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Les sens chimiques Prof. Alan Carleton UNIGE, Faculté de médecine, Département de Neurosciences Fondamentales

Les sens chimiques - unige.ch

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Page 1: Les sens chimiques - unige.ch

Les sens chimiquesProf. Alan Carleton

UNIGE, Faculté de médecine, Département de Neurosciences Fondamentales

Page 2: Les sens chimiques - unige.ch

• Le système olfactif principal

• Organe voméronasal et détection des phéromones

• La perception des goûts

Les sens chimiques

Page 3: Les sens chimiques - unige.ch

GUSTATION

Page 4: Les sens chimiques - unige.ch

Une expérience multisensorielle

FLAVEUR: Ensemble des

sensations olfactives,

gustatives et tactiles ressenties lors

de la

dégustation d'un produit

alimentaire.

Page 5: Les sens chimiques - unige.ch

Les cinq composantes du goût

AmerSucré UmamiSalé Acide

Page 6: Les sens chimiques - unige.ch

Organisation anatomique

Epiglotte

Langue

Palais

Cavité nasale

Page 7: Les sens chimiques - unige.ch

Les bourgeons du goût et papilles gustatives

Page 8: Les sens chimiques - unige.ch

Organisation des bourgeons du goût

20 mm

Bourgeons du goût:

Homme (10000)

Rat (1000)

500 CV

Page 9: Les sens chimiques - unige.ch

Caffeine

Quinine

Glucose

Aspartame

GlutamateNaCl

KCl

Acide acétique

Des molécules induisant la perception d’un goût

Guanosine

monophosphate

AmerSucré UmamiSalé Acide

Acide citrique

Page 10: Les sens chimiques - unige.ch

Récepteurs gustatifs

Page 11: Les sens chimiques - unige.ch

ENAC PKD2L1

Récepteurs du salé et de l’acide

Salé Acide

Canaux ioniques

Page 12: Les sens chimiques - unige.ch

Récepteurs du sucré, umami et amer

40 T2RsT1R2/T1R3 T1R1/T1R3

AmerSucré Umami

Page 13: Les sens chimiques - unige.ch

Perte de la perception sucré chez

des animaux carnivores

T1R2/T1R3 T1R1/T1R3

Sucré Umami

X

?

Page 14: Les sens chimiques - unige.ch

Perte de la perception sucré chez

des animaux carnivores

The cell biology of taste. Chaudhari and Roper (2010) JCB

Page 15: Les sens chimiques - unige.ch

Transduction

ATP

5-HT

T1R2-T1R3 T1R1-T1R3 ENACEpithelial Na Chan.

PKD2L1TRP channel

Page 17: Les sens chimiques - unige.ch

Representation sensorielle sur la langue

Page 18: Les sens chimiques - unige.ch

Codage des goûts au niveau de la langue

Vers le cerveau

Page 19: Les sens chimiques - unige.ch

Gustatoray pathways in the human brain

Noyau du

tractus solitaire

Page 20: Les sens chimiques - unige.ch

Représentation corticale des goûts

Page 21: Les sens chimiques - unige.ch

La perception des goûts

Page 22: Les sens chimiques - unige.ch

La représentation cérébrale des goûts

Accolla et al. (2008) Journal of Neuroscience

Marella et al. (2006) Neuron

Schoenfeld et al. (2004) Neuroscience

Page 23: Les sens chimiques - unige.ch

Gilbertson et al. J Neurosci (2001)

Codage de l’information sensorielle

Page 24: Les sens chimiques - unige.ch

Codage de l’information sensorielle

Mouse behaviour

Mueller et al. Nature (2005)

Page 25: Les sens chimiques - unige.ch

Codage de l’information sensorielle

Cortical neurons

Stapleton et al. J Neurosci (2006)

