Cytosquelette, synapses à ruban et neuropathies auditives

Cytoskeleton, ribbon synapses and auditory neuropathies

• Auteur / Autrice : Marie Guillet
• Direction : Régis Nouvian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Puel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Nouvian, Jean-Luc Puel, Paul Avan, Etienne Herzog, Stéphane Garnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paul Avan, Etienne Herzog

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurotransmetteurs

Exocytose

Oreille interne -- Maladies

Synapses

Surdité de perception

Cellules sensorielles ciliées internes

Cochlée

Mots clés libres

Cochlée

Libération synaptique

Transduction

Actine

Microtubules

Cochlea

Synaptic release

Transduction

Actin

Microtubules

Résumé

Les cellules ciliées sont les cellules sensorielles de la cochlée, l’organe de l’audition, et assurent la transduction des stimulations acoustiques en message nerveux compréhensible par le système nerveux central. Nous avons étudié le rôle du cytosquelette dans le transfert synaptique et dans le cadre d’une neuropathie auditive.La première partie de cette thèse a consisté à déterminer le rôle des filaments d’actine dans l’exocytose des cellules ciliées. Pour ce faire, nous avons infusé des toxines connues pour dépolymériser les filaments d’actine directement dans les cellules ciliées internes. Après 10 minutes d’infusion, nous avons mesuré l’exocytose des cellules ciliées à partir de l’enregistrement de la capacité membranaire, indice de la fusion vésiculaire. Dans nos expériences, la dépolymérisation de l’actine provoquait une augmentation de l’exocytose. De plus nos résultats suggèrent qu’une fraction des vésicules éloignées des canaux calciques se rapproche des sites de libération après dépolymérisation du réseau d’actine. Ces travaux ont donc permis d’identifier une sous-population de vésicules synaptiques dont la disponibilité aux sites de fusion est dépendante des filaments d’actine. La seconde partie de cette thèse porte sur les mécanismes à l’origine d’une neuropathie auditive, la surdité AUNA1. Cette dernière se caractérise par la surexpression cytoplasmique de la protéine Diaph3, dont la fonction est de réguler la nucléation de l'actine et des microtubules. Pour étudier AUNA1, nous avons montré que les souris transgéniques qui surexpriment la protéine Diap3 (protéine murine) développent une surdité progressive, similaire à la neuropathie auditive AUNA1 : soit une élévation des seuils auditifs et des otoémissions normales, témoins de l’activité des cellules ciliées externes (qui ont pour rôle d’amplifier les stimulations sonores). En outre, le potentiel de sommation, qui reflète l’activité in vivo des cellules ciliées internes est altéré chez les souris transgéniques. L’observation des cellules ciliées internes en microscopie électronique à balayage montre un gonflement de la plaque cuticulaire, qui est une plateforme dense en actine servant à ancrer les stétéocils. L’observation en microscopie confocale du réseau de microtubules montre que ce dernier entoure la plaque cuticulaire chez les souris sauvages. A l’inverse, les microtubules envahissent la plaque cuticulaire chez les souris transgéniques. L’ensemble de ces résultats a donc permis de montrer un défaut d’adressage des microtubules à l’origine de la surdité AUNA1.

Inner hair cells transduce sound stimulation into neurotransmitter release onto the afferent auditory nerve fibers. Here, we studied how cytoskeleton modulates the transduction capabilities of the inner hair cells. Exocytosis at the inner hair cell ribbon synapse is achieved through the coupling between calcium channels and glutamate-filled synaptic vesicles. Using membrane capacitance measurements, we probed whether the actin filament network regulates the exocytosis of synaptic vesicles at the auditory hair cell. Our results suggest that actin network disruption increases exocytosis and that actin filaments may spatially organize a sub-fraction of synaptic vesicles with respect to the calcium channel.The auditory neuropathy 1 (AUNA1) is a form of human deafness, which results from a point mutation in the 5’untranslated region of the Diaphanous homolog 3 (DIAPH3) gene. Strikingly, the DIAPH3 mutation leads to the overexpression of the Diaph3 protein, a formin family member involved in the cytoskeleton nucleation and stabilization. Here, we examined in further details the anatomical, functional and molecular mechanisms that account for AUNA1. We found out that the Diap3-overexpressing transgenic mice show a progressive threshold shift associated to a defect in the inner hair cells. While synaptic function was not affected, Diap3-overexpression results into a selective and early-onset alteration of the inner hair cells cuticular plate, a dense plateform anchoring the stereocilia bundle. Molecular dissection of the apical components revealed that the microtubule meshwork undergoes an aberrant targeting into the cuticular plate of the transgenics’ inner hair cells at early onset, leading to the inabilities of these sensory cells to transduce incoming sound stimulation at later stages.