-Insecticides

Functionnal expression

Xenopus laevis - insects

Intracellular signalling

Olfaction

Cellular excitability

Résumé

Des travaux scientifiques montraient que 70 à 80 % des insectes volants avaient disparu en 30 ans. Plusieurs études ont ensuite confirmé et étendu ces résultats aux poissons et aux oiseaux, espèces étant au sommet de la chaine alimentaire, et à plusieurs endroits de la surface du globe. La cause principale, même si elle n'est pas exclusive, en avait été attribuée aux pesticides de manière générale, et plus particulièrement aux insecticides. Ces molécules, le plus souvent neurotoxiques, sont utilisées en épandage dans les champs, en enrobage des semences, et en produits vétérinaires ou domestiques sous forme de pulvérisateurs contre les moustiques, les fourmis, les frelons… A l'heure actuelle, ils sont présents en tout lieu, tels que les champs, les rivières ou même l'air. Dès lors qu'ils ne tuent pas rapidement les insectes via des doses massives, ils peuvent via des doses plus faibles, affecter durablement le vol, la locomotion, l'olfaction, la mémoire des insectes qui sont exposés ; voire dans le cas des insectes eusociaux comme les abeilles Apis mellifera, affecter la colonie, en modifiant la production ou la détection des phéromones qui en assurent le bon fonctionnement, allant jusqu'à la mort. Leurs cibles principales chez les insectes sont les canaux ioniques synaptiques (canaux voltage-dépendant : sodiques et calciques, canaux ouverts par des ligands : GABAergiques ou nicotiniques), pouvant induire une surstimulation ou un blocage, devenant rapidement létaux... Les études scientifiques qui analysent les perturbations induites pas ces molécules s'intéressent le plus souvent à leurs cibles moléculaires directes, et relativement peu aux autres acteurs des fonctions physiologiques décrites plus haut, souvent parce que ces autres acteurs sont encore peu connus et/ou peu décris dans la littérature.L'étude réalisée au cours de ces trois années de thèse était principalement focalisée sur deux de ces acteurs : les récepteurs de l'octopamine (OctR), qui sont des récepteurs couplés aux G protéines et qui jouent des rôles importants dans la fonction cardiaque, l'olfaction et/ou la mémoire ; et les récepteurs olfactifs (OR), qui constituent l'étape primordiale de la détection des odeurs. Dans les deux cas, le clonage ou le reclonage de ces récepteurs chez l'abeille Apis mellifera et/ou le Varroa destructor, qui est un parasite important de la ruche, a été réalisé, avec la mise au point des conditions expérimentales de leur expression dans l'ovocyte de Xénope. Des expériences de voltage-imposé à double micro-électrode ont alors permis d'analyser leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques. Les résultats de leur caractérisation ont permis de mettre en évidence plusieurs voies de signalisations intracellulaires stimulées par l'activation des OctR via différentes protéines G, incluant la production d'AMPc et/ou d'IP3, mais aussi la présence d'une conductance indépendante des protéines G, qui reste à déterminer. La spécificité de la stimulation de ces voies est dépendante du récepteur, mais aussi, du ligand utilisé.L'analyse de 10 ORs (dont 9 étant orphelins), structurellement représentatifs de la diversité des ORs du clade à 9 exons (surexprimé chez les mâles et les ouvrières), montre que la sous-unité constitutive Orco n'est pas grandement sensible au VUAA1 chez l'abeille Apis mellifera, contrairement à celle de drosophile Drosophila melanogaster. L'hétérotétramère Orco/OR possède un pore de structure différente que l'homotétramère Orco, suggérant la formation réelle de l'hétérotétramère. En dehors de AmOR11, qui a été étudié en présence de 9-ODA, phéromone spécifique de cet OR et sécrétée par les mandibules de la reine demeurant importante dans l'attraction de ces congénères, les 9 autres ORs semblent former des hétérotétramères avec Orco, de par leur sensibilité au VUUA1, cependant, aucun d'entre eux n'a malheureusement pu être déorphanisés avec les molécules d'intérêts que nous avions choisi dans cette étude.

Scientific work showed that 70 to 80% of flying insects had disappeared in the last 30 years. Several studies extended these results to fish and birds, species being at the top of the food chain, and to several places on the surface of the globe. The main cause, even if it is not exclusive, had been attributed to pesticides in general, and more particularly to insecticides. These molecules, most often neurotoxic, are used by spreading in fields, in seed coating, and in veterinary or domestic products in the form of sprays against mosquitoes, ants, and hornets... They are now present in any place, such as fields, rivers, or even in the air. As soon as they do not quickly kill insects via massive doses, they can, via lower doses, permanently affect flight, locomotion, olfaction, and memory of insects that are exposed; even in the case of eusocial insects such as Apis mellifera bees, affecting the colony, by modifying the production or detection of the pheromones which ensure its proper functioning, going as far as death. Their main targets in insects are synaptic ion channels (voltage-gated channels: sodium and calcium, channels opened by ligands: GABAergic or nicotinic), which can be overstimulated or blocked, quickly becoming lethal... Scientific studies on the disturbances caused by these molecules are most often interested in their direct molecular targets, and relatively little is known about the effect on the other actors of the physiological functions described above, often because these other actors are poorly described in the literature.The study carried out during these three years of thesis was mainly focused on two of these actors: octopamine receptors (OctR), which are receptors coupled to G proteins and which play important roles in cardiac function, olfaction and/or memory; and olfactory receptors (OR), which are the primary step in odor detection. In both cases, the cloning or recloning of these receptors in the bee Apis mellifera and/or the Varroa destructor, which is an important parasite of the hive, was carried out, with the development of the experimental conditions for their expression. in Xenopus oocyte. Voltage-clamp experiments with two-electrode then made it possible to analyze their biophysical and pharmacological properties. The results of their characterization highlight several intracellular signaling pathways stimulated by the activation of OctRs via different G proteins, including the production of cAMP and/or IP3, but also the G proteins independant activation of a conductance that remains to be determined. The specificity of the stimulation of these pathways is dependent on the receptor, but also on the ligand used.The analysis of 10 ORs (including 9 being orphans), structurally representative of the diversity of the ORs of the 9-exon clade (overexpressed in males and workers), shows that the constitutive subunit Orco is not highly sensitive to VUAA1 in the bee Apis mellifera, unlike that of the fruit fly Drosophila melanogaster. The Orco/OR heterotetramer has a different selectivity, and thus different pore structure than the Orco homotetramer, suggesting the actual formation of the heterotetramer. Apart from AmOR11, which was studied in the presence of 9-ODA, a pheromone specific to this OR and secreted by the queen's mandibles, the 9 other ORs seem to form heterotetramers with Orco, due to their sensitivity to VUUA1, however, none of them could be deorphanized with the molecules of interest that we had been chosen in this study.