L'objectif général de ce mémoire était de vérifier si les appareils de type baladeur numérique à écran vidéo pouvaient être mis au service des personnes atteintes du syndrome d'Usher de type 1, soit celles ayant un résidu visuel, afin de leur permettre un accès à l'information par l'entremise d'un nouveau type de signeur : l'avaglyphe. Pour ce faire, deux groupes de participants ont été constitués, soit 12 personnes sourdes pour le groupe contrôle et 3 personnes atteintes du syndrome d'Usher pour le groupe expérimental. Afin d'évaluer l'efficacité potentielle de cette nouvelle technologie, trois variables principales étaient à l'étude : la perception des chiffres et des épellations, la compréhension lexicale et la compréhension narrative. D'autres variables tels le confort, la facilité d'utilisation et le contexte environnemental de l'expérimentation ont été prises en compte. Les résultats des 15 participants, concernant les variables principales, ont montré qu'il n'y avait pas de différence statistiquement significative entre les deux groupes de sujets, et ce, dans un contexte expérimental identique et sans adaptation particulière pour les personnes atteintes du syndrome d'Usher, sauf en ce qui concerne la variable de compréhension lexicale. Toutefois, en raison de problèmes méthodologiques, du nombre restreint de participants et de variations interindividuelles, les résultats des analyses doivent être généralisés avec prudence à l'ensemble de la population. En résumé, il a été possible de transmettre efficacement de l'information, comprise par les sujets, sur un baladeur numérique à écran vidéo par l'entremise d'un avaglyphe. Bien que l'efficacité de cette nouvelle technologie ait été démontrée, d'autres études, qui tiendront compte du nombre de sujets et de leurs caractéristiques individuelles, devront être menées afin de raffiner les modalités de cette forme d'interprétation.

Les photorécepteurs sont des neurones très spécifiques dédiés à la phototransduction et reposant sur une machinerie cellulaire très complexe. La dépolarisation permanente dans le noir des photorécepteurs déclenche une transmission synaptique constante et extrêmement spécifique qui requièrent une quantité d'énergie considérable. Les photorécepteurs peuvent dégénérer lorsque la phototransduction ou l'apport énergétique sont altérés. Le syndrome d'Usher conduit à une surdité et une cécité. La recherche du rôle des protéines usher dans les photorécepteurs a été freinée par l'absence de phénotype rétinien dans les modèles. De la même façon, la compréhension des mécanismes moléculaires conduisant à l'atteinte des cônes dans la rétinopathie diabétique a été entravée par l'absence de symptômes vasculaires et neuronaux dans les modèles. Durant ma thèse, j'ai caractérisé deux modèles animaux des syndromes Usher et HANAC. Des atteintes neuronales ont été démontrées par électrorétinogramme et par l'observation de changements morphologiques des cellules. Dans les modèles Usher, j'ai également montré une neuroprotection des photorécepteurs par plusieurs stratégies. Dans le modèle HANAC, les atteintes neuronales étaient associées à une tortuosité vasculaire anormale une augmentation de la perméabilité vasculaire et l'expression accrue de VEGF. Les évaluations phénotypiques de ces trois modèles fournissent un nouvel aperçu de la physiopathologie des dégénérescences des cônes dans le syndrome d'Usher et dans les maladies vasculaires complexes. Ce travail ouvre surtout la voie au développement et à l'évaluation de nouvelles stratégies thérapeutiques pour ces maladies menant à la cécité. / Photoreceptors are very specific neurons dedicated to phototransduction, which relies on very complex machinery. The maintained depolarization in darkness triggers a constant and thus very specific type of synaptic transmission. These require high energy need. As a consequence, photoreceptors can degenerate in various hereditary retinal diseases when phototransduction or energy consumption are altered. The Usher syndrome is such a hereditary disease leading to both deafness and blindness. If Usher proteins are involved in the mechanotransduction in hair cells, investigating their role in photoreceptors has been hamperedby the lack of a retinal phenotype in murine models. Similarly, understanding themolecular mechanisms of cone dysfunction in diabetic retinopathy has beenhampered by the lack of vascular and neuronal symptoms and neuronal models. During my PhD, I have developed animal models of Usher and HANAC syndromes both leading to cone photoreceptor dysfunction and damage. Cone dysfunction was demonstrated by electroretinogram recording and by morphological changes, retinal gliosis and microglial activation. In the Usher models, I also demonstrated photoreceptor neuroprotection by different strategies. In the HANAC model, neuronal dysfunction was associated as in diabetic retinopathy to blood vessel tortuosity, blood vessel permeability and incresead VEGF expression levels. These phenotypic evaluations of mouse models provide new insights into the physiopathology of cone photoreceptor degeneration in Usher syndrome and in complex vascular diseases. It also open the way for the development and assessment of new therapeutic strategies for these diseases leading to blindness.

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.