Page 26: Les sens chimiques - unige.ch

Représentation sensorielle dans le cortex

Vision Audition

Page 27: Les sens chimiques - unige.ch

Location of the gustatory cortex in the rodent brain

mca

rhv

S1BF

GC

S1

Pir

lot

GC

rs

IC

Page 28: Les sens chimiques - unige.ch

• Changes in Reflectance upon activation

• Functional Population Activity

• Successfully used to establish spatial organization of other sensory areas

• Good Spatial Resolution

Methods – Intrinsic imaging

Page 29: Les sens chimiques - unige.ch

Functional localization of the gustatory cortex

Accolla, Bathellier, Petersen and Carleton. Journal of Neuroscience (2007) 27:1396-1404

Page 30: Les sens chimiques - unige.ch

Signals are taste specific

Page 31: Les sens chimiques - unige.ch

Represention des goûts dans le cortex

B

Pleasant

Unpleasant

A

SweetSalty

BitterSour

mca

rhv

Somatosenrory

Page 32: Les sens chimiques - unige.ch

Gustotopic map in the taste cortex

Page 33: Les sens chimiques - unige.ch

Gustotopic map in the taste cortex

Page 34: Les sens chimiques - unige.ch

Une représentation corticale gustotopique

Carleton et al. (2010) Trends in Neurosciences

Accolla et Carleton. (2008) PNAS

Accolla et al. (2007) Journal of Neuroscience

Chen et al. (2011) Science

Page 35: Les sens chimiques - unige.ch

Valeur hédonique des goûts

Page 36: Les sens chimiques - unige.ch

Apprentissage gustatif: exemple de l’aversion

d’un aliment

Page 37: Les sens chimiques - unige.ch

Control AVERSION à

La saccharine

Extinction

Carleton et al. (2010) Trends in Neurosciences

Accolla et Carleton. (2008) PNAS

Changement de la représentation gustotopique après

apprentissage

Accolla et al. (2008) Journal of Neuroscience

saccharinequinine

CORTEX après

Page 38: Les sens chimiques - unige.ch

OLFACTION

Page 39: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the human olfactory system

Page 40: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the olfactory systems

Photo: courtesy of Prof. Rodriguez (UNIGE)(Omp-TauLacZ) Tg mouse

Grueneberg

Ganglion (GG)

Vomeronasal

Organ (VNO)Main olfactory

Epithelium (MOE)

Olfactory

Bulb (OB)

Page 41: Les sens chimiques - unige.ch

Grueneberg ganglion

Page 42: Les sens chimiques - unige.ch

Grueneberg ganglion

Control lesion

Page 43: Les sens chimiques - unige.ch

Grueneberg ganglion

Page 44: Les sens chimiques - unige.ch

Chemical senses receptors

Page 45: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the olfactory systems

V2R

V1R

OR

Page 46: Les sens chimiques - unige.ch

Transduction in the VNO

Page 47: Les sens chimiques - unige.ch

Sexual behavior controlled by the vomeronasal organ

Page 48: Les sens chimiques - unige.ch

Sexual behavior controlled by the vomeronasal organ

Male normal et

Male castré

Male normal et

Male castré

(plus urine male

normal)

Male Trpc2-/- et

Male castré

(plus urine male

normal)

Page 49: Les sens chimiques - unige.ch

Sexual behavior controlled by the vomeronasal organ

A functional circuit underlying male sexual behaviour in the female mouse brain

Tali Kimchi, Jennings Xu & Catherine Dulac

Nature 448, 1009-1014 (2007)

Page 50: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the olfactory system

Page 51: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the main olfactory system

Page 52: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the main olfactory system

Page 53: Les sens chimiques - unige.ch

The main olfactory epithelium

Page 54: Les sens chimiques - unige.ch

Sensory neurons in the main olfactory epithelium

Page 55: Les sens chimiques - unige.ch

Sensory neurons in the main olfactory epithelium

Page 56: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the main olfactory epithelium

