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Données importantes sur les récepteurs olfactifs.

Monday 7 November 2005

Les récepteurs de l’olfaction permettent de reconnaître les odeurs. Ils sont composés de 172 familles et contenus dans 339 gènes et 297 pseudo-gènes chez l’homme [1]. Ce sont des protéines transmembranaires composées de 7 hélices alpha.

L’odeur

- Définition : une odeur est une molécule qui va donner lieu à une perception olfactive :

  • hédonicité
  • qualité
  • intensité
  • familiarité
  • comestibilité

L’ensemble caractérise la «note odorante».

- Odeurs remarquables

Nom usuel Formule chimique Structure Récepteur privilégié 1 Récepteur privilégié 2 Récepteur privilégié 3
camphre
coumarine
cumin D-carvone
jasmin
menthe L-carvone
napthalène
rose mélange
santal
violette

- Classification des odeurs

- Caractérisation des odeurs par électrophysiologie

Daval et al. (1970)

série I, Duchamp et al. (1974)

série III, revial et al. (1983)

Duchamp-Viret & Duchamp (1997)

Duchamp-Viret & Duchamp (1999). Science.

Duchamp-Viret & Duchamp (2000). J. Neurosci.

Nomenclature des récepteurs olfactifs

Les familles de récepteurs olfactifs

Les gènes des récepteurs de l’olfaction

Les structures de récepteurs de l’olfaction

- Structures cristallographiques :

  • rhodopsine (bovine) : [2], structure à plus haute résolution (2.2 Angstroems) [3] : 1U19. La structure la plus utilisée maintenant pour la rhodopsine est la 1-GZM, cristaux du groupe P 3-1 au lieu de P 4-1 (1L9H), qui apporte plus de précisions [4] [5] [6] [7]
     [8].
  • bactériorhodopsine : 2BRD [9]

- éléments conservés dans les ROs :

  • séquences LHTPMY dans IC1-TM2
  • MAYDRYVAIC dans TM3-IC2
  • K(AF)STC(AS)H dans IC3
  • P------SY dans TM5
  • FY dans TM6
  • PMLNP-IY—RN dans TM7
  • C dans EC1
  • C (2 fois) dans EC2
  • Y très conservé dans TM1
  • N très conservé dans TM1
  • P très conservé en fin de TM2
  • L-Y très conservé dans IC2
  • SY en fin de TM5
  • IYS dans TM7
  • domaines hypervariables dans TM3, 4, 5

- éléments conservés dans tous les GPCR* y compris les RO* :

  • GN dans TM1
  • L—D dans TM2
  • C dans EC1
  • DRY de MAYDRYVAIC dans IC2
  • W central dans TM4
  • C dans EC2
  • P-------Y en fin de TM5
  • F dans TM6
  • NP dans TM7

- Récepteurs étudiés et références associées :

Le récepteur I7 de rat, accession number P23270 pourra être utilisé comme référence pour l’étude.

Ensuite, il serait bon que figurent dans la famille utilisée les
récepteurs suivants, pour lesquels soit des ligands sont connus, soit ils ont été comparés/alignés avec des récepteurs de ligands connus.

