"CrackOlf", Craquer le code de l'activation du récepteur olfactif à l'aide d'outils informatiques
CrackOlf est un projet qui consiste à comprendre comment un composé odorant est perçu par notre organisme en recourant à une méthode d’analyse informatique. Les résultats de cette étude pourront avoir des applications concrètes dans le domaine de la parfumerie avec la conception de nouveaux odorants mais aussi dans le domaine de la pharmacologie avec la possibilité de voir naître de nouveaux médicaments.
Comprendre la perception d’une odeur
Les odeurs sont la combinaison de plusieurs molécules odorantes. Pour reconnaitre une odeur, ses molécules odorantes doivent, tout d’abord, être capturées par notre nez. A l’intérieur de celui-ci, se trouve des récepteurs olfactifs dont le rôle est de transformer le message chimique initialement collecté en un message nerveux compréhensible par notre cerveau.
Une fois l’influx nerveux traité par le cortex olfactif et le cortex orbitofrontal, la stimulation se mute en perception, soit en odeur.
En soit un produit n’a donc pas d’odeur, ce n’est qu’une fois que le processus décrit précédemment s’accomplit, que nous sommes en capacité de percevoir et d’identifier un composé odorant.
Les odeurs sont capturées par 400 récepteurs olfactifs présents dans les neurones situés au fond de la cavité nasale. Un récepteur olfactif peut reconnaître plusieurs molécules, et une molécule peut activer plusieurs récepteurs. De ce fait, la reconnaissance des odorants par les récepteurs olfactifs s’effectue de manière combinatoire et permet de distinguer une multitude de produits odorants.
Le mécanisme d’activation de ces récepteurs olfactifs n’étant pas encore totalement connu des chercheurs de l’Institut de Chimie de Nice (ICN) se sont penchés sur la mise en place d’un protocole novateur permettant de modéliser la structure et la dynamique d’un récepteur olfactif au contact d’une molécule odorante. Il s'agit de développer une méthode d'analyse informatique capable de simuler et d'analyser le mécanisme d'activation d'un récepteur aux odorants.
Pour cela, l’équipe a dû cibler un récepteur olfactif sur les 400 dont disposent l’homme. Il s’agit du récepteur 7D4. Ce récepteur est lié à une seule molécule odorante désignée androsténone (phéromone sexuelle du porc).
La réponse de ce récepteur est assujettie à des variations génétiques (polymorphisme génétique). Autrement dit, en fonction des individus l’androsténone n’est pas perçue de la même manière. Chez certains cette molécule odorante évoque l’urine, alors que d’autres ne la percevront même pas.
Puis, grâce à une approche alliant modélisation informatique et test in vitro le récepteur 7D4 a été recrée informatiquement, atome par atome.
Enfin, à l’aide de supercalculateurs, son mécanisme d’activation a pu être simulé à la milliseconde près. Cette méthode a permis aux chercheurs de comprendre comment fonctionnait le récepteur olfactif.
Le récepteur 7D4 est ainsi contrôlé par deux acides aminés. Les différences de perception de cette molécule odorante sont ainsi liées à la dynamique s’opérant entre ces deux acides aminés contrôlant l’activation du récepteur 7D4.
Grâce à ce modèle performant, il est désormais possible de reproduire le comportement d’un récepteur olfactif lors de l’arrivée d’une molécule, et de saisir ses changements de structure.
A terme, le but ultime est de simuler l’ensemble de 400 récepteurs olfactifs humain afin de créer un nez computationnel.
Vers la création d'un « nez bio-informatique »
Pour mettre en place ce « nez », un des paramètres qui reste à appréhender par l’équipe de chimistes de Nice est l’émotion, soit la réaction des personnes face à une odeur.
Le projet CrackOlf nourri effectivement un objectif encore plus ambitieux reposant sur un projet de grande envergure nommé « ChEmoSim, conception rationnelle de composés ciblant le goût, les odeurs et leurs émotions ».
