Comment les neurotransmetteurs travaillent ensemble pour détecter et discriminer les odeurs

Une hypothèse de longue date en neurobiologie était qu’un seul neurone libère un seul type de neurotransmetteur, une molécule utilisée par les neurones pour communiquer entre eux. Au cours des dernières décennies, il a été constaté que plusieurs neurones libèrent plus d’un neurotransmetteur. Ce phénomène appelé co-transmission est de plus en plus reconnu comme un mécanisme moléculaire puissant et polyvalent utile pour la régulation dynamique de divers circuits neuronaux.

Cependant, la façon précise dont la co-transmission affecte le déclenchement des neurones cibles et le comportement global d’un animal reste à élucider.

Une étude récente menée dans le laboratoire du Dr Benjamin Arenkiel, professeur au Baylor College of Medicine et chercheur principal au Jan and Dan Duncan Neurological Research Institute (Duncan NRI), a analysé le fonctionnement de la cotransmission de deux neurotransmetteurs, l’acide gamma-aminobutyrique ( GABA) et la dopamine – provenant d’un groupe spécifique de neurones du bulbe olfactif modulent l’activité de l’ensemble du circuit. Il a été publié dans Rapports de cellules.

Co-transmission dissection dans les neurones sSAC du bulbe olfactif des mammifères

Le GABA et la dopamine sont tous deux présents et co-transmis dans de nombreuses cellules cérébrales. Le laboratoire Arenkiel s’est concentré sur un type de neurones inhibiteurs olfactifs appelés cellules à axones courts superficiels (sSAC) qui reçoivent des informations de divers neurones sensoriels olfactifs.

“Pour comprendre le rôle des sSAC dans la détection et la discrimination des odeurs, nous avons spécifiquement bloqué la libération de GABA ou de dopamine par ces neurones”, a déclaré l’auteur principal, le Dr Ariel Lyons-Warren, chercheur clinicien au laboratoire Arenkiel. “Nous avons utilisé une technique génétique bien établie pour générer des modèles de souris dépourvus de la capacité de libérer du GABA, de la dopamine ou les deux.”

En utilisant un test comportemental basé sur la capacité innée des souris à détecter la nourriture cachée, ils ont découvert que les souris dépourvues à la fois de GABA et de dopamine étaient incapables de détecter les odeurs. L’inhibition individuelle de l’un ou l’autre de ces neurotransmetteurs n’a entraîné aucune altération de la détection des odeurs. Cependant, les souris chez lesquelles la libération de GABA ou de dopamine était bloquée ne pouvaient pas différencier des paires d’odeurs moléculairement similaires que des souris normales pourraient facilement distinguer.

“Sur la base de ces observations, nous concluons que le GABA et la dopamine sont individuellement suffisants pour détecter les odeurs, alors qu’ils agissent probablement en coopération pour discriminer les odeurs similaires”, a ajouté le Dr Lyons-Warren.

Découvrir comment la cotransmission contribue à la détection et à la discrimination des odeurs

Les sSAC reçoivent des entrées de divers neurones sensoriels olfactifs et envoient ces signaux aux cellules en touffe et aux cellules mitrales, les principaux neurones de sortie qui se synapsent avec les neurones des cellules granulaires présentes dans la couche la plus profonde du bulbe olfactif. Ainsi, les sSAC font partie des circuits initiaux du bulbe olfactif qui aident à détecter, décoder et traiter les informations olfactives que le cerveau reçoit de l’environnement externe.

Pour comprendre les circuits neuronaux sous-jacents et les mécanismes impliqués dans la détection et la discrimination des odeurs, l’équipe d’Arenkiel s’est mise à rechercher les cibles du GABA et de la dopamine dans les sSAC.

Premièrement, ils ont découvert que les récepteurs dopaminergiques GABA et D1, présents dans tout le bulbe olfactif et, surtout, sur les cibles connues et nouvelles des sSAC, étaient impliqués dans la détection des odeurs.

En utilisant la cartographie de circuits assistée par Channelrhodopsin (CRACM), ils ont découvert que bien que les sSAC soient connectés à des cellules touffues externes via les récepteurs GABA et dopaminergiques, ils ne libèrent de la dopamine que vers les cellules granulaires. En outre, ils ont constaté qu’une libération altérée de sSAC GABA ou de dopamine avait un impact sur la fréquence d’activation des cellules mitrales, ce qui à son tour augmente le nombre de glomérules qui répondent à une odeur donnée et conduit à une réduction de la discrimination des odeurs.

“Cette étude fournit des informations mécanistiques cruciales sur la co-transmission spécifiquement dans le contexte de l’olfaction et montre comment ce type de neuromodulation sculpte des réponses distinctes aux entrées sensorielles”, a déclaré le Dr Arenkiel, qui est également boursier McNair.

“Cela illustre également bien comment la co-transmission permet à un seul type de cellule de produire des réponses variées aux mêmes stimuli en modulant différentiellement différents neurones cibles. Étant donné que l’on sait maintenant que la co-transmission se produit dans différents types de cellules cérébrales, cela servira de modèle. base pour des explorations plus approfondies sur les effets neuromodulateurs de plusieurs neurotransmetteurs dans l’olfaction ainsi que dans d’autres processus sensoriels.