Enzymes chimiosensorielles et communication sexuelle phéromonale : une étude intégrative chez la drosophile – CHEMSENZ

Nous caractériserons les enzymes potentiellement impliquées dans l’inactivation de deux phéromones chez la drosophile. Les enzymes cibles seront identifiées par approche moléculaire. Par des techniques génétiques, nous inhiberons ces enzymes et étudierons l’effet de cette inhibition sur la réponse électrique des neurones olfactifs et gustatifs sensibles à ces phéromones, ainsi que sur le comportement sexuel et social des mouches. Au niveau biochimique, nous produirons ces enzymes in vitro et déterminerons leurs caractéristiques de réaction.

Trop tôt

Nos résultats permettront de mieux comprendre le fonctionnement des systèmes olfactif et gustatif des insectes et notamment l’étape d’inactivation. Si les enzymes chimiosensorielles sont indispensables à la bonne réponse des insectes aux odeurs et aux goûts, il sera envisageable, dans le contexte de développement de nouvelles stratégies de lutte contre les insectes nuisibles, de développer des inhibiteurs enzymatiques spécifiques pour perturber le comportement de ces insectes.

Trop tôt

Les insectes ont un énorme impact sur l'homme, notamment en matière de santé publique et de production agricole. Des recherches intensives sont actuellement menées afin de développer de nouvelles méthodes de lutte contre les insectes nuisibles, en exploitant les progrès récents réalisés dans la compréhension des mécanismes moléculaires et cellulaire à la base de la communication chimique (olfaction et gustation) chez ces animaux.
Malgré de nombreuses avancées, l'étape d'inactivation du signal chimique reste encore largement méconnue, bien qu’elle soit essentielle à la dynamique de la réception sensorielle et qu’elle participe à la modulation de la sensibilité olfactive et gustative. Des données préliminaires suggèrent l'existence d'une étape de dégradation enzymatique des signaux chimiques à proximité des récepteurs sensoriels. Un catabolisme rapide de ces molécules par des enzymes chimiosensorielles pourrait permettre de contrôler leur concentration au sein des organes sensoriels et donc de prévenir une sur-stimulation des récepteurs. Cette hypothèse a été émise il y a maintenant plus de 20 ans mais n'a jamais été démontrée chez aucun organisme, vertébrés ou insectes, drosophile incluse. Le propos de ce projet est de vérifier cette hypothèse, en utilisant comme modèle le système phéromonal bien défini de Drosophila melanogaster. La drosophile utilise à la fois des signaux gustatifs et olfactifs lors de sa parade sexuelle, ce qui permet d’étudier ces deux modalités sensorielles en parallèle. Notre objectif est d'identifier de nouveaux acteurs moléculaires interagissant spécifiquement avec ces phéromones pour les inactiver, une découverte qui pourrait être généralisée à d’autres espèces d’insectes, nuisibles inclus. Ces gènes d’enzymes chimiosensorielles pourraient représenter à terme des cibles intéressantes pour développer des moyens de lutte alternatifs contre les insectes ravageurs.
Le projet sera centré plus particulièrement sur les enzymes chimiosensorielles potentiellement impliquées dans le catabolisme de deux phéromones sexuelles, le 7-tricosène (7-T) et le 11-cis-vaccenyl acétate (cVA), impliquées dans l’inhibition du comportement de cour chez les mâles D. melanogaster. De nombreuses données sont en effet disponibles quant à la perception de ces deux molécules, qui font appel à des modalités sensorielles différentes, la gustation pour le 7-T, l’olfaction pour le cVA. Ainsi, (1) les acteurs moléculaires impliqués dans la réception de ces deux composés au niveau périphérique sont identifiés, notamment les récepteurs et protéines de transport (2) les structures sensorielles (sensilles) répondant à ces composés au niveau olfactif ou gustatif sont bien identifiées, (3) les réponses électrophysiologiques et comportementales des mâles sont bien établies et enfin (4) des composés de synthèse sont disponibles pour les expériences.
Les enzymes potentiellement impliquées dans le catabolisme de ces deux molécules au sein des organes chimiosensoriels seront identifiés in silico grâce à une approche transcriptomique, couplée à l’exploitation du génome annoté de D. melanogaster.
La participation des enzymes candidates dans l’inactivation phéromonale sera étudiée en inhibant la transcription de leurs gènes in vivo puis en étudiant les effets induits au niveau de la réponse des neurones sensoriels et de la réponse comportementale.
Pour les gènes les plus prometteurs, induisant les phénotypes les plus marqués, nous analyserons in vitro l'interaction des enzymes correspondantes avec les deux phéromones, afin de confirmer que le cVA et le 7-T en sont bien les substrats. Pour certaines enzymes, nous déterminerons des paramètres cinétiques de réaction (affinité, spécificité).
L’ensemble de ces travaux devrait pour la première fois nous permettre de décrypter les bases de l’inactivation du signal chimiosensoriel chez les animaux.