Modulación de la actividad de las células ciliadas del órgano de Corti por el sistema eferente olivococlear

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En el órgano de Corti, el epitelio sensorial del sistema auditivo de los mamíferos, las células ciliadas internas (CCIs) transducen los estímulos sonoros a señales eléctricas que son enviadas al sistema nervioso central, mientras que las células ciliadas externas (CCEs) participan del proceso de amp...

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Autor principal: Ballestero, Jimena A.
Otros Autores: Katz, Eleonora
Formato: Tesis doctoral publishedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2011
Materias:
COCLEA
CELULAS CILIADAS
RECEPTORES NICOTINICOS
INERVACION OLIVOCOCLEAR
PLASTICIDAD SINAPTICA DE CORTO TERMINO
COCHLEA
HAIR CELL
NICOTINIC RECEPTOR
OLIVOCOCHLEAR INNERVATION
SHORT TERM SYNAPTIC PLASTICITY
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4938_Ballestero
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description En el órgano de Corti, el epitelio sensorial del sistema auditivo de los mamíferos, las células ciliadas internas (CCIs) transducen los estímulos sonoros a señales eléctricas que son enviadas al sistema nervioso central, mientras que las células ciliadas externas (CCEs) participan del proceso de amplificación y sintonización fina de estos estímulos. La actividad de las CCEs es modulada por una inervación eferente que proviene del tallo cerebral, el sistema olivococlear medial (MOC). Durante el desarrollo, previo al comienzo de la audición, estas fibras eferentes hacen contactos transitorios con las CCIs. En ambos casos, la sinapsis entre las fibras MOC y las células ciliadas es colinérgica, rápida e inhibitoria y está mediada por la activación conjunta del receptor colinérgico nicotínico (nAChR) α9α10 y el canal de potasio SK2. La inervación transitoria a las CCI desaparece completamente luego del comienzo de la audición, así como la expresión de la subunidad α10 y la del canal SK2. En el presente trabajo se estudiaron las características moleculares y funcionales de la sinapsis entre estas fibras MOC y las células ciliadas de la cóclea. Para esto se realizaron registros electrofisiológicos en las CCIs y CCEs presentes en preparaciones del órgano de Corti del ratón en distintos periodos postnatales. En primer lugar, se estudió el rol de la subunidad α10 en las respuestas colinérgicas de las células ciliadas. Se realizó la caracterización biofísica, farmacológica y funcional de estas corrientes en ratones modificados genéticamente que carecían de la subunidad α10 o que la expresaban en forma constitutiva. Se demostró que la subunidad α10 es necesaria para la expresión de las respuestas colinérgicas normales tanto antes como después del comienzo de la audición. Se demostró también que la expresión constitutiva de esta subunidad no es suficiente para mantener las respuestas colinérgicas en las CCIs luego del comienzo de la audición. Estos resultados indican que en este período del desarrollo postnatal, existirían factores que regulan negativamente la expresión funcional del nAChR α9α10 en las CCIs. Por otro lado, se estudiaron las propiedades de la transmisión sináptica entre las fibras MOC y las CCEs mediante la estimulación eléctrica de estas fibras eferentes. Se demostró que la eficacia de la sinapsis MOC-CCEs es muy baja a frecuencias bajas de estimulación (1 Hz) pero que la tasa de respuestas aumenta significativamente al aumentar la frecuencia de estimulación (50-100Hz) debido a la acción conjunta de los procesos de facilitación presináptica y sumación de las corrientes postsinápticas. Esta característica de la sinapsis MOC-CCEs es consistente con la dependencia que presentan las respuestas a nivel del nervio auditivo con la frecuencia de activación del sistema eferente MOC y sugiere que la dinámica de esta sinapsis modula la magnitud del efecto inhibitorio producido por este sistema. Esta hipótesis es sustentada, además, por los resultados obtenidos en ratones que poseen una mutación puntual (L9’T) en la subunidad α9 que le confiere al nAChR α9α10 una ganancia de función, a saber, tiene una afinidad aparente mayor por la acetilcolina y un tiempo de actividad más prolongado. Consistentemente, la cinética de las respuestas sinápticas producidas por estimulación de alta frecuencia en la sinapsis MOC-CCIs de los ratones L9’T resultó significativamente más lenta que la de los ratones salvajes y esto se correlaciona con el cambio en la cinética de inhibición de la función coclear ante la activación del sistema eferente observado in -vivo en estos animales.
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Durante el desarrollo, previo al comienzo de la audición, estas fibras eferentes hacen contactos transitorios con las CCIs. En ambos casos, la sinapsis entre las fibras MOC y las células ciliadas es colinérgica, rápida e inhibitoria y está mediada por la activación conjunta del receptor colinérgico nicotínico (nAChR) α9α10 y el canal de potasio SK2. La inervación transitoria a las CCI desaparece completamente luego del comienzo de la audición, así como la expresión de la subunidad α10 y la del canal SK2. En el presente trabajo se estudiaron las características moleculares y funcionales de la sinapsis entre estas fibras MOC y las células ciliadas de la cóclea. Para esto se realizaron registros electrofisiológicos en las CCIs y CCEs presentes en preparaciones del órgano de Corti del ratón en distintos periodos postnatales. En primer lugar, se estudió el rol de la subunidad α10 en las respuestas colinérgicas de las células ciliadas. Se realizó la caracterización biofísica, farmacológica y funcional de estas corrientes en