Olfaction, cognition et comportement alimentaire chez le lapin nouveau-né – NEONATOLF

La réalisation de ce projet a reposé sur un consortium national et international réunissant quatre équipes complémentaires de trois laboratoires français situés à Lyon, Dijon et Bordeaux, et un laboratoire américain de la Duke University (reconnu pour son expertise dans l’étude des mécanismes périphériques de réception des molécules odorantes). Cette organisation a permis de réunir des compétences variées afin d’étudier conjointement l’olfaction du lapin nouveau-né, avec une ambition à ce jour inédite, depuis la détection d’une phéromone maternelle jusqu’aux comportements et apprentissages qu’elle déclenche.

Le projet a également contribué à la formation de jeunes chercheurs, avec le recrutement d’une doctorante, d’une post-doctorante et de plusieurs étudiants de masters grâce au soutien de l’ANR, ainsi que l’implication de jeunes chercheurs recrutés sur les fonds propres du partenaire américain.

Chaque équipe a apporté une expertise spécifique, complémentaire de celle des autres. L’équipe coordinatrice du CRNL (Lyon), disposant de la principale structure d’élevage de lapins, a étudié les réponses comportementales des nouveau-nés face aux odeurs, apprises ou non-apprises, en préparant celles-ci à des niveaux de concentrations variées, a également acquis des réponses électrophysiologiques au niveau de la muqueuse nasale, et a œuvré à l’obtention de tissus biologiques utiles à certains autres partenaires.

L’équipe du CSGA (Dijon), disposant d’une animalerie secondaire, a étudié certains processus enzymatiques contribuant à la perception de la PM dans la cavité nasale des lapereaux via des approches de biologie moléculaire, biochimie et chimie analytique.

L’équipe de l’Unité NutriNeuro (Bordeaux) s’est intéressée aux mécanismes de la mémoire olfactive, en explorant via des approches pharmacologique, immunohistochimique et neurobiologique comment les jeunes lapins apprennent et mémorisent de nouvelles odeurs, et comment certaines régions cérébrales centrales et certains systèmes neuromodulateurs participent à ces apprentissages.

Enfin, l’équipe américaine (Matsunami Lab) a apporté son expertise dans l’identification des récepteurs olfactifs, en appliquant des procédures mêlant immunohistochimie, génétique moléculaire et bio-informatique pour rechercher le(s) récepteur(s) de la PM chez le lapin nouveau-né.

En combinant observations moléculaire, protéomique, enzymatique, génétique, systémique et comportementale, ce consortium a permis d’étudier l’olfaction néonatale de manière intégrée, innovante, dans un effort sans précédent chez le lapin. Cette approche collaborative offre une vision globale de la façon dont les jeunes mammifères perçoivent leur environnement, apprennent et s’adaptent dès les premiers instants de vie postnatale.

Le projet a permis des avancées majeures sur les mécanismes de l’olfaction néonatale et de l’apprentissage précoce chez le lapereau, en liant niveaux moléculaire, cellulaire, physiologique, cognitif et comportemental.

Les travaux sur les processus périphériques ont montré que deux protéines de transport sur trois connues chez le lapin ne lient pas la PM, la troisième restant à tester. Certaines enzymes de l’épithélium olfactif, elles, métabolisent notablement la PM et leur expression évolue avec l’âge, révélant un rôle clé dans la perception du signal maternel lorsque le succès de tétée est vital. Des enregistrements électrophysiologiques ont indiqué que les récepteurs olfactifs des lapereaux répondent plus à la PM qu’à d’autres odeurs, et que l’apprentissage augmente leur sensibilité à une odeur apprise grâce à la PM. Enfin, un récepteur olfactif de la PM a été identifié, dont le rôle a été confirmé in vivo, constituant une avancée majeure dans la compréhension des bases moléculaires de cette communication chimique mère-jeune.

