Synaptopathies des cellules ciliées auditives associées à un dysfonctionnement de l'exocytose Ca2+-dépendante

Synaptopathies of auditory hair cells due to Ca2+-dependent exocytosis dysruption

• Auteur / Autrice : Thibault Peineau
• Direction : Didier Dulon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 16/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et physiologie de l'audition (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Mireille Montcouquiol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Ferrary, Jean-Luc Puel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Presbyacousie

Hyperacousie

Réseaux neuronaux (physiologie)

Cellules sensorielles ciliées internes

Exocytose

Surdité

Mots clés libres

Surdité

Exocytose synaptique

Audition

Cellules ciliées

Vieillissement

Deafness

Synaptic exocytosis

Hearing

Hair cells

Excitatory synaptic transmission

Aging

Résumé

Les signaux acoustiques sont encodés en impulsions électriques nerveuses au niveau des synapses à ruban des cellules ciliées internes (CCI) de la cochlée. L'exocytose des vésicules synaptiques glutamatergiques des CCIs est déclenchée par l'activation des canaux calciques voltage-dépendent CaV1.3 et requiert un senseur calcique particulier : l'otoferline. Ces canaux calciques CaV1.3 s’organisent de façon spatialement resserrée autour des rubans synaptiques en formant un complexe avec l’harmonine et la clarin-1 associées à l’actine-F. Dans la première partie de notre étude, nous avons étudié le rôle possible du nouvellement identifié paralogue de la clarine-1, la clarine-2, dans les synapses à ruban des CCI. Nous démontrons que la clarine-2 est impliquée dans la régulation du potentiel d'activation des canaux calciques des CCIs et en conséquence de l’exocytose synaptique. Dans une deuxième partie de notre travail nous avons étudié le rôle de la SNAP-25 dans l’exocytose des CCI. La SNAP-25 est une protéine essentielle du complexe SNARE qui permet l'amarrage des vésicules synaptiques à la membrane et leur fusion dans les synapses neuronales centrales mais dont le rôle au niveau des CCI est encore largement débattu. En utilisant des souris dont la SNAP-25 est sélectivement supprimée dans les cellules ciliées, nous montrons que la SNAP-25 est essentielle à la fonction auditive et vestibulaire, du fait d’une perte de l’exocytose rapide des cellules ciliées, suivi par une dégénérescence progressive des synapses et des cellules ciliées elles-mêmes. Dans une troisième partie, nous avons étudié la dégénérescence des synapses à ruban des CCI au cours du vieillissement. Nous observons chez les souris C57BL/6J âgées que les synapses à rubans des CCIs restantes, qui n’ont pas encore dégénérées, présentent des rubans agrandis, une augmentation des microdomaines calciques autour des rubans et une plus grande capacité à soutenir l’exocytose suggérant une potentialisation de ces synapses. Cette potentialisation des synapses à ruban âgées pourrait en partie expliquer l’hyperacousie paradoxalement observée dans la presbyacousie.

Acoustic signals are encoded into electrical nerve impulses at the ribbon synapses of the cochlear inner hair cells (IHC). Exocytosis of the synaptic glutamatergic vesicles at these ribbon synapses is triggered by the activation of the voltage-dependent calcium channels CaV1.3 and required a specific calcium sensor: otoferlin. In the first part of my thesis, we studied the role of clarin-2, a newly identified tetraspan protein paralog of clarin-1, in these synapses. We know from previous studies that clarin-1, by forming a complex associating CaV1.3 channels, harmonin-b and actin-F, is essential for a compact spatial organization of the Ca1.3 channels at the active zone of the IHC ribbons. We show that clarin-2 is essential for a normal voltage-dependent activation of the IHC calcium channels and is likely part of the clarin-1 complex at the ribbon synapses. In the second part of my thesis, we studied the role of SNAP-25, a protein of the SNARE complex implicated in the docking, priming and fusion of the synaptic vesicles at neuronal central synapses but whose implication at the ribbon hair cell synapses remain still under debate. We show that mutant mice specifically deleted for SNAP-25 in hair cells are profoundly deaf and have a severe vestibular deficit. Electrophysiological patch-clamp recordings in IHCs and utricular hair cells indicated a severe defect in fast exocytosis. This synaptic functional defect was associated with a progressive degeneration of the ribbon synapses and the hair cells themselves, suggesting that SNAP-25 is also essential for the release of important neurotrophic factors. In the third part of my thesis, we investigated the functional changes of the aging ribbon synapses in C57BL/6J mice. We found that the aging synaptic IHC ribbons, while progressively degenerating, become larger with enlarged Ca2+ microdomains to produce a more sustained exocytosis of synaptic vesicles. The expression and the voltage dependence of the fast BK channels, essential for fast IHC repolarization, were also severely affected with aging. All these results suggested that the IHC ribbon synapses become potentiated with aging, a process that may partly explain the paradoxical hyperacusis phenomenon in presbyacusis.