La vie dépend de la capacité d’un organisme à évaluer correctement son environnement et à réagir en conséquence. Pour illustrer, les animaux migrateurs tels que les oiseaux utilisent des indices environnementaux, notamment la température et la lumière du soleil, pour les informer du moment où il est temps de se déplacer. L’incapacité à identifier et/ou à répondre à ces signaux de manière appropriée entraînerait finalement la mort par exposition au froid et à la faim.
Les recherches émergentes démontrent que le système sensoriel ne se contente pas de signaler l’état de l’environnement. Au contraire, les signaux eux-mêmes peuvent avoir des effets significatifs sur la santé et la longévité de l’organisme. Chez le ver Caenorhabditis elegans, la manipulation fonctionnelle de neurones sensoriels distincts a eu des effets différentiels sur la durée de vie.1,2 Des études ultérieures menées sur la mouche du vinaigre Drosophila melanogaster ont non seulement établi que les effets de la manipulation du système sensoriel sur la durée de vie étaient conservés au cours de l’évolution, mais ont également identifié un répertoire de signaux sensoriels ayant un impact direct sur le vieillissement. Les manipulations génétiques qui rendent les mouches largement anosmiques provoquent des augmentations significatives de la durée de vie.3 Les signaux alimentaires, tels que les goûts sucrés (via le récepteur Gr5a) ou amers (via le récepteur Gr66a), ont des effets opposés mais significatifs sur la durée de vie.4 L’ablation de la détection de l’eau via le récepteur d’eau Ppk28 provoque des augmentations significatives des niveaux de graisse et de la durée de vie.5 La perte de la capacité à détecter les signaux de danger via le récepteur de CO2, Gr63a, entraîne également une augmentation significative des niveaux de graisse et une prolongation de la durée de vie.6 À l’inverse, les signaux phéromonaux, perçus par les mouches mâles via le récepteur Ppk23, ont entraîné une diminution significative des taux de graisse et de la longévité.7
Bien que nous commencions à comprendre les types de signaux environnementaux qui ont un impact significatif sur la santé et la longévité, les mécanismes par lesquels quelques neurones sensoriels spécifiques affectent la durée de vie des cellules et des tissus de l’animal restent mal compris. La libération de neurotransmetteurs est probablement impliquée dans ce processus puisque ces molécules sont responsables de la communication directe entre les neurones voisins, propageant l’information sensorielle du site initial de la stimulation sensorielle vers des régions plus profondes du système nerveux. Une compréhension des neurotransmetteurs qui sont importants dans la transmission des signaux de longévité des neurones sensoriels peut fournir des indices sur les types de circuits neuronaux qui sont essentiels pour contrôler la longévité. Chez C. elegans, les mutants des récepteurs de la sérotonine ont présenté des altérations significatives de la durée de vie.8 La surexpression de BAS-1 (une dopa décarboxylase responsable de la synthèse de la sérotonine et de la dopamine) dans les neurones sérotoninergiques a entraîné une amélioration des performances comportementales avec l’âge ainsi qu’une augmentation de la durée de vie globale des vers.9 Une étude distincte a démontré que la durée de vie peut être prolongée chez C. elegans en modifiant pharmacologiquement la signalisation des adrénocepteurs, de l’histamine, de la sérotonine, de la dopamine ou de l’octopamine10-12. La dopamine a également été impliquée dans la longévité des mammifères ; les souris nourries au médicament lévodopa (L-DOPA), qui est censé potentialiser les niveaux de dopamine, ont une durée de vie significativement plus longue (jusqu’à 50 % de plus),13 tandis que les mutants du récepteur 4 de la dopamine (DRD4) présentent une durée de vie réduite lorsque les animaux sont maintenus dans un environnement enrichi.14 Il est intéressant de noter que l’allèle 7R du DRD4 chez les humains est associé à la longévité14. Connaître les types de transmission neuronale et les neurotransmetteurs spécifiques impliqués dans la propagation des « signaux de longévité » peut aider à identifier des molécules cibles pour le développement de thérapies qui maximisent les avantages de la perception sensorielle.