Le projet a illustré plusieurs capacités cognitives remarquables des nouveau-nés. Pour la première fois à ce stade de vie, nous avons mis en évidence des formes complexes d’apprentissage olfactif liant des éléments séparés dans le temps. De plus, les travaux ont révélé que des systèmes neuromodulateurs différents interviennent dans les apprentissage simples et complexes, soulignant des mécanismes cérébraux distincts. Des essais réalisés dans le nid ont en outre montré que les apprentissages réalisés au contact de la mère renforcent durablement la mémoire des odeurs, soulignant la puissance des interactions maternelles dans l’acquisition de nouvelles connaissances par le jeune.

Une étude supplémentaire intégrée au projet a révélé une plasticité spectaculaire du système olfactif néonatal. La gamme de concentrations permettant la reconnaissance d’une odeur après apprentissage dépend de la concentration à laquelle cette odeur a été apprise : elle est large après un apprentissage à concentration forte mais très ciblée si l’apprentissage s’effectue à des concentrations extrêmement faibles. Ces résultats novateurs remettent en question certaines conceptions actuelles du fonctionnement du système olfactif et ouvrent de nouvelles perspectives en recherche fondamentale, voire pharmaceutique/clinique.

Enfin, bien que la tâche consacrée aux liens entre olfaction et prise lactée n’ait pu être menée comme prévu en raison des conséquences de la pandémie et des priorités scientifiques du projet, des données préliminaires originales ont été collectées. Leur analyse (en cours) permettra d’évaluer l’influence des différents types d’apprentissage olfactif et de leurs mécanismes neurobiologiques sur la prise de lait des nouveau-nés.

Ces résultats ont abouti à 8 publications internationales, 3 autres en cours, de multiples communications en congrès, et des actions de diffusion de la connaissance auprès du grand public.

Les résultats du projet ouvrent de nombreuses perspectives de recherche pour mieux comprendre les bases biologiques de l’olfaction, de l’apprentissage et de l’adaptation vitale précoce chez le lapereau comme, plus largement, chez les autres jeunes mammifères.

Les travaux futurs viseront tout d’abord à approfondir les mécanismes de détection de la phéromone mammaire (PM). Les chercheurs souhaitent notamment étudier le rôle encore inconnu d’une troisième protéine de transport, préciser plus avant le fonctionnement d’enzymes impliquées dans le métabolisme de la PM grâce à des approches de modélisation et de biologie structurale, et comprendre comment ces mécanismes sont influencés par la présence d’autres odorants, dans des conditions proches de celles rencontrées en nature. Ils chercheront également à déterminer pourquoi la sensibilité des lapereaux à la PM diminue avec l’âge, en distinguant mécanismes intervenant au niveau périphérique (nez) ou central (cerveau).

Les recherches se poursuivront aussi sur les liens existants entre perception olfactive et apprentissage. L’objectif sera de comprendre si les processus observés dans le système olfactif périphérique lors de la détection de la PM diffèrent, ou non, de ceux impliqués dans la détection d’une odeur neutre une fois que celle-ci a acquis une signification biologique après apprentissage (et déclenche le même comportement de tétée que la PM). Les chercheurs étudieront par ailleurs le rôle d’autres systèmes de neurotransmission dans les différentes formes d’apprentissage, ainsi que l’influence de l’âge des animaux et de la complexité des odeurs (odorants seuls vs. en mélanges) sur ces mécanismes.

Le projet a également permis d’impulser une collaboration non prévue explorant comme hypothèse originale la possibilité que la PM soit détectée, en plus de la muqueuse olfactive, par la barrière hématoencéphalique, ouvrant un nouveau champ d’investigation.

Enfin, une question majeure guidera les travaux futurs : pourquoi certains lapereaux (5% en élevage) ne répondent-ils pas à la PM, s’alimentent moins et meurent ? Après avoir éclairé de façon fine dans ce projet les mécanismes assurant le fonctionnement normal du système olfactif face à la PM, les recherches pourront désormais aussi s’intéresser aux causes de ces défaillances, qu’elles soient d’origine périphérique et/ou cérébrale. Ces travaux contribueront à mieux comprendre les bases biologiques des différences individuelles néonatales de perception, d’apprentissage, et in fine d’adaptation.

