Development of hair cell stereocilia bundles involves three stages: elongation, thickening, and supernumerary stereocilia retraction. Although Myo-XVa is known to be essential for stereocilia elongation, its role in retraction/thickening remains unknown. We quantified stereocilia numbers/diameters in shaker-2 mice (Myo15sh2) that have deficiencies in “long” and “short” isoforms of myosin-XVa, and in mice lacking only the “long” myosin-XVa isoform (Myo15ΔN). Our data showed that myosin-XVa is largely not involved in the developmental retraction of supernumerary stereocilia. In normal development, the diameters of the first (tallest)/second row stereocilia within a bundle are equal and grow simultaneously. The diameter of the third row stereocilia increases together with that of taller stereocilia until P1-2 and then either decreases almost two-fold in inner hair cells (IHCs) or stays the same in outer hair cells (OHCs), resulting in a prominent diameter gradation in IHCs and less prominent in OHCs. Sh2 mutation abolishes this gradation in IHCs/OHCs. Stereocilia of all rows grow in diameters nearly equally in Myo15sh2/sh2 IHCs and OHCs. Conversely, ΔN mutation does not affect normal stereocilia diameter gradation until ~P8. Therefore, myosin-XVa “short” isoform is essential for developmental thinning of third row stereocilia, which causes diameter gradation within a hair bundle.

Objectifs: Le Nystatin est un antibiotique efficace pour le traitement d’otomycose. Bien que sa sécurité au niveau de l’oreille externe soit bien établie, son utilisation n’est pas recommandée lorsqu’il y a une perforation tympanique. L’objectif de cette étude est d’évaluer le potentiel ototoxique du Nystatin lorsque celui-ci est appliqué directement au niveau de l’oreille moyenne. Méthodes: Nous avons fait une étude expérimentale avec 18 cochons d’Indes de souche Hartley que nous avons divisés en deux groupes. En exposant l’oreille moyenne de chaque animal au Nystatin (groupe I) ou à la néomycine (groupe II) et chaque oreille controlatérale à une solution physiologique (NaCl), la fonction auditive a été évaluée avec un test de potentiels évoqués auditif du tronc cérébral avant et après les injections. Une étude par microscopie électronique a permis une comparaison histologique de l’état des cellules ciliées cochléaires entre les 2 groupes. Résultats: Les pertes auditives moyennes du groupe « Nystatin » étaient de 13.0 dB et comparables aux pertes moyennes observées dans les oreilles ayant été injectées avec du NaCl (4.0 dB dans le groupe I et 15.1 dB dans le groupe II). Le groupe de contrôle « néomycine » a subi une perte auditive moyenne de 39.3 dB, ce qui représente une différence cliniquement et statistiquement significative (p<0.001). L’étude histologique avec une microscopie à balayage électronique a démontré une conservation de l’architecture des cellules ciliées cochléaires dans les groupe Nystatin et NaCl. La néomycine a causé une destruction marquée de ces structures. Conclusions: Le Nystatin ne provoque pas d’atteinte auditive ni de destruction des cellules ciliées externes après injection directe dans l’oreille moyenne chez le cochon d’Inde. / Objective: Nystatin is an effective topical antifungal agent widely used in the treatment of otomycosis. Though it is safe for external ear use, current recommendations are to avoid its use in cases of tympanic membrane perforation. The objective of our study was to test the security of Nystatin when applied directly to the middle ear of a guinea pig model. Methods: We performed an experimental study with 18 Hartley guinea pigs that were divided into two groups. Exposing middle ears from one group to Nystatin (group I) and from the other to the ototoxic neomycin (group II), we compared results of auditory brainstem response (ABR) testing at three intervals during the study. Each animal’s contralateral ear was injected with a physiological solution (NaCl). At the end of the study, we performed a histological analysis of the animals’ cochleae using a scanning electron microscope. Results: Average hearing loss in the Nystatin group was 13.0 dB which was similar to the results obtained in the NaCl-exposed ears (4.0 dB in group I and 15.1 dB in group II). Average hearing loss in the neomycin group was 39.3 dB, which represents a clinically significant difference (p<0.001). Scanning electron microscope evaluation revealed intact cochlear hair cell architecture in the Nystatin and normal saline groups, compared to important destruction in the neomycin group. Conclusion: Nystatin does not cause hearing impairment or cochlear hair cell damage when exposed directly to the middle ear of a guinea pig model.