Récepteur (alias) Organisme Référence Remarque / no structure
ORI7 rat
OR12A07 chien
OR6A1 humain
OR6A2 humain orthologues de I7 rat
OR6A1 souris
OR6A2 chien
TB334 (U50947)
TB567 (U50948) rat  [Thomas]
TB641 (U50949)
GUST27 rat  [Yasuoka] D12820
GUST43 rat Kusakabe AB038167
PTE01
PTE03
PTE33 rat Abe
PTE38
PTE45
PTE58
OR17-40 humain
OR17-4 humain
OR1G1 (OR17-209) humain Spehr, Sanz, Ronin
OR52D1 humain
OR17-210 humain
mOR-EG
mOR-EV (Touhara)
mOR23
m912-93
h912-93 (Gaillard)
OLFr43  [Shirokova]
MOR267  [Shirokova]
U131 rat (Murrell & Hunter)
mOR17 (Strotmann)
mOR256-17 (Strotmann)
P2 (Mombaerts)
M4  [Krautwurst]
OR5 rat (Touhara)
M71 souris  [Bozza]
ORF5 rat
ORF12 rat Buck & Axel
I-C6 souris
I-G7 souris  [Krautwurst]
I-D3 souris
m olfr62
OR-S46 souris
MOR 203-1
MOR23-1
MOR31-4
MOR31-6 (Saito)
MOR32-5
MOR32-11
S6/79
S18
S46
S50
F5 rat
OR12 rat
OR5 rat
OR18 rat
F12 rat
F3 rat  [Yasuoka]
F6 rat
olp4 rat
U134 rat
F5 rat
COR2
COR3 poulet
COR4
COR3b
Or43a xenope (Wetzel)
ODR10 nematode
ODR4
Y1 medaka AB029474
FOR1-3 pufferfish (fugu) AB031382
47E carp AB038166
202 catfish voir ref dans Yasuoka
47 catfish
3 catfish
8 catfish
DTMT
HGMP07J chien Parmentier

Les résidus importants des récepteurs de l’olfaction

  • Reconnaissance protéine-ligand
    • aldéhydes

OR I7 de rat : K164 (lys) de TM4 forme une base de Shiff avec oxygène du carbonyle [10]. Cet AA serait le premier site de liaison du ligand. Asp 204 joue le rôle de contre-ion. F262 participerait à l’interaction avec le ligand. Il y a une compétition entre l’oxygène du ligand et D204 pour la liaison avec l’azote de K164.

OR I7 de souris : K164 (lys) de TM4 forme une base de Shiff avec oxygène du carbonyle [11]. Cet AA serait le premier site de liaison du ligand. Asp 204 joue le rôle de contre-ion.

K164 et Asp240 sont critiques pour la liaison du ligand [12].

OR912-93 : his164 a une position similaire à lys164 de I7 dans TM4.

rhodopsine : lysine de TM7 est le premier site de fixation du rétinal [13]. Le rôle de contre-ion est joué par un résidu glutamate 113 sur TM3 bovine [14].

    • Ligands comprenant des acides aminés

 [Luu] a montré le rôle de certains résidus dans la reconnaissance.

  • Rôle structural

    Les ligands des récepteurs de l’olfaction

  • Caractéristiques chimiques
    • acides
      • acides carboxyliques
      • acides dicarboxyliques
      • bromo acides
    • aldéhydes
      • heptanal

OR I7 de souris selon [Krautwurst] et par heptanal et octanal selon [Bozza]. Le second est confirmé par les calculs théoriques de [Hall].

      • octanal

OR I7 de rat répond spécifiquement à ce ligand [Krautwurst] et [Zhao].

OR I7 de souris selon [Bozza] et [Hall].

      • aldéhydes phényliques
    • alcools
    • cétones
    • Autres

Lyral, eugenol, vanillin, ethyl vanillin [Katada] et [15].

  • Taille

Les aldéhydes de 8 carbones chaînés sont les mieux reconnus. ( [Araneda] et [Malnic]).

  • Reconnaissance spécifique

    Le mécanisme de reconnaissance ligand-récepteur

- Généralités

Un récepteur olfactif peut reconnaître plusieurs molécules odorantes et un même odorant peut activer plusieurs récepteurs. Le système olfactif des mammifères utilise un codage combinatoire par les récepteurs pour identifiers et discriminer les odorants [Malnic], [Hall], [16].

Une dimérisation pourrait intervenir dans le mécanisme d’action, modulant l’activité en fonction de la dose. Celle-ci apparaîtra à haute concentration.

Interactions électrostatiques entre le ligand et les segments transmembranaires du récepteur. Interactions de Van der Walls entre le ligand et la poche hydrophobe du récepteur. Ces deux interactions, ainsi que des contacts non spécifiques sont responsables de l’activation du récepteur selon [Ushida].