En plus des neurotransmetteurs, qui sont responsables de la communication à courte distance entre les neurones, il est intéressant d’identifier les molécules qui sont responsables de la propagation des informations sensorielles à travers des réseaux neuronaux et cellulaires plus larges qui affectent le processus de vieillissement. Un neuropeptide candidat qui semble remplir ce rôle est le neuropeptide F (NPF). Lorsque des mouches mâles sont exposées à des phéromones femelles, les niveaux d’ARNm et de protéine NPF augmentent dans le cerveau (Fig. 1).7 De plus, l’extinction des neurones exprimant le NPF rend les mouches mâles insensibles aux effets des phéromones femelles.7 L’ensemble de ces données suggère que le NPF pourrait être une molécule clé dans la transmission d’un ou plusieurs signaux sensoriels à différentes populations neuronales au sein du système nerveux ou même à d’autres tissus cibles, comme l’intestin.15 Il convient de noter que l’homologue du NPF chez les mammifères, appelé neuropeptide Y (NPY), joue également un rôle important dans une variété de résultats physiologiques tels que l’alimentation, le métabolisme, la reproduction et le stress.16 Un deuxième neuropeptide impliqué dans la communication d’informations sensorielles entre les tissus est l’hormone adipocinétique de type glucagon (AKH). L’ablation du récepteur de détection de l’eau ppk28 a augmenté les niveaux d’AKH chez D. melanogaster, tandis que la mutation du récepteur d’AKH a abrogé l’extension de la durée de vie médiée par le ppk28, impliquant un rôle pour l’AKH dans la détection de l’eau et établissant un lien potentiel entre cette hormone peptidique et le vieillissement.5 Il est important de noter que FOXO, un facteur de transcription dans la voie de signalisation de l’insuline, connu pour influencer la durée de vie chez toutes les espèces, est également requis pour que la perte de fonction du ppk28 prolonge la durée de vie. Bien que les signaux spécifiques et/ou les circuits neuronaux d’une espèce puissent ne pas être directement transposables à une autre espèce, les moyens par lesquels le système sensoriel orchestre des changements physiologiques importants dans des résultats complexes, tels que le vieillissement, sont probablement conservés entre les espèces. De nouvelles preuves appuient ce point de vue ; des perturbations sensorielles chez les souris, similaires à ce qui a été démontré chez les vers et les mouches, ont considérablement augmenté leur durée de vie et favorisé des physiologies et des comportements plus » jeunes « .17
L’exposition aux phéromones augmente les niveaux de NPF dans le cerveau de la mouche adulte. Des cerveaux isolés de mouches mâles adultes exposées soit (A) à des mâles témoins, soit (B) à des mâles génétiquement modifiés pour exprimer des phéromones femelles ont été immunocolorés contre NPF (jaune) et le marqueur de cellules neuronales nc82 (bleu). (C) Quantification de la fluorescence totale du NPF. L’immunomarquage NPF total normalisé à la surface nc82 (n = 7 pour les échantillons de cerveau adulte mâle exposés à des mouches mâles ; n = 6 pour les échantillons de cerveau adulte mâle exposés à des mâles féminisés ; p = 0,058 selon le test t de Student). L’anticorps NPF utilisé dans cette expérience a été aimablement fourni par Ping Shen.
Quelles sont les implications que l’on peut tirer de notre compréhension actuelle de l’effet des systèmes sensoriels sur la physiologie des organismes ? Tout d’abord, et peut-être le plus évident, les expériences sensorielles peuvent avoir des effets plus importants sur la santé humaine qu’on ne le réalise actuellement. Cela peut être déduit du fait que les manipulations sensorielles chez des espèces séparées par des millions d’années d’évolution ont des effets tout aussi spectaculaires sur la santé et la durée de vie, réaffirmant que les effets de la perception sensorielle sur la physiologie de l’organisme sont conservés au cours de l’évolution. Il reste à déterminer quels sont les signaux sensoriels spécifiques qui nous concernent, comment ils sont intégrés et de quelle manière ils influent sur notre santé et notre durée de vie. Deuxièmement, les données de notre laboratoire indiquent que la perception d’un sens conduit à une baisse drastique de l’expression des gènes impliqués dans la perception d’autres signaux environnementaux apparemment différents.7 Cette observation suggère l’hypothèse que les organismes ont développé des mécanismes pour moduler leur sensibilité à une certaine quantité de signaux environnementaux en réponse à la perception d’autres signaux. La surcharge sensorielle peut donc être contre-productive, voire stressante. Il sera donc intéressant de vérifier si l’exposition d’un organisme à un type d’indice environnemental modifie sa capacité à détecter ou à mettre en œuvre une réponse physiologique appropriée à d’autres types d’indices environnementaux, comme le prévoient nos données de séquençage de l’ARN.7 Troisièmement, les effets de la perception des phéromones peuvent avoir un impact direct sur la dynamique évolutive. Alors que nos travaux récents démontrent que la perception de la phéromone du sexe opposé raccourcit significativement la durée de vie des mouches, nous avons également observé que l’accouplement après l’exposition à la phéromone annule partiellement les effets de la phéromone sur la durée de vie.7 Ainsi, les mâles plus faibles qui perçoivent les femelles mais ne sont pas autorisés à s’accoupler sont plus susceptibles de mourir plus tôt que les mâles plus forts qui réussissent à s’accoupler. Il s’agit peut-être d’un mécanisme par lequel les femelles manipulent les mâles pour augmenter la probabilité de s’accoupler avec ceux qui sont plus robustes, s’assurant ainsi que les » gènes les plus forts » sont incorporés dans les générations futures18. Enfin, notre laboratoire a montré que les voies importantes pour la modulation du vieillissement dans un organisme, telles que la signalisation de l’insuline et de la cible de la rapamycine, peuvent également affecter la production de phéromone et son attractivité globale.19,20 Il est donc plausible que le système sensoriel puisse être un conduit par lequel le génome d’un individu peut avoir un impact sur la santé et la durée de vie d’un autre.7