ratones modificados genéticamente que carecían de la subunidad α10 o que la expresaban en forma constitutiva. Se demostró que la subunidad α10 es necesaria para la expresión de las respuestas colinérgicas normales tanto antes como después del comienzo de la audición. Se demostró también que la expresión constitutiva de esta subunidad no es suficiente para mantener las respuestas colinérgicas en las CCIs luego del comienzo de la audición. Estos resultados indican que en este período del desarrollo postnatal, existirían factores que regulan negativamente la expresión funcional del nAChR α9α10 en las CCIs. Por otro lado, se estudiaron las propiedades de la transmisión sináptica entre las fibras MOC y las CCEs mediante la estimulación eléctrica de estas fibras eferentes. Se demostró que la eficacia de la sinapsis MOC-CCEs es muy baja a frecuencias bajas de estimulación (1 Hz) pero que la tasa de respuestas aumenta significativamente al aumentar la frecuencia de estimulación (50-100Hz) debido a la acción conjunta de los procesos de facilitación presináptica y sumación de las corrientes postsinápticas. Esta característica de la sinapsis MOC-CCEs es consistente con la dependencia que presentan las respuestas a nivel del nervio auditivo con la frecuencia de activación del sistema eferente MOC y sugiere que la dinámica de esta sinapsis modula la magnitud del efecto inhibitorio producido por este sistema. Esta hipótesis es sustentada, además, por los resultados obtenidos en ratones que poseen una mutación puntual (L9’T) en la subunidad α9 que le confiere al nAChR α9α10 una ganancia de función, a saber, tiene una afinidad aparente mayor por la acetilcolina y un tiempo de actividad más prolongado. Consistentemente, la cinética de las respuestas sinápticas producidas por estimulación de alta frecuencia en la sinapsis MOC-CCIs de los ratones L9’T resultó significativamente más lenta que la de los ratones salvajes y esto se correlaciona con el cambio en la cinética de inhibición de la función coclear ante la activación del sistema eferente observado in -vivo en estos animales. In the Organ of Corti, the sensory epithelia of the of the mammalian auditory system, inner hair cells (IHCs) transduce sound stimuli into electrical signals that are conveyed to the central nervous system, while outer hair cells (OHCs) participate in the amplification y fine tuning of these stimuli. OHC’s activity is modulated by an efferent innervation that projects from the brainstem, the medial olivocochlear system (MOC). During development, before the onset of hearing, these efferent fibers make transient contacts with the IHCs. In both cases the synapse between the MOC fibers y the hair cells is cholinergic, fast y inhibitory y is mediated by the combined activation of the α9α10 cholinergic nicotinic receptor (nAChR) y the SK2 potassium channel. The transient innervation to the IHCs completely disappears after the onset of hearing, as does the expression of the α10 subunit y the SK2 channel. In the present work we studied the functional y molecular characteristics of the synapse between the MOC fibers y the hair cells. To accomplish this, electrophysiological recordings were carried out in IHCs y OHCs present in acutely isolated organs of Corti from mice at different postnatal ages. First, we studied the role of the α10 subunit in the hair cell’s cholinergic responses. A biophysical, pharmacological y functional characterization of these currents was carried out in genetically modified mice that either lacked the α10 subunit or expressed it constitutively. It was demonstrated that the α10 subunit is necessary for the expression of normal cholinergic currents both before y after the onset of hearing. It was also shown that the constitutive expression of this subunit is not sufficient to maintain cholinergic responses in IHCs after the onset of hearing. These results indicate that in this period of postnatal development, there might be factors that down-regulate the functional expression of the α9α10 nAChR in the IHCs. In addition, the properties of synaptic transmission between the MOC fibers y the OHCs were studied by electrical stimulation of the efferent fibers. It was demonstrated that the synaptic efficacy of the MOC-OHC synapse is very low at low stimulation frequencies (1 Hz) but that the response rate increases significantly when the stimulation frequency is increased (50-100 Hz), due to the combined effect of presynaptic facilitation y summation of the postsynaptic currents. This characteristic of the MOC-OHC synapse is consistent with the dependence of the auditory nerve responses with the frequency of activation of the MOC efferent system y suggests that the dynamics of this synapse modulates the magnitude of the inhibitory effect exerted by this system. This hypothesis is further supported by the results obtained using mice that bear a point mutation in the α9 subunit (L9’T) that confers a gain of function to the α9α10 nAChR, namely, an increased affinity for acetylcholine y a longer period of activity. Consistently, the kinetics of the synaptic responses evoked by high frequency stimulation at the MOC-IHC synapse in the L9’T mice was significantly slower than that of the wild type mice. This is in agreement with the change in the kinetics of cochlear function inhibition by the efferent system observed in-vivo. Fil: Ballestero, Jimena A.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales 2011 info:eu-repo/semantics/doctoralThesis info:ar-repo/semantics/tesis doctoral info:eu-repo/semantics/publishedVersion application/pdf spa info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4938_Ballestero

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