Mesencephalic dopaminergic neurons express a repertory of olfactory receptors and respond to odorant-like molecules

Abstract Background: The mesencephalic dopaminergic (mDA) cell system is composed of two major groups of projecting cells in the Substantia Nigra (SN) (A9 neurons) and the Ventral Tegmental Area (VTA) (A10 cells). Selective degeneration of A9 neurons occurs in Parkinson's disease (PD) while abnormal function of A10 cells has been linked to schizophrenia, attention deficit and addiction. The molecular basis that underlies selective vulnerability of A9 and A10 neurons is presently unknown. Results: By taking advantage of transgenic labeling, laser capture microdissection coupled to nano Cap-Analysis of Gene Expression (nanoCAGE) technology on isolated A9 and A10 cells, we found that a subset of Olfactory Receptors (OR)s is expressed in mDA neurons. Gene expression analysis was integrated with the FANTOM5 Helicos CAGE sequencing datasets, showing the presence of these ORs in selected tissues and brain areas outside of the olfactory epithelium. OR expression in the mesencephalon was validated by RT-PCR and in situ hybridization. By screening 16 potential ligands on 5 mDA ORs recombinantly expressed in a heterologous in vitro system, we identified carvone enantiomers as agonists at Olfr287 and able to evoke an intracellular Ca2+ increase in solitary mDA neurons. ORs were found expressed in human SN and down-regulated in PD post mortem brains. Conclusions: Our study indicates that mDA neurons express ORs and respond to odor-like molecules providing new opportunities for pharmacological intervention in disease.

I neuroni mesencefalici dopaminergici sono divisi in due gruppi che proiettano alla Substantia Nigra (i neuroni A9) e all'area tegmentale ventrale (i neuroni A10). Degenerazione dei neuroni in A9 si verifica in Parkinson (PD), mentre alterazioni funzionali dei neuroni di A10', si ritrovano in Schizofrenia. Le basi molecolari di questa diversa vulnerabilità dei due gruppi di neuroni, non è nota. Combinando molteplici approcci sperimentali, abbiamo scoperto che alcuni recettori olfattivi sono espressi in una sottopopolazione di neuroni dopaminergici mesencefalici. Attraverso lo screening di 16 potenziali ligandi dei recettori olfattivi espressi dai neuroni dopaminergici, abbiamo identificato gli enantiomeri del carvone come agonsti di Olfr287. Questi ligandi sono in grado di evocare risposte Ca2+ nei neuroni esprimenti Olfr287. L0esression e di recettori olfattivi e' stata trovata anche nella substantia nigra, nell'uomo e risultano essere down regolati nel PD. I nostri dati indicano che i neuroni dopaminergici mesencefalici esprimono recettori olfattivi funzionanti e potrebbero costituire un nuovo target farmacologico.