- I7 de rat

Il est activé par les aldéhydes de 7 à 9 carbones linéaires.

- I7 de souris

Il n’est activé que par l’heptanal (par rapport à I7 de rat) selon [Krautwurst] et par heptanal et octanal selon [Bozza]. Le second est confirmé par les calculs théoriques de [Hall].

Le mécanisme de transduction dans la cellule

La cascade d’événements cellulaires impliqués

Techniques de recherche

  • Électroolfactogrammes (electroolfactograms)
  • Technique d’imagerie calcique (calcium imaging techniques)

    Laboratoires impliqués dans le travail sur les récepteurs de l’olfaction

 [Buck] : Linda Buck.

 [Matsunami]

Éléments de modélisation

Étude théorique de la liaison des ligands par [Hall] par docking et calculs d’énergie de liaison.

Modélisation par homologie à partir de la rhodopsine bovine : [17].

Techniques ab initio : [18].

Configurations stables pour le docking : [19], [20] et [21].

Structure à 7.5 Angstroems de la rhodopsine : [22].

Modeller 8v1 [23].

Élements bibliographiques

Afshar, M., R. E. Hubbard, et al. (1998). Towards structural models of molecular recognition in olfactory receptors. Biochimie 80: 129-135.

Akal-Strader, A., S. Khare, et al. (2002). Residues in the first extracelular loop of a G protein-coupled receptor play a role in signal transduction. The Journal of Biological Chemistry 277(34): 30581-30590.

Araneda, R. C., A. D. Kini, et al. (2000). Determinants of activity for aldehydes at the mammalian octanal receptor 17. Chemical Senses 25: 593-688.

 [Araneda] : OR 17 du rat avec un panel de 90 odeurs.

Bissantz, C., Bernanrd, P., Hibert, M. & Rognan, D. (2003) Protein-based virtual screening of chemical databases. II. Are homology models of G-protein coupled receptors suitable targets?, Proteins. 50, 5-25.

Bissantz, C. (2003) Conformational changes of G protein-coupled receptors during their activation by agonist binding, Journal of Receptor & Signal Transduction Research. 23, 123-153.

Bleicher, K. H., Green, L. G., Martin, R. E. & Rogers-Evans, M. (2004) Ligand identification for G-protein-coupled recpetors : a lead generation perspective, Current Opinion in Chemical Biology. 8, 287-296.

 [Bozza] : OR M71 de souris est activé par les aldéhydes phényliques et les cétones.

 [Buck]

 [24]

Choi G, Landin J, Galan JF, Birge RR, Albert AD and Yeagle PL. (2002) Structural studies of metarhodopsin II, the activated form of the G-protein coupled receptor, rhodopsin, Biochemistry, 41, 7318-24.

 [25]

 [26]

 [27]

Fyfe, P. K., E. Mcauley, et al. (2001). Probing the interface between membrane proteins and membrane lipids by X-ray crystallography. Trends in Biochemical Science 26(2): 106-112.

Glusman, G., A. Bahar, et al. (2000). "The olfactory receptor gene superfamily : data mining, classification, and nomenclature." Mammalian Genome 11(11): 1016-1023.

 [28]

 [Hall]

Heller, H., M. Schaefer, et al. (1993). Molecular dynamics simulation of a bilayer of 200 lipids in the gel and in the liquid-crystal phases. Journal of Physical Chemistry 97: 8343-8360.

Joost, P. and A. Methner (2002). Phylogenetic analysis of 277 human G-protien-coupled receptors as a tool for the prediction of orphan receptor ligands. Genome Biology 3(11): 63.

 [Katada] : étude du mécanisme fonctionnel et du rôle de la dimérisation par activation avec lyrol, eugenol, vanillin et ethyl vanillin.

 [29] : étude du mécanisme fonctionnel et du rôle de la dimérisation par activation avec lyrol, eugenol, vanillin et ethyl vanillin.