Le travail de recherche menée dans le projet ChEmoSim vise à cibler en plus des récepteurs biologiques de l’olfaction, l’impact émotionnel associé à la perception olfactive chez les humains.
Ce projet a été sélectionné par l’Agence Nationale de Recherche (ANR) lors de son appel à projets générique 2019. Il a reçu un financement de 443 000€ alloué sur 4 ans dans la catégorie « Projet de Recherche Collaborative – Entreprise (PRCE) » section « CE07 - Chimie moléculaire et procédés associés pour une chimie durable ».
In fine, ce nez bio-informatique a pour objectif d'accélérer la découverte de composés actifs en parfumerie, mais aussi en pharmacologie car les récepteurs aux odorants sont aussi présents dans de nombreux organes non-olfactifs.
Le projet CrackOlf est donc qu’une première simulation et analyse informatique, validée par l'expérience, qui vise ainsi à s'étendre à tous les génomes olfactifs des mammifères.
CrackOlf, un projet à forte visibilité s’inscrivant dans la dynamique de création du centre de référence IDEXJEDI de « Science des odorants ».
Pour comprendre comment notre cerveau décode les odeurs provenant de son environnement l’équipe de chimistes de l’ICN de Nice s’est associée à des partenaires internationaux. En effet, le projet CrackOlf repose sur une collaboration internationale pluridisciplinaire de grande envergure par l’implication de partenaires tels que les universités Duke et UPenn aux Etats-Unis. Ce travail de recherche collaboration a réuni des experts en chimie, informatique et neurobiologie.
Par ailleurs, ce projet s’inscrit pleinement dans la dynamique de création du centre de référence IDEXJEDI de « Science des odorants ».
Ces centres de référence sont des plateformes d'innovation crées par Université Côte d’Azur (UCA) dans le but de décloisonner les disciplines. Ces sites collaboratifs rassemblent des partenaires issus de la recherche, de la formation et du secteur économique dans l’optique de notamment développer des domaines d'activités stratégiques spécifiques.
En tant que composante d'Université Côte d'Azur, le centre de référence de « Science des odorants » assure ainsi la mise en relation entre les acteurs académiques et socio-économiques du territoire sur la thématique Arômes Parfums Cosmétiques.
| L’Académie Systèmes Complexes soutient ce projet ambitieux et structurant pour la communauté locale en finançant un serveur connecté en réseau, des déplacements en congrès et l’organisation d’un workshop pour un montant de 10k€. |
Retrouvez le projet détaillé en cliquant ici.
Légende de l'illustration : présentation schématique de la voie / mécanisme de propagation du signal d'activation.
Les principales avancées
- Compréhension des mécanismes du récepteur olfactif de l’androsténone, stéroïde à forte odeur musquée qui se trouve dans la sueur et l'urine des mammifères homme, où cette hormone sexuelle est généralement sécrétée par les testicules et les glandes axillaires de la transpiration. Elle est également présente dans la salive des porcins et dans le cytoplasme du céleri.
- Le projet "CrackOlf" est précurseur d’un autre projet tourné quant à lui vers la conception rationnelle de composés ciblant le goût, les odeurs et leurs émotions. : "ChEmoSim" qui a reçu en 2019, avec " Expressions Parfumées", parfumeur à Grasse, une subvention de l’ANR (PRCE) de quatre ans d’un montant de 443k€.
- Applications concrètes possibles non seulement en parfumerie (conception de nouveaux odorants), mais aussi dans le domaine de la pharmacologie et la conception de nouveaux médicaments.
- Collaboration internationale avec les Universités Duke et UPenn aux Etats-Unis réunissant des experts en chimie, informatique et neurobiologie.
- Ce projet revêt un rôle important dans le développement du centre de référence nommé "Science des odorants"
- Mise en place d’un serveur web en vue de partager avec le reste de la communauté de recherche les données et l'outil d'analyse développés dans le cadre du projet CrackOlf.