Olfaction et enzymes olfactives – OLFZYME

Pour étudier ces phénomènes de métabolisation plusieurs enzymes ont été étudié avec un effort particulier sur la famille des glutathion transférase pour lesquelles le rôle à la fois olfactif et gustatif a été démontré. Pour y parvenir une combinaison d’approche moléculaire a été réalisé permettant d’une part la production et la purification de ces enzymes pures à partir de systèmes bactériens puis l’étude de leur capacité à métaboliser les odorants et molécules sapides et enfin la résolution de leur structure en complexe avec ces molécules à l’échelle de l’atome. Parmi les molécules d’arômes métabolisées est notamment retrouvé le cinnamaldéhyde, molécule à l’odeur épicée de cannelle. Des approches d’immunohistochimie ont été utilisées pour montrer chez le modèle rongeur que ces enzymes sont localisées dans les différents tissus de la sphère orale avec des différences suivant l’enzyme. Ces analyses ont également été étendu chez l’humain afin de vérifier qu’elles y sont également présentes avec des différences d’expression intéressantes chez l’humain en comparaison du rongeur. Des techniques de microscopie électronique et d’enregistrement d’activité des neurones sont également venue appuyer ces résultats.

Les résultats marquants de ce projets sont nombreux 1- la démonstration du rôle des enzymes dans la perception sensorielle qui nous permet aujourd’hui d’améliorer la formulation aromatique des parfums et produits alimentaires, 2 – la résolution de la première structure d’une de ces enzymes à l’échelle atomique en complexe avec une molécule odorante, 3 – la cartographie de la localisation de ces enzymes dans la sphère orale, 4 – l’enregistrement de l’effet de cette métabolisation sur des neurones olfactif et la démonstration de la possibilité de moduler ce phénomène en ajoutant une autre enzyme

OlfZyme permet de nouvelles stratégies de formulation des arômes ainsi que des molécules amères dans les produits alimentaires. De plus, les résultats sur les personnes souffrant de troubles du goût ouvrent de nouvelles stratégies de formulation d'aliments pour cette population spécifique.

Le projet OlfZyme a permis à ce jour de réaliser une dizaine de publications scientifique internationale dans des journaux majeurs du domaine. Ces publications ont permis de démontrer notre hypothèse de départ du rôle des enzymes de la sphère orale dans la perception sensorielle. De plus ces résultats ont pu être communiqué dans la communauté scientifique au travers de conférences ainsi qu’au grand public à l’occasion d’événements comme la fête de la Science ou encore de conférences.

Le processus conduisant à la perception des odeurs qui est à la fois, orthonasal et rétronasal comprend: la détection biochimique des odorants, la transduction du signal et l'intégration du signal. Pour détecter les molécules odorantes, nous sommes équipés d'environ 350 récepteurs olfactifs qui sont exprimés dans l'épithélium olfactif. Grâce a une activation combinatoire des récepteurs olfactifs un signal complexe est généré permettant ainsi de detecté un nombre très important de molécules. La molécule odorante déclenche les récepteurs olfactifs en traversant directement la muqueuse olfactive ou après une étape salivaire lorsqu'il s'agit d'un arôme libéré en bouche. Le mucus olfactif est une interface aqueuse entre les récepteurs et les substances odorantes olfactives principalement constitués de mucines mais aussi de nombreuses enzymes. Chez les mammifères, il a déjà été montré que la première étape de détection des substances odorantes peut être modulée par l'activité enzymatique de la salive et du mucus nasale. Fait intéressant, ces enzymes chez les humains peuvent également être inhibées par des substances odorantes agissant également comme un inhibiteur de ces enzymes. Ainsi la perception d'un odorant peut être modifié par un autre odorant par ce biais. Les glutathion transférases (GSTs), nommément GSTM1 et GSTP1, ont été identifiées dans les deux fluides qui nous intéressent dans cette étude à savoir le mucus olfactif et la salive. Nous supposons donc que GSTA1 et GSTP1 peuvent avoir un double rôle à la fois, et de la perception orthonasal mais également un rôle additionnel par le biais de la salive dans la perception rétronasale. Lors de l'étape salivaire les GST peuvent modifier la composition des arômes, la libération des arômes de vitesse et par conséquent leur perception.
Le choix de ces deux enzymes comme modèle comprend également un aspect polymorphise (présent dans plus de 10% de la population humaine pour ces enzymes). Le polymorphisme peut donner lieu à une activité d'enzyme GST inférieure, une absence d'activité ou d'une modification du spectre de la molécule interagissant avec la GST. Même si l'impact du polymorphisme génétique des deux GST olfactifs sur le sens de l'odorat n'a pas encore été étudié, le lien entre ces enzymes et le choix de l'alimentation humaine est déjà établie.


Dans ce contexte, comprendre le rôle de ces enzymes dans l'olfaction en utilisant une combinaison de différentes approches, apportera des informations cruciales sur leurs rôle l'olfaction humaine. Plus particulièrement, OLFZYME permettra
(1) de caractériser la capacité de liaison de ces enzymes avec des molécules odorantes
(2) de déterminer l'impact du polymorphisme sur ces liaisons
(3) de mesurer leurs activité dans la salive et le mucus nasal,
(4) de déterminer leur capacité d'interagir avec les récepteurs olfactifs, grâce à des tests sur des cellules exprimant des récépteurs olfactifs et de l'imagerie sur des tissus humains
(5) de fournir une preuve de concept du rôle de ces enzymes dans la modulation du signal olfactif et de la possibilité de moduler l'olfaction

En terme d'impact sur la société, OLFZYME permettra

(1) la formulation de nourriture avec des caractéristiques sensorielles supérieures en concevant rationnellement un mélange de substances odorantes capables de moduler la perception olfactif;
(2) d'identifier des populations cibles avec des risques accrus pour la santé en raison d'un polymorphisme de ces enzymes associées à des habitudes alimentaires à risque.

Pour atteindre ses objectifs, OLFZYME propose une approche multidisciplinaire associant des expertise en culture cellulaire, en biochimie des protéines, en imagerie, en chimie analytique, en bioinformatique et en analyse sensorielle. En outre, OLFZYME est un projet de recherche fondamentale, ce qui donnera l'occasion à un jeune chercheur de développer sa propre thématique de recherche afin à terme dans l'avenir de développer son propre groupe de recherche.