Contrôle de la morphologie de la touffe ciliaire des cellules mécanosensorielles ciliées pour une détection auditive sélective en fréquence

Morphology control of the hair-cell bundle for frequency-selective auditory detection

• Auteur / Autrice : Atitheb Chaiyasitdhi
• Direction : Pascal Martin, Christine Petit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et structurale et biochimie, biophysique moléculaire
• Date : Soutenance le 21/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique des Cellules et Cancer (Paris ; 2024-....) - Laboratoire Physico-Chimie Curie [Institut Curie] / PCC
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut Curie (Paris ; 1978-....)
• Jury : Président / Présidente : Martin Lenz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Martin, Christine Petit, Martin Lenz, Peter BARR-GILLESPIE, Jennifer Gallop, Julie Plastino, Alphée Michelot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter BARR-GILLESPIE, Jennifer Gallop

Mots clés

Mots clés libres

Audition

Cellule ciliée

Biophysique

Mécanosensibilité

Touffe ciliaire

Cytosquelette d'actine,

Transduction mécanoélectrique

Mechanosensitivity

Hearing

Hair cell

Biophysics

Hair bundle,

Actin cytoskeleton

Mechanoelectrical transduction

Résumé

Les cellules ciliées de l'oreille interne convertissent les vibrations induites par le stimulus sonore en signaux électriques. Chaque cellule ciliée est dotée d’une touffe de ‘stéréocils’ cylindriques remplis de filaments d’actine. Une déflexion de la touffe ciliaire module la tension dans les liens de bout-de-cil qui interconnectent les stéréocils et transmettent une force à des canaux ioniques, entraînant l’apparition d’un courant. La morphologie de la touffe ciliaire est étroitement liée à la fonction des cellules ciliées: les touffes ciliaires sont plus courtes pour la détection des hautes fréquences et des défauts morphologiques de la touffe ciliaire sont associés à des pertes auditives. Le mécanisme qui maintient la morphologie de la touffe ciliaire tout au long de la vie est donc d'une grande importance mais demeure obscur. Ce projet de thèse vise à étudier une rétroaction entre la transduction mécanoélectrique et la morphologie de la touffe ciliaire. Nous avons observé chez la grenouille que bloquer les canaux de transduction ou couper les liens de bout-de-cil entraîne un raccourcissement (~15%) et un épaississement (~17-60%) des stéréocils. En conséquence, la rigidité de la touffe ciliaire est deux fois plus grande que dans les cellules non perturbées. La microscopie électronique a de plus révélé que l'espacement entre filaments d'actine dans chaque stéréocil n’est pas modifié. L'épaississement d’un stéréocil résulte donc d'une augmentation du nombre de filaments d'actine. Enfin, l'inhibition des formines—des protéines impliquées dans la polymérisation de l'actine—produit des stéréocils plus minces dans les cellules témoins et aboli presque complètement l'épaississement des stéréocils résultant du blocage des canaux de transduction. Ces observations sont suggèrent que le contrôle de la polymérisation de l'actine par les canaux de transduction pourrait dépendre de la formine.

Hair cells of the inner ear operate as cellular microphones that convert sound-evoked vibrations into electrical signals. Each hair cell is endowed with a mechanosensitive hair bundle—a tuft of actin-filled and cylindrical stereocilia. Hearing starts when sound evokes deflections of the hair bundle. Deflections modulate tension in the tip links that interconnect stereocilia and convey force to mechanosensitive ion channels, resulting in ionic influx. The hair-bundle morphology is tightly coupled to hair-cell function as a frequency-selective detector: high-frequency hair cells have shorter hair bundles and morphological defects in the hair bundles are associated with deafness. Because hair cells do not regenerate in mammals, the mechanism that maintains the hair-bundle morphology throughout life is of great importance, yet has remained elusive. This PhD project aims at studying a feedback mechanism between mechanoelectrical transduction and hair-bundle morphology. With hair cells excised from a frog’s ear, we found that blocking the transduction channels or disrupting the tip links resulted in shortening (~15%) and widening (~17-60%) of the stereocilia. Hair bundles with blocked transduction channels showed a 2-fold increase in their stiffness, a change too large to be explained by shortening only. Electron microscopy revealed that spacing of the parallel actin filament in the core of the stereocilia does not change with blocked transduction channels or disrupted tip links. Widening thus probably resulted from an increase in the number of actin filaments constituting the stereociliary core. Inhibiting formins—proteins that promote actin polymerization—resulted in thinner stereocilia in control cells and nearly abolished stereocilia widening upon blockage of the MET channels. These observations suggest that the control of actin polymerization by the transduction channels is likely to be formin-dependent.