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Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Ce manuscrit décrit un protocole expérimental pour évaluer les caractéristiques morphologiques et l'