Per a aquesta tesi, utilitzo la línia lateral del peix zebra com a sistema model per adreçar dues qüestions fonamentals: En una primera línia d’investigació exploro la relació entre la funció d’un òrgan i la seva arquitectura. La regeneració de cèl.lules ciliades a la línia lateral del peix zebra ocorre mitjançant la divisió dels seus progenitors en determinades posicions dins les zones ventral i dorsal del neuromast. Durant la regeneració de les cèl.lules ciliades, es forma una línia de simetria vertical, que bisecciona l’epiteli del neuromast en dues meitats de polaritats planars oposades. La qüestió de com es controla l’anisotropia de la regeneració de les cèl.lules ciliades i com integrar aquest procés en l’establiment de la simetria bilateral d’aquest organ, roman encara per esclarir. En aquest estudi mostro que la simetria bilateral del neuromast es sosté degut a l’activitat compartimentalitzada de Notch qui, permetent l’estabilització dels progenitors de cèl.lules ciliades en compartiments polars específics, organitza l’anisotropia de la regeneració. En una segona línia d’investigació, descric el rol del complex de remodelació de cromatina ATPasa brg1 durant la formació d’organs mecanosensorials al peix zebra. Així mostro que els mutants de brg1 desenvolupen un sistema de linia lateral truncat, donat que brg1 es necessari per a la regulació de múltiples events cel.lulars al primordi de la línia lateral. / In this thesis I use the zebrafish lateral line as a model system to address two fundamental questions. In a first line of investigation I explore the relation between an organ function and its architecture. The regeneration of hair cells in the zebrafish lateral line occurs trough the division of hair-cell progenitors at specific locations in the dorsal and ventral aspects of the neuromasts. As hair cells regenerate a vertical midline that bisects the neuromast epithelium into perfect mirror-symmetric plane-polarized halves is formed. Each half contains hair cells of identical planar orientation but opposite to that of the confronting half. How hair cell regeneration anisotropy is controlled and how this process is integrated in the establishment of this organ bilateral symmetry is poorly understood. Here I show that the neuromast bilateral symmetry is sustained by compartmentalized Notch activity, which governs regeneration anisotropy by permitting the stabilization of hair cell progenitors in specific polar compartments. In a second line of research I report the role of the chromatin remodeling complex ATPase brg1 during mechanosensory organ formation in the zebrafish. I show that brg1 mutants develop a truncated lateral line system as brg1 is needed in the regulation of multiple cellular events in the lateral line primordium.

