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Landry Charlier
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Activités
de recherche
- Descriptions mécanistiques des étapes moléculaires impliquées dans la perception des odeurs
Sujet de thèse : les étapes de l'olfaction
L'odorat provient de l'interaction entre des molécules odorantes et une région de notre cerveau appelée Epithelium olfactif où se trouve les récepteurs olfactifs (OR).
Du contact des molécules avec les ORs qui se trouvent sur la membrane des cils, un signal naît. Il s’ensuit une cascade d’événements chimiques et électriques qui engendrent un train d’efflux : le message nerveux, cheminant le long d’un fin prolongement du neurone, l’axone, en direction du bulbe olfactif. Là, les axones se regroupent pour former des glomérules de telles sortes qu’un glomérule ne soit relié qu’à un seul type de récepteur olfactif. Ces glomérules rencontrent ensuite des neurones-relais : les cellules mitrales afin de leur communiquer leur excitation.
Les ORs sont présents sur les cils qui baignent dans le mucus, liquide hydrophile. Or les molécules odorantes sont des molécules hydrophobes et vont donc avoir du mal a traverser le mucus pour se rendre jusqu’aux récepteurs. C’est là qu’interviennent les Odorant-Binding protein (OBP) qui sont de petites protéines solubles qui possèdent la capacité de se lier de façon réversible à des molécules hydrophobes afin de les amener a proximité des ORs. |
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Les récepteurs olfactifs (OR):
Chez l'humain, les gènes codant pour ce type de récepteurs sont au nombre de ~1000 mais seulement environ 300 sont fonctionnels. Ils semblerait donc qu'au fur et à mesure de notre évolution, nous ayons perdu le besoin de différencier les odeurs. (sûrement dû au fait que notre odorat ne joue plus un rôle primordial dans nos vies quotidiennes : recherche de nourriture, danger des prédateurs...)
Les récepteurs olfactifs sont des récepteurs à 7 hélices transmembranaires couplés à une protéine G (appelés communement GPCR : G-Protein Coupled receptor) dont l’activation permet l’ouverture d’un canal à ion grâce à une cascade biochimique AMPc-dépendante qui a pour but le dépolarisation de la membrane et la naissance du signal.
Du fait de leurs positions dans les membranes, les GPCR sont très diffcilement cristallisables. Afin de pouvoir étudier leur comportement au cours du temps par dynamique moléculaire, la construction par homologie de ce type de récepteurs est indispensable. Cette technique permet, grâce à un alignement approprié, de générer les coordonnées 3D de la protéine voulue à partir des coordonnées connues d'une autre protéine dont l'identité est proche de notre protéine cible. Dans le cas des GPCR seule la Rhodopsine (représentée à droite) et le recepteur beta-adrénergique sont "entièrement cristallisée", la plupart des modèles de GPCR par homology modeling s'appuient donc sur leurs coordonnées. |
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Interaction odorant/OR:
Dans le cas de l’olfaction, un OR peut être activé par plusieurs odorants mais les odorants peuvent aussi activés plusieurs ORs. De ce fait, le signal créé est de type combinatoire et chaque odorant possède son propre "code" (nous ne sommes pas dans le cas de la chimie médicinale impliquant un phénomène "clé-serrure" entre un ligand et un récepteur).
La complexité de déduction du code pour une odeur provient de plusieurs paramètres :
- du nombre de molécules odorantes et de leurs natures envers les ORs (agoniste ou antagoniste) car le code n’est pas additif dans le cas de mélange d’odorants (ce qui réflète la réalité car les parfums, les odeurs culinaires... ne sont jamais constitués d'une seule molécule odorante). En effet si les odorants peuvent activés des récepteurs, il peuvent aussi les inhibés et ainsi être antagoniste de récepteurs pour lesquelles d’autres odorants seraient agonistes.
- la concentration de chaque molécule odorante : en effet, si la molécule possède peu d'affinité avec l'OR, il se peut que l'odorant n'active l'OR qu'à forte concentration. Il se peut aussi que la perception dépende de la concentration, c'est le cas du thioterpinéol qui possède une odeur de fruit tropical à faible concentration mais une odeur qui devient nauséabonde à forte concentration
- des circuits internes au bulbe instaurent entre les cellules mitrales des relations d’inhibition grâce auxquelles les neurones les plus actif imposent le silence à ceux qui le sont plus faiblement.
Les OBP:
Ce sont de petites protéines (environ 150 acides aminés ) possédant une cavité hydrophobe composée de 8 feuillets ß et d'un pont disulphure chez les mammiferes (chez les insectes, on parle de Pheromone-Binding Protein (PBP) et leur cavité hydrophobe est composé de 6 hélices α et de 3 ponts S-S)
Elles ont pour rôle de faciliter le passage de l'odorant à travers le mucus jusqu'à l'OR en formant un complexe avec l'odorant (elles pourraient aussi avoir le rôle de protection contre les enzymes de dégradation).
Cependant, le mode de "relarguage" de l'odorant reste obscur. En effet, nous ne savons pas à l'heure actuelle si l'OBP relargue l'odorant quand elle se trouve à proximité de l'OR ou si il se forme un complexe entre OBP/odorant et l'OR qui faciliterait la transmission de l'odorant.
(à droite : porcine OBP : 1DZK.pdb) |
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Travaux :
Nos travaux portent essentiellement sur l'étude du transport des molécules odorantes jusqu'à l'OR via les OBP :
- effet du pH : lorsque l'OBP complexé avec une molécule odorante se rapproche de l'OR, le pH chute étant donné qu'au niveau des membranes le pH est acide. Ce passage d'un pH physiologique à un pH acide va induire un changement conformationnel de notre OBP du fait de la protonation/déprotonation de certains acides aminés (comme l'histidine, l'acide aspartique...)
- étude des interactions odorant /OBP : calcul énergie libre : intégration thermodynamique, MM-PBSA, PMF(umbrella sampling) en fonction du pH.
- étude des interactions odorant / OR (homology modeling, docking, calcul énergie libre...)
Collaborations :
- Collaboration avec l'équipe d'Emmanuelle Jacquin-Joly de Versailles sur les Pheromone-Binding Protein du Bombyx Mori (BmPBP)
- Collaboration avec l'équipe de Catherine Ronin de Marseille sur les récepteurs olfactifs
- Collaboration avec l'équipe de Steve Homans de Leeds sur la MUP
- Collaboration avec l'équipe de David Scott de Nottimgham et l'équipe de Claude Nespoulous de Jouy-en-Josas sur l'OBP du rat
Publications :
Binding free energy prediction in strongly hydrophobic biomolecular systems
Landry Charlier, Claude Nespoulous, Sébastien Fiorucci, Serge Antonczak and Jérome Golebiowski, Phys. Chem. Chem. Phys. (2007), 9, 5761-5771.
Deciphering the selectivity of Bombyx mori Pheromone Binding Protein for Bombykol over Bombykal. A theoretical approach.
Landry Charlier, Serge Antonczak, Emmanuelle Jacquin-Joly, Daniel Cabrol-Bass and Jérome Golebiowski, ChemPhysChem, (2008), 9, 2785-2793.
How does human odorant binding protein bind odorants? The case of aldehydes studied by molecular dynamics
Landry Charlier, Daniel Cabrol-Bass and Jérome Golebiowski, C.R. Chimie, In Press.
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