L’olfaction est un sens décisif tout au long de la vie des animaux, impliqué dans l’expression de certains de leurs comportements les plus cruciaux (relations mère-jeunes, choix de nourriture, évitement de dangers, etc.). Chez les mammifères, Homme y compris, cette sensorialité est connue pour fonctionner dès la vie fœtale, ainsi que pour influencer les premières orientations du nouveau-né au contact du corps maternel en vue de la tétée. Néanmoins, la nature chimique des odeurs impliquées et des mécanismes biologiques sous-tendant leur traitement et leur perception demeure largement méconnue. Le lapin est la seule espèce à ce jour chez laquelle une phéromone, émise par la mère et jouant un rôle clé dans l’aptitude des nouveau-nés à localiser les tétines et à téter lors de leur unique et bref allaitement quotidien, a été identifiée: la phéromone mammaire (PM). Cette phéromone a par ailleurs un puissant pouvoir cognitif en étant apte à promouvoir, de façon exceptionnellement rapide (1 essai, 5 minutes), l’apprentissage d’autres odeurs, initialement neutres: 24h après le couplage d’une telle odeur avec la PM, les lapereaux répondent à l’odeur apprise en exprimant le comportement orocéphalique de localisation-prise en bouche des tétines aussi efficacement qu’envers la PM. Cela fait du lapin une formidable espèce modèle pour étudier l’olfaction, la perception phéromonale, et la mémoire olfactive néonatales. Dans ce contexte, le projet franco-américain NEONATOLF de recherche fondamentale, à visée également appliquée, associe les forces de 3 partenaires français (Unités CNRL, CSGA, NutriNeuro) et 1 américain (Duke University), tous spécialistes des sens chimiques et de la perception olfactive, dans un travail multidisciplinaire sans précédent chez cette espèce allant de la protéomique au comportement. Il vise à révéler certains processus biochimiques, neurophysiologiques et comportementaux qui participent au traitement par le lapereau de la PM et d’odeurs apprises grâce à elle, à caractériser plus avant la mémoire du nouveau-né, et à évaluer les conséquences de ces processus sur la prise lactée. Notre programme scientifique, basé sur de fructueux essais préliminaires, explorera trois questions inédites et actuelles en biologie du lapin: 1) comment des signaux induisant une réponse comportementale "innée" vs. apprise tels que la PM ou des odorants appris par couplage avec la PM sont ils traités à la périphérie du système olfactif néonatal ? 2) comment la mémoire de nouvelles odeurs se met-elle en place chez les lapereaux dans le cadre de procédures d’apprentissage direct (couplage avec PM) ou indirect (préconditionnement sensoriel) ? 3) quelles conséquences le traitement périphérique (réception, transport, métabolisme) de la PM et l’apprentissage d’odeurs nouvelles ont-elles sur la tétée et la survie ? A ce jour, nous disposons de suffisamment d’acquis conceptuels et techniques pour obtenir des résultats novateurs dans ce domaine. En recherche fondamentale, ces résultats seront utiles à tous scientifiques intéressés par la perception de stimuli précis et biologiquement signifiants pour un animal au sein de l’environnement, par nature très complexe sensoriellement: chimistes, écologistes, éthologistes, neurobiologistes et psychologues. En générant une meilleure compréhension de la perception des odeurs chez le lapereau, les résultats permettront également d’envisager l’utilisation de stratégies olfactives plurielles pour lutter contre la mortalité néonatale, forte en élevage cunicole, donc douloureuse émotionnellement et financièrement pour les éleveurs, et d’optimiser la transition vers l’aliment solide. Enfin, en caractérisant certains processus biologiques fonctionnels à la naissance et utile à l’interaction vitale du jeune avec la mère, ce projet offrira au grand public une vision nouvelle de cet animal méconnu, au travers de la mise en lumière de compétences sensorielles, cognitives et comportementales tout à fait remarquables.