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Les cellules ciliées internes (CCIs) de la cochlée encodent les signaux acoustiques en impulsions électriques au niveau des synapses à ruban formées avec les fibres afférentes du nerf auditif. L'exocytose des vésicules glutamatergiques par les CCIs est déclenchée par l'activation des canaux calciques Cav1.3 et par l'otoferline, le senseur calcique intracellulaire présumé. Les mécanismes moléculaires précis régulant cette exocytose restent encore mal compris, notamment ceux à l’origine de sa précision temporelle, sa vitesse élevée en phase avec le signal acoustique("phase-locking" jusqu'à 1-2 kHz) et son infatigabilité. Nous montrons que la spécificité des synapses à ruban auditive et vestibulaire passe par une organisation spatiale spécifique des canaux Cav1.3 dans les zones actives. Les CCIs utilisent différentes isoformes de canaux Cav1.3, notamment des isoformes courtes tronquées dans leur partie C-terminale. Ces isoformes courtes (Cav1.343S et Cav1.342A) sont essentiellement impliquées dans le déclenchement et dans l'adaptation rapide de l'exocytose. Cette adaptation se réalise au niveau des canaux Cav1.3 à la fois en intracellulaire par le Ca2+ et en extracellulaire parles protons secrétés lors de l'exocytose. Les isoformes longues (Cav1.342L et Cav1.3∆44),positionnées en périphérie du ruban, réguleraient le recrutement vésiculaire. Par ailleurs, nous montrons que l'organisation spatiale des canaux Cav1.3 est dépendante d'un cytosquelette d'actine-F au ruban synaptique. La clarine 1 (protéine Usher IIIA) interagirait avec l'actine-F, l'harmonine (protéine PDZ, Usher IC) et la sous-unité β2 des canaux calciques pour organiser les canaux Cav1.3 dans les zones actives. / Cochlear inner hair cells (IHCs) encode acoustic signals into nerve impulses at their ribbon synapses formed with the auditory afferent fibers. The exocytosis of glutamatergic vesicles is triggered by voltage activation of Cav1.3 channels and requires otoferlin, the putative intracellular Ca2+ sensor. The precise molecular mechanisms of exocytosis still remain elusive, notably the mechanisms allowing the temporal precision, the high rates of vesicular fusion (high frequency phase-locking with sound) and the indefatigability of the process. We show here that exocytosis in auditory and vestibular hair cells relies on a specific tight spatial organization of Cav1.3 channels at the active zones. Auditory IHCs use different Cav1.3isoforms, notably short C-terminal isoforms (Cav1.343S et Cav1.342A). These short Cav1.3isoforms essentially trigger the RRP exocytosis (Readily Releasable Pool of vesicles) and are at the origin of its fast adaptation. This fast exocytotic adaptation is based both on an intracellularCa2+ dependant inactivation of the Ca2+ current and on its extracellular block by exocytosed protons. Long Cav1.3 isoforms (Cav1.342L et Cav1.3∆44) regulate the vesicular recruitment at the active zones. Furthermore, our results show that a synaptic actin cytoskeleton is essential for the tight spatial organization of the Cav1.3 channels at the ribbons. Clarin 1 (Usher IIIA protein),through its interactions with the F-actin network, harmonin (PDZ protein, Usher IC) and the Ca2+channel β2 subunit, is required to maintain the tight organization of Cav1.3 channels at the ribbon synapses.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The organophosphate pesticides are widely used in agriculture, and the widespread application of these agents, without the appropriate use of bio-security measures, has contributed to environmental degradation and the increased incidence of occupational poisoning, becoming one of the main public health problems in rural areas. Studies show that the ototoxic agents, in addition to the peripheral vestibular and auditory systems compromise, also impair central auditory pathways. Among the major toxic agents that can lead to hearing loss are the solvents, metals, suffocating and organophosphate pesticides. This study examined the acute ototoxic action of a pesticide on the peripheral auditory system. This is a prospective experimental study. We used male albino guinea pigs, divided into three groups, which was administered distilled water (group 1 - control), pesticide - 0.3 mg/Kg/day (group 2), pesticide - 3 mg/Kg/day (group 3), for seven consecutive days. The pesticide used was Tamaron® (methamidophos). The auditory functional evaluation was performed using the Distortion Product Otoacoustic Emissions (DPOAE) and Auditory Brainstem Response (ABR), both performed before and immediately after the application of the pesticide. The anatomical assessment was performed with scanning electron microscopy. The guinea pigs subjected to pesticide had cochlear morphological changes, with lesions in three turns examined in electron microscopy, which was increased according to the dosage received from the agent. In all animals the DPOAE was present, but it was verified that the signal/noise ratio of the frequencies of 1.500 and 6.000 Hz in DPOAE of groups 2 and 3 showed statistically significant difference when compared to control group, indicating possible cell impairment. There were no statistically significant changes in functional assessment of VIII nerve when evaluated by wave I of ABR. It is concluded that the organophosphorous can be considered as a harmful acute agent of outer hair cells, seen the correlation between the dose applied and the amount of changes observed by electron microscopy, however, the acute exposure to Tamaron® did not cause functional alteration of the peripheral auditory system. / Os agrotóxicos organofosforados são amplamente utilizados na agricultura, e a elevada aplicação desses agentes, sem o emprego das devidas medidas de biossegurança, vem contribuindo para a degradação ambiental e para o aumento da incidência de intoxicação ocupacional, tornando-se um dos principais problemas de saúde pública no meio rural. Pesquisas demonstram que os agentes ototóxicos, além de comprometer os sistemas auditivo e vestibular periféricos, provocam ainda alterações nas vias auditivas centrais. Dentre os principais agentes químicos que podem levar à perda auditiva incluem-se os solventes, os metais, os asfixiantes e os agrotóxicos organofosforados. O objetivo deste estudo foi analisar a ação ototóxica aguda de um agrotóxico do grupo dos organofosforados no sistema auditivo periférico. Trata-se de um estudo experimental prospectivo, realizado em cobaias albinas machos, divididas em três grupos, nos quais se administrou água destilada (grupo 1 - controle), agrotóxico - 0,3mg/Kg/dia (grupo 2), agrotóxico 3 mg/Kg/dia (grupo 3), durante sete dias consecutivos. O agrotóxico utilizado foi Tamaron® (metamidofós). A avaliação auditiva funcional foi realizada utilizando-se Emissões Otoacústicas Produto de Distorção (EOAPD) e Potencial Evocado Auditivo de Tronco Encefálico (PEATE), ambos realizados antes e imediatamente após o período de aplicação do agrotóxico. A avaliação anatômica foi realizada com Microscopia Eletrônica de Varredura. As cobaias submetidas ao agrotóxico apresentaram alterações morfológicas cocleares, com lesões nas três espiras analisadas na microscopia eletrônica, intensificadas de acordo com a dosagem recebida do agente. Na avaliação auditiva funcional, todas as cobaias apresentaram EOAPD presentes, no entanto verificou-se significância estatística nos valores da relação sinal/ruído das frequências de 1.500 e 6.000 Hz das EOAPD das cobaias dos grupos 2 e 3 quando confrontados com os achados dos animais do grupo controle, indicando um possível sofrimento celular. Não foram encontradas alterações estatisticamente significantes na avaliação do VIII par craniano por meio da análise da onda I do PEATE. Concluiu-se que o organofosforado pode ser considerado um agente lesivo agudo das células ciliadas externas visto a correlação entre a dosagem aplicada e a quantidade de alterações observadas à microscopia eletrônica, entretanto a exposição aguda ao Tamaron® não causou alteração funcional do sistema auditivo periférico.

Avant sa libération, le glutamate est accumulé dans des vésicules synaptiques par trois transporteurs vésiculaires (VGLUT1-3). Les cellules ciliées internes (CCI) de la cochlée n'expriment que VGLUT3. Pour étudier son rôle dans la physiologie cochléaire, nous avons utilisé une lignée de souris dont le gène Slc17a8, qui code pour VGLUT3, a été invalidé par recombinaison homologue. Les mutants ne présentaient pas de réponse nerveuse à une stimulation sonore. Les mécanismes d'exocytose des CCI étaient normaux et leurs synapses normales en microscopie électronique. Des immunoblots montraient que le transporteur membranaire du glutamate GLAST, ainsi que les sous-unités GLUR2 et NR1 des récepteurs AMPA et NMDA étaient toujours exprimées. Enfin, des potentiels auditifs du tronc cérébral étaient enregistrés après une stimulation électrique au niveau de la fenêtre ronde. Toutefois, nos résultats indiquent des diminutions de ~50% des synapses afférentes et de ~40% des neurones auditifs primaires ainsi qu'une réduction importante des terminaisons efférentes latérales sous les CCI.SLC17A8 est responsable de la surdité de perception non syndromique dominante DFNA25. Nous avons identifié une mutation dans l'exon 5 conduisant au remplacement de l'Alanine211 en Valine. Cette Alanine est conservée dans les VGLUT3 de différentes espèces ainsi que dans les VGLUT1-3 humains, suggérant un rôle fonctionnel important pour cet acide aminé. Nous avons caractérisé les propriétés biochimiques de la mutation A211V en culture de cellules. Le transporteur muté était correctement adressé aux boutons présynaptiques. Cependant, la mutation pA211V entraîne un défaut d'expression important en partie expliqué par le fait que le codon codant la valine est un codon rare. De plus, les études du transport de glutamate ont montré que la forme mutée est hyperactive par rapport à la forme native. L'ensemble de ces résultats montre que la mutation entraine un phénotype cellulaire complexe. / Before its release, glutamate is accumulated into synaptic vesicles by three vesicular glutamate transporters (VGLUT1-3). Only VGLUT3 is expressed in the inner hair cells (IHCs) of the cochlea. To study its role in the hearing physiology, we used a mouse in which the Slc17a8 gene, which encodes VGLUT3, has been null-mutated. In this VGLUT3-/- mouse, no auditory nerve response to acoustic stimuli could be recorded. All the others cochlear potentials were normal. The genetic deletion of Slc17a8 in mice resulted in a profound deafness, without altering the IHCs synapse morphology and the synaptic vesicles turnover. Using western blot, we then observed that the glutamate-aspartate transporter GLAST and the GLUR2 and NR1 subunits of AMPA and NMDA receptors were always expressed. Finally, auditory brainstem responses could be elicited by electrical stimuli on the round window. However, VGLUT3-/- IHCs presented a ~50% loss of IHCs synapses and a ~40% loss of primary auditory neurons. The number of lateral olivocochlear synapses with primary auditory neurons dendrites was strongly reduced.The SLC17A8 gene is responsible for DFNA25, an autosomal dominant progressive, high-frequency nonsyndromic deafness. We identified a heterozygous non-synonymous missense mutation in exon 5, leading to the amino acid change p.A211V. The A211 residue is conserved in VGLUT3 across species and in all the human VGLUT subtypes (VGLUT1-3), suggesting an important functional role. We characterized the biochemical properties of the A211V mutation in cell culture. Our results suggest that the mutated VGLUT3 was correctly addressed at the presynaptic boutons. However, the pA211V mutation induced an expression decrease because the valine codon is a rare codon. Moreover, the glutamate uptake is increased with the mutated VGLUT3. All these results shows that this mutation involves a complex cellular phenotype.

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Les surdités neurosensorielles sont classiquement décrites par une élévation des seuils auditifs généralement corrélée à une dégénérescence des cellules ciliées externes (CCE). Toutefois, des travaux récents sur des modèles animaux ont montré qu’un audiogramme normal pouvait être associé à des atteintes auditives périphériques. Ce travail de thèse a contribué à mieux caractériser chez des modèles murins, ces déficiences supraliminaires cachées liées d’une part, à des altérations des CCE et d’autre part, à la dégénérescence de certaines fibres nerveuses auditives. Dans la première partie de cette thèse, l’évolution des profils auditifs de souris présentant une dégénérescence accélérée des CCE, les souris de souche CD1-RjOrl : SWISS, a été caractérisée. Dans cette étude longitudinale, menée au cours du premier mois postnatal, une progressivité de la déficience auditive a été montrée. Toutefois, une discordance surprenante a été mise en évidence entre des seuils auditifs proches des valeurs normales à haute fréquence combinés à des produits de distorsions acoustiques (PDA) absents. Les courbes d’accord de masquage montrent un décalage des pointes vers les basses fréquences. Ces données indiquent que les CCE de la base ne sont plus fonctionnelles et que la perception des hautes fréquences est perturbée. Les observations en microscopie électronique à balayage ont révélé une conformation anormale de la touffe stéréociliaire des CCE au niveau de la base de la cochlée. Ces données témoignent d’une désorganisation de la tonotopie cochléaire. Dans la deuxième partie de cette thèse, l’effet de l’oxaliplatine sur la fonction auditive et sur la morphologie cochléaire a été décrit chez des souris adultes de souche CBA/J. L’oxaliplatine, un sel de platine utilisé en chimiothérapie, a de nombreux effets secondaires parmi lesquels l’apparition d’une neuropathie périphérique. À la suite d’un traitement avec cette drogue, les souris ne présentent pas d’élévation des seuils auditifs et pas d’altération de la fonction des CCE. Cependant, l’étude histologique révèle une dégénérescence surprenante des fibres auditives du ganglion spiral. Avec des tests électrophysiologiques supplémentaires, une diminution de l’amplitude du potentiel d’action composite a été mise en évidence. Le réflexe du système efférent olivocochléaire médian, évalué par un test de suppression controlatéral, semble également être diminué par le traitement. Les souris traitées avec de l’oxaliplatine constituent donc un modèle animal précieux de surdité cachée, qui demande à être mieux caractérisé. Les résultats de ces études confirment l’insuffisance de l’audiogramme pour détecter des altérations subtiles de la cochlée et montrent la nécessité d’améliorer le diagnostic de ces déficiences supraliminaires. Ainsi, les atteintes cachées des CCE peuvent être détectées par l’absence de PDA associée à des potentiels évoqués auditifs normaux et les neuropathies par des PDA présents associés à des potentiels évoqués auditifs anormaux. La combinaison de ces différents tests fonctionnels et électrophysiologiques permettrait une meilleure prise en charge des patients et une amélioration de leur qualité de vie. / Sensorineural hearing loss are classically described by auditory thresholds elevation usually correlated with outer hair cells (OHC) degeneration. However, recent work on animal models has shown that normal audiogram can be associated with peripheral hearing impairments. This thesis contributed to better characterize, in mouse models, these hidden supraliminal deficiencies related on the one hand, with OHC alterations and on the other, to auditory nerve fibers degeneration. In the first part of this thesis, the auditory profiles evolution of mice exhibiting an OHC accelerated degeneration, the CD1-RjOrl: SWISS strain mice, was characterized. In this longitudinal study, conducted in the first postnatal month, a progressivity of the hearing impairment has been observed. However, a surprising discrepancy was found between high frequency hearing thresholds close to normal values associated with missing distortion product otoacoustic emission (DPOAE). The masking tuning curves dips are shifted toward low frequencies. Those data indicate that basal OHC are no longer functional and the perception of high frequencies is disrupted. Observations in scanning electron microscopy revealed an abnormal conformation of the OHC stereocilia bundles at the cochlea base. These results represent an evidence of a disorganized cochlear tonotopy. In the second part of this thesis, the effect of oxaliplatin on the auditory function and on the cochlear morphology was described in adult CBA/J strain mice. Oxaliplatin, a platinum salt used in chemotherapy, has many side effects including development of peripheral neuropathy. Following one treatment with this drug, mice did not present any hearing threshold elevation or OHC function impairment. However, the histological study reveals a surprising degeneration of the spiral ganglion cells. With additional electrophysiological tests, a decrease in the compound action potential amplitude has been demonstrated. The median olivocochlear efferent system reflex, evaluated by a contralateral suppression test, also seems to be diminished by the treatment. The mice treated with oxaliplatin, therefore constitute a precious animal model of hidden deafness, which needs to be better characterized. The results of these studies confirm the audiogram insufficiency to detect subtle cochlea alterations and reveal the need to improve supraliminal deficiencies diagnosis. Thus, hidden OHC impairments can be detected by the absence of DPOAE associated with normal auditory evoked potentials and neuropathies by the presence of DPOAE associated with abnormal auditory evoked potentials. The combination of these functional and electrophysiological tests would allow better management of patients and an improvement in their quality of life.Keywords: hidden hearing loss, CD1 mice, outer hair cells, masking tuning curves, tonotopy, oxaliplatine, spiral