Le syndrome d’Usher (USH) associe une surdité neurosensorielle congénitale et une perte progressive de la vision par rétinite pigmentaire. Pendant ma thèse, l’essentiel de mon travail a porté sur un gène responsable du syndrome d’Usher de type 2, USH2A. Ce gène code pour l’usherine, une protéine associée aux liens fibreux interstéréociliaires situés à la base de la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée. Ces liens transitoires disparaissent autour du 9e jour post-natal (P9), chez la souris et le complexe moléculaire associé à ces liens inclut l’usherine, adgrv1 (un récepteur membranaire couplé aux protéines G), la whirline, et pdzd7 (deux protéines sous-membranaires d’échafaudage contenant des domaines PDZ). Des travaux précédents ont montré que l’interaction de ces quatre protéines était nécessaire à un développement correct de la touffe ciliaire, qui lui-même conditionne la transduction mécano-électrique opérée par les cellules ciliées. Pendant ma thèse, j’ai étudié les effets, à court terme et à long terme, de l’absence de la plus longue des 2 isoformes connues de l’usherine, l’isoforme-b transmembranaire, sur des souris mutantes pour le gène Ush2a (Ush2aΔTM/ΔTM). Chez ces souris, j’ai effectué des mesures de courants de transduction mécano-électrique, des enregistrements des potentiels évoqués auditifs (PEA), des tests de masquage auditif, et une analyse morphologique des cellules ciliées par imagerie au microscope électronique à balayage. Ainsi, j’ai pu montrer que les liens interstéréociliaires basaux étaient présents à P4 et que les courants de transduction mécano-électrique étaient normaux à P7. L’absence de l’isoforme-b de l’usherine n’a, en fait, que très peu de conséquences morphologiques et fonctionnelles sur la touffe ciliaire des cellules ciliées de la cochlée durant les 3 ou 4 premiers mois de vie chez la souris. A partir de l’âge de 4 mois cependant, les souris Ush2aΔTM/ΔTM souffrent d’une perte progressive de l’audition et d’anomalies de la sélectivité dans l’analyse des fréquences du son, dues surtout à un dysfonctionnement des cellules ciliées externes. Ces résultats viennent alimenter le débat sur le caractère progressif de la surdité du syndrome d’Usher de type 2A. La surdité des patients USH2A est considérée comme étant le plus souvent non progressive, mais plusieurs études ont révélé que certains patients souffrent en fait d’une surdité progressive. Mon travail a permis de montrer que chez la souris, la surdité en rapport avec des mutations d’Ush2a peut également être progressive. L’existence potentielle d’une fenêtre temporelle chez les patients USH2A dont la surdité moins sévère à la naissance, va ensuite s’aggraver, pourrait permettre d’envisager dans le futur un traitement curatif précoce du déficit auditif de ces patients, par thérapie génique. / Usher syndrome (USH) is characterised by a sensorineural congenital deafness and a progressive loss of vision by retinitis pigmentosa. During my PhD, my main focus of study was a gene responsible for Usher syndrome type 2, USH2A. This gene codes for usherin, a protein associated with the fibrous links located at the base of the hair bundle of cochlear, and vestibular hair cells. In mice, these transitory links start to disappear as of postnatal day 9 (P9), and the molecular complex with which they are associated is composed of usherin, adgrv1 (an adhesion G protein coupled receptor), whirlin, and pdzd7 (two submembranous PDZ domain-containing scaffold proteins). Previous work has shown that the interaction in between these 4 proteins is essential for the development of the hair bundle, the structure responsible for the initiation of the mechano-electrical transduction (MET) process in the hair cells. During my thesis, I studied the short term and long term effects of the absence of the longest of the 2 usherin isoforms, the transmembrane b-isoform, in mice carrying a mutation in the Ush2a gene (Ush2aΔTM/ΔTM). In these mice, I measured mechano-electrical currents, auditory brainstem responses, undertook auditory masking tests, and analysed scanning electron micrographs of cochlear hair bundles. Through this work, I showed that basal lateral links similar to ankle links could be observed on P4, and that MET currents were normal on P7. The absence of the long b-isoform of usherin actually has very little effect on the morphology or the function of the cochlear hair bundle in mice, until 3 or 4 months of age. As of 4 months old however, Ush2aΔTM/ΔTM mice suffer from a progressive hearing loss, and frequency selectivity defects, mainly cause by a dysfunction of outer hair cells. These results will further add to the debate on whether the hearing loss in Usher syndrome type 2A is progressive or not. Hearing loss in USH2A patients is generally considered non progressive, but several studies have given indication to the contrary. My work has shown that in mice, deafness caused by mutations to the Ush2a gene can also follow a progressive pattern. The potential existence of this temporal window in USH2A patients whose hearing impairment is less severe at birth, but gets worse over time, could allow clinicians to use gene therapy as curative treatment for patients who fall into this category.