Kobilka, B., U. Gether, et al. (1999). "Characterization of ligand-induced conformational states in the beta 2 adrenergic receptor." Journal of Receptor and Signal Transduction Research 19(1-4): 293-300.

 [Krautwurst]

Lansky, P. and J. P. Rospars (1998). Odorant concentration and receptor potential in olfactory sensory neurons. BioSystems 48.

Laska, M. and F. Hubener (2001). Olfactory discrimination ability for homologus series of aliphatic ketones and acetic esters. Behavioural Brain Research 119: 193-201.

Levasseur, G., Persuy, M.A., Grebert, D., Remy, J.J., Salesse, R., Pajot-Augy, E. (2003) Ligand-specific dose-response of heterologously expressed olfactory receptors, Eur. J. Biochem. 270, 2905-2912

 [30]

 [Luu] : des résidus clés de récepteurs sont impliqués dans la reconnaissance de ligands comprenant des acides aminés chez ’goldfish’ et ’zebra fish’.

 [Malnic] : OR de 14 neurones olfactifs de rat avec une combinatoire de ligands.

 [31]

Marin A, Pothier J, Zimmermann K and Gibrat JF (2002) FROST: a filter-based fold recognition method, Proteins, 49, 493-509.

 [32]

Martin, N. P., A. Celic, et al. (2002). Mutagenic mapping of helical structures in the transmembrane segments of the yeast alpha-factor receptor. Journal of Molecular Biology 317(5): 765-788.

Minic, J., Persuy, M.A., Godel, E., Aioun, J., Connerton, I., Salesse, R., Pajot-Augy, E. (2005) Functional expression of olfactory receptors in yeast and development of a bioassay for odorant screening, FEBS J. 272, 524-537

 [33]

 [34]

Nofre, C. (2000). New hypotheses for the GPCR 3D arrangement based on a molecular model of the human sweet-taste receptor. European Journal of Medical Chemistry 36: 101-108.

 [35]

Pajot-Augy, E., Crowe, M., Levasseur, G., Salesse, R., Connerton, I. (2003) Engineered yeasts as reporter systems for odorant detection, J. Recept. Signal Transd. Res. 23 (2-3), 155-171 .

 [36]

Pilpel, Y. and D. Lancet (1999). The variable and conserved interfaces of modeled olfactory receptor proteins. Protein Science 8: 969-977.

Politowska, E., P. Drabik, et al. (2002). "Docking lignads to vasopressin and oxytocyn receptors via genetic algorithm." Journal of Receptor & Signal Transduction Research 22(1-4): 393-409.

 [Rouquier] : OR OR912-93 est activé par 3-heptanone et 3-heptanone.

 [37]

 [Sanz] : description de récepteurs très sélectifs.

Sanz, G., Schlegel, C., Pernollet, J.C., Briand, L. (2005) Comparison of odorant specificity of two human olfactory recpetors from different pylogenetic classes and evidence for antagonism, Chemical Senses 30, 1-12

 [38]

 [39]

Shepherd, G. M. (1994). Discrimination of molecular signals by the olfactory receptor neuron. Neuron 13: 771-790.

 [Shirokova] : la protéine G qui intervient dans la cascade transductionnelle joue un rôle important dans la discrimination agoniste/antagoniste du ligand.

Singer, M. S. (2000). Analysis of the molecular basis for octanal interactions in the expressed rat i7 olfactory receptor. Chemical Senses 25: 155-165.

 [40] Singer, M. S. and G. M. Shepherd (1994). Molecular modeling of ligand-receptor interactions in the OR5 olfactory receptor. NeuroReport 5: 1297-1300.

Singer, M. S., L. Oliveira, et al. (1995). Potential ligand-binding residues in rat olfactory receptors identified by correlated mutation analysis. Receptors and Channels 3(1): 89-95.

Singer, M. S., Y. Weisinger-Lewin, et al. (1996). Positive selection moments identify potential functional residues in human olfactory receptors. Receptors and Channels 4: 141-147.