Page 57: Les sens chimiques - unige.ch

Transduction in the MOE

Page 58: Les sens chimiques - unige.ch

Transduction in the MOE

Page 59: Les sens chimiques - unige.ch

Transduction in the MOE

Page 60: Les sens chimiques - unige.ch

Organization of the olfactory system

The Nobel Prize in Physiology

or Medicine 2004

L. Buck R. Axel

(M50-TauLacZ) Tg mouse

~1000 olfactory

receptors in mice

Page 61: Les sens chimiques - unige.ch

Simplex and complex odors

Page 62: Les sens chimiques - unige.ch

Odor detection in mammals

Page 63: Les sens chimiques - unige.ch

cyclohexanol

CH3

O

O

O O

CH2OH

OH

OOCH3

O

anisole

acétophenone

1,8 cinéole

dl-camphre

cyclodecanone

heptanol

cyclohexanone2-heptanone

Sicard, G. and Holley, A. (1984). Receptor cell

responses to odorants: similarities and differences

among odorants. Brain Research, 292, (2), 283-96.

Page 64: Les sens chimiques - unige.ch

• One receptor is not

specific of a single

molecule

• Different odors are

detected by different

sets of receptors

Olfactory epithelium

Sensory neuron

Chemodetection

Page 65: Les sens chimiques - unige.ch

Imaging odor maps

Blood vessels

pattern

Functional Map

Page 66: Les sens chimiques - unige.ch

Different odorants evoked different glomeruli patterns

Ethyl

Butyrate

Amyl

acetate

Page 67: Les sens chimiques - unige.ch

Functional organization of cortical regions

Page 68: Les sens chimiques - unige.ch

Odor maps

Methyl BenzoateWater

Amylacetate Benzaldehyde

Hexanal

Carvone + (1) Carvone + (2)

Page 69: Les sens chimiques - unige.ch

Odor evoked glomeruli maps

A m y l a c e t a t e

M e t h y l B e n z o a t e

B e n z a l d e h y d e

Mouse C57Bl6- Odor maps from 03525

5 10 25 50 100 200

5 10 25 50 100 200

5 10 25 50 100 200

Amylacetate

Methyl Benzoate

5 10 25 50 100 200

5 10 25 50 100 200

Page 70: Les sens chimiques - unige.ch

Odor coding = Combinatorial coding

Page 71: Les sens chimiques - unige.ch

Anosmia: loss of the sense of smell

Page 72: Les sens chimiques - unige.ch

Anosmia: loss of the sense of smell

Mouse

Human

Page 73: Les sens chimiques - unige.ch

Anosmia: loss of the sense of smell

Sensory neurons Mitral cells

Page 74: Les sens chimiques - unige.ch

Olfactory bulb circuitry

Page 75: Les sens chimiques - unige.ch

Analysis of OB projections: electroporation in a single

glomerulus

Sosulski et al. Nature (2011) 472:213-216

Page 76: Les sens chimiques - unige.ch

Divergent projections towards the cortex

Sosulski et al. Nature (2011) 472:213-216

Page 77: Les sens chimiques - unige.ch

Piriform cortex organization

Page 78: Les sens chimiques - unige.ch

Temporal code and summation

Page 79: Les sens chimiques - unige.ch

Odor representation in the olfactory cortex

Stettler and Richard Axel. Neuron (2009) 63, 854-64

Page 80: Les sens chimiques - unige.ch

Lack of chemotopy and organization in the olfactory cortex

Stettler and Richard Axel. Neuron (2009) 63, 854-64

Page 81: Les sens chimiques - unige.ch

Optogenetic control of neuronal firing: Channelrhodopsin

http://www.biophys.mpg.de/en/bamberg.html

Page 82: Les sens chimiques - unige.ch

Optogenetic control of neuronal firing

http://channelrhodopsin.wikia.com/wiki/Bioengineering

http://allthingscensored.blogspot.it/2012/01/birth-of-optogenetics.html

Page 83: Les sens chimiques - unige.ch

Ensembles of piriform neurons can drive opposite behavior

Choi et al. Cell (2011) 146:1004-15