Les neuropathies auditives : des mécanismes pathogéniques aux stratégies thérapeutiques

Auditory neuropathies: from pathogenic mechanisms to therapeutic strategies

• Auteur / Autrice : Jamal Nasr
• Direction : Jing Wang, Jean-Luc Puel
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 19/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-….)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INM - Institut des Neurosciences de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Audition
• Jury : Président / Présidente : Patrick Carroll
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jing Wang, Olivier Sterkers, Jérôme Ruel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Sterkers, Jérôme Ruel

Mots clés

Mots clés libres

Surdité

Thérapie génique

Pathogénique

Bruit impulsionnel

Deafness

Gene therapy

Pathogenic

Impulse noise

Résumé

Les surdités représentent un problème de santé publique majeur. Les causes de ces atteintes auditives sont multiples: génétiques, exposition aux bruits, agents chimiques, médicaments ototoxiques, complications à la naissance, maladies infectieuses ou vieillissement. A ce jour, les mécanismes pathogéniques responsables de ces pathologies restent inconnus et il n’existe aucun traitement curateur. Le premier objectif de cette thèse est donc d’élucider les mécanismes des surdités réversibles induites par un bruit impulsionnel. En effet, des études récentes ont démontré qu'une exposition à un son non fluctuant, de fréquence stable, en bande étroite pendant deux heures peut induire une élévation de seuil temporaire avec une dégénérescence permanente des fibres nerveuses auditives, bien que les cellules ciliées restent intactes. Par contre, il existe peu de données sur les conséquences d’une surdité réversible causée par l’exposition à des bruits intenses, couramment rencontrés dans notre vie. Pour ce faire, nous avons mise au point au laboratoire un paradigme d'exposition au bruit impulsionnel permettant de provoquer une augmentation temporaire des seuils auditifs chez les souris. Nos résultats ont montré que l'exposition au bruit impulsionnel (145 dB SPL en crête, 700 impulsions, 1 impulsion/seconde) entraînait une augmentation aigue des seuils auditifs de 30 dB en moyenne peu de temps après l'exposition. Après 2 semaines, les seuils auditifs retrouvaient leur niveau initial à l'exception des régions cochléaires les plus apicales où une légère élévation des seuils auditifs persistait. Cette légère élévation persistante des seuils auditifs aux fréquences plus basses est en accord avec une altération permanente des stéréocils des cellules ciliées externes, principalement localisées dans la région apicale de la cochlée. De plus, une diminution durable des amplitudes de l'onde I des ABR a été observée 2 semaines après l'exposition, ce qui traduit une perte des synapses entrent les cellules ciliées internes et les fibres du nerf auditif. La quantification des synapses auditives a révélé une perte synaptique, modérée mais réversible dans la partie basale de la cochlée. L’évolution ultrastructurale des rubans perturbés par l’exposition au bruit impulsionnel révélait une réparation partielle et incomplète de ces structures 2 semaines après l’exposition. De plus, des niveaux accrus de stress oxydatif ont été observés immédiatement après l'exposition et se maintenaient pendant 2 semaines supplémentaires. L’ensemble de ces résultats suggèrent des liens majeurs possibles entre les dommages des stéréocils des cellules ciliées externes, la plasticité des synapses, le stress métabolique cochléaire et la survenue de la surdité cachée. Le deuxième objectif de cette thèse porte sur le développement de stratégies thérapeutiques pour restaurer l'audition chez des souris Opa1delTTAG porteuses d'une mutation humaine récurrente. Pour ce faire, j'ai utilisé deux approches de thérapie génique innovante: i) la réexpression de l'isoforme WT#1 de l'ADNc complet d’Opa1; ii) l'inhibition du gène muté couplée à la réexpression de l'isoforme WT#1 Opa1. Mes résultats ont démontré que l'injection par canalostomie d'AAV2/Anc80-CBA-eGFP produit une forte expression du transgène GFP à long terme dans la plupart des CCI et des neurones ganglionnaires affectés par la mutation. De plus, l'injection canalostomique n'entraîne pas de surdité supplémentaire par rapport à l'oreille controlatérale témoin non injectée. Ces résultats constituent un préalable important dans le développement de stratégies thérapeutiques géniques de la cochlée. En revanche, mes résultats préliminaires n'ont pas démontré l'efficacité thérapeutique d'une réexpression de l'isoforme WT#1 Opa1 via l'injection par canalostomie d'AAV-CBA-OPA1. Ces résultats restent à confirmer avec différents niveaux de contrôle à préciser: i) problème technique à l'injection ; ii) niveau d'expression du transgène Opa1.

Deafness is a major public health problem. The causes of these hearing impairments are multiple: genetics, noise exposure, chemical agents, ototoxic drugs, birth complications, infectious diseases or aging. To date, the pathogenic mechanisms responsible for these pathologies remain unknown and there is no curative treatment. The first objective of this thesis is therefore to elucidate the mechanisms of reversible hearing loss induced by impulse noise. Indeed, recent studies have shown that exposure to non-fluctuating, stable-frequency narrowband sound for two hours can induce a temporary threshold elevation with permanent degeneration of auditory nerve fibers, although the hair cells remain intact. On the other hand, there is little data on the consequences of reversible hearing loss caused by exposure to intense noise, commonly encountered in our life. To this end, we have developed in the laboratory a paradigm of exposure to impulse noise to cause a temporary increase in hearing thresholds in mice. Our results showed that exposure to impulse noise (145 dB SPL peak, 700 pulses, 1 pulse/second) caused a mean elevation of ABR thresholds of ~30 dB shortly after exposure. After 2 weeks, hearing thresholds returned to their initial level except for the most apical cochlear regions where a slight increase in hearing thresholds persisted. This slight persistent elevation in auditory thresholds at lower frequencies is consistent with a permanent alteration of the stereocilia of the outer hair cells, mainly located in the apical region of the cochlea. In addition, a sustained decrease in ABR wave-I amplitudes was observed 2 weeks after exposure, reflecting a loss of synapses between the inner hair cells and the auditory nerve fibers. The quantification of auditory synapses revealed moderate but reversible synaptic loss in the basal part of the cochlea. The ultrastructural evolution of the synaptic ribbon disturbed by impulse noise exposure revealed partial and incomplete repair of these structures 2 weeks after exposure. In addition, increased levels of oxidative stress were observed immediately after exposure and were maintained for a further 2 weeks. Taken together, these results suggest possible major links between damage to the stereocilia of outer hair cells, synapse plasticity, cochlear metabolic stress and the occurrence of hidden hearing loss. The second objective of this thesis focuses on the development of therapeutic strategies to restore hearing in Opa1delTTAG mice carrying a recurrent human mutation. To do this, I used two innovative gene therapy approaches: i) re-expression of the WT#1 isoform of Opa1 complete cDNA; ii) inhibition of the mutated gene coupled with the re-expression of the Opa1 WT #1 isoform. My results demonstrated that canalostomy injection of AAV2/Anc80-CBA-eGFP produces high long-term expression of the GFP transgene in most inner hair cells and ganglion neurons affected by the mutation. In addition, canalostomy injection does not result in additional hearing loss compared to the control contralateral ear not injected. These results are an important prerequisite in the development of gene therapeutic strategies for the cochlea. On the other hand, my preliminary results did not demonstrate the therapeutic efficacy of a re-expression of the isoform WT#1 Opa1 via canalostomy injection of AAV-CBA-OPA1. These results remain to be confirmed with different levels of control to be specified: i) technical problem with injection; ii) expression level of the Opa1 transgene.