 [41]

 [Thomas]

 [42]

 [Uchida]

 [43]

Wang, J., L.-S. Z.A., et al. (2003). Is the olfactory receptor a metalloprotein? PNAS.

 [Yasuoka]

Yoshii, F., Y. Yamada, et al. (2002). The creation of a database of odorous compounds focused on molecular rigidity and analysis of the molecular features of the compounds in the database. Chemical Senses 27(5): 399-405.

Zhang, Y., Sham, Y. Y., Rajamani, R., Gao, J. L. & Portoghese, P. S. (2005) Homology modeling and molecular dynamics simulations of the Mu opioid receptor in a membrane-aqueous system, Chembiochem. 6, 853-859.

 [Zhao]

Sites de référence


GPCRDB
The Olfactory Receptor Database
OdorDB
HORDE

Footnotes

[1<Buck_2004>

[2<Palczewski_2000>

[3<Okada_2004>

[4<Edwards_2004>

[5<Li_2004>

[6<Niimura_2005>

[7<Trabanino_2004>

[8<Schertler_2005>

[9<Goto_1997>

[10<Singer_2000>

[AranedaAraneda, R. C., A. D. Kini, et al. (2000). The molecular receptive range of an odorant receptor. Nature Neuroscience 3(12): 1248-1255.

[BozzaBozza et al. (2002) J. Neurosci, 22, 3033-3043

[BuckBuck, L. and Axel, R. (1991) A novel multigene family may encode odorant receptors: a molecular basis for odor recognition. Call, 65, 175-187.

[24Malnic B, Godfrey PA, Buck LB. (2004) The human olfactory receptor gene family. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 Feb 24;101(8):2584-9. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004 May 4;101(18):7205.

[25Edwards, P. C., Li, J., Burghammer, M., McDowell, J. H., Villa, C., Hargrave, P. A. & Schertler, G. F. (2004) Crystals of native and mofified rhodopsins and their heavy atom derivatives, Journal of Molecular Biology. 343, 1439-1450.

[26Floriano, W. B., N. Vaidehi, et al. (2000). Molecular mechanisms underlying differential odor responses of a mouse olfactory receptor. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 97(20): 10712-10716.

[27Floriano, W. B., Vaidehi, N. & Goddard, W. A. I. (2004) Making sense of olfaction through predictions of the 3-D structure function of olfactory receptors, Chemical Senses. 29, 269-290.

[28Goto K, Iwamoto M. (1997) Evidence of alpha-helix slidings during bacteriorhodopsin photocycle-energetics coupling.
Tohoku J Exp Med. May;182(1):15-33.

[HallHall, S. E., Floriano, W. B., Vaidehi, N. & Goddard, W. A. I. (2004) Predicted 3-D structures for mouse and rat I7 olfactory receptors and comparison of predicted odor recognition profiles with experiment, Chemical Senses. 29, 595-616.>

[KatadaKatada et al. (2004) Nippon Yakurigaku Zasshi, 124, 201-209

[29Katada et al. (2005) J. Neurosci, 25, 1806-1815

[KrautwurstKrautwurst, D., K. W. Yau, et al. (1998). Identification of ligands for olfactory receptors by functional expression of a receptor library. Cell 95(7): 917-926.

[30Li, J., Edwards, P. C., Burghammer, M., Villa, C. & Schertler, G. F. (2004) Structure of bovine rhodopsin in a trigonal crystal form, Journal of Molecular Biology. 343, 1409-1438.

[Luuet al. (2004) J. Neurosci, 24, 10128-10137

[MalnicMalnic, B., J. Hirono, et al. (1999). Combinatorial receptor codes for odors. Cell 96(5): 713-723.

[31Man O, Gilad Y, Lancet D. Prediction of the odorant binding site of olfactory receptor proteins by human-mouse comparisons. Protein Sci. 2004 Jan;13(1):240-54.

[32Marti-Renom MA, Stuart AC, Fiser A, Sanchez R, Melo F, Sali A. (2000) Comparative protein structure modeling of genes and genomes. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 29:291-325.

[33Nakayama, T.A. and Khorana, H.G. (1991) Mapping of the amino acids in membrane-embedded helices that interact with the retinal chromophore in bovine rhodopsine. J. biol. chem., 266, 4269-4275.

[34Niimura, Y. & Nei, M. (2005) Evolutionary dynamics of olfactory receptor genes in fishes and tetrapods, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102, 6039-6044.

[35Okada T, Sugihara M, Bondar AN, Elstner M, Entel P, Buss V. (2004) The retinal conformation and its environment in rhodopsin in light of a new 2.2 A crystal structure. J Mol Biol. 2004 Sep 10;342(2):571-83

[36Palcszewski, K., T. Kumasaka, et al. (2000). Crystal structure of rhodopsin : a G protein-coupled receptor. Science 289(5480): 739-744.

[RouquierRouqier et al. (1999) Mamm. Genome, 10, 1172-1174

[37Sakmar, T.P., Franke, R.R, and Khorana, H.G. (1989) Glutamic acid-113 serves as the retinylidene Schiff base counter ion in bovine rhodopsine. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86, 8309-8313.

[SanzSanz et al. (2005) Chem. Senses, 30, 69-80.

[38Schertler GF. (1998) Structure of rhodopsin. Eye, 12 ( Pt 3b):504-10.

[39Schertler GF. (2005) Structure of rhodopsin and the metarhodopsin I photointermediate. Curr Opin Struct Biol., Aug;15(4):408-15.

[ShirokovaShirokova E, Schmiedeberg K, Bedner P, Niessen H, Willecke K, Raguse JD, Meyerhof W, Krautwurst D. Identification of specific ligands for orphan olfactory receptors. G protein-dependent agonism and antagonism of odorants. J Biol Chem. 2005 Mar 25;280(12):11807-15.

[41Singer, M.S. (2000) Analysis of the molecular basis for octanal interactions int hte expressed rat 17 olfactory receptor. Chem. Senses, 25, 155-165.

[ThomasThomas, M. B., Haines, S. L. & Akeson, R. A. (1996) Chemoreceptors expressed in taste, olfactory and male reproductive tissues, Gene 178, 1-5.

[42Trabanino, R. J., Hall, S. E., Vaidehi, N., Floriano, W. B., Kam, V. W. T. & Goddard, W. A. I. (2004) First principles predictions of the structure and function of G-protein-coupled receptors : validation for bovine rhodopsin, Biophysical Journal. 86, 1904-1921.

[UchidaUchida, N., Takahashi, Y.K., Tanifuji, M. and Mori, K. (2000) Odor maps in the mammalian olfactory bulb: domain organization and odorant structural features. Nat. Neurosci., 3, 1035-1043.

[43Vaidehi, N., W. B. Floriano, et al. (2002). Prediction of structure and function of G protein-coupled receptors. Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 99(20): 12623-12627.

[YasuokaYasuoka, A., Emori, Y. & Abe, K. (2000) Addition of signal leader sequences to the N-termini of olfactory receptor proteins enhances their expression in Xenopus oocytes, Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 64, 1688-1695.

[ZhaoZhao, H. Ivic, L. Otaki, J.M, Hashimoto, M., Mikoshiba, K. and Firestein, S. (1998) Functional expression of a mammalian odorant receptor. Science, 279, 237-242.

1 Message

  • > Données importantes sur les récepteurs olfactifs. 6 February 2006 at 11:03, by OlivierD

    Très interessant M Télécthéa, tout ça ne me dit toutefois pas quand on pourrait se faire une petite bouffe... ;)
    Si c’est trop compliqué d’accorder nos emplois du temps perso et de couple, rien ne empêcherait que l’on se voit un midi du côté d’Orsay (ou comme bon te semble).
    A bientôt j’espère et mes amitiés à ta belle,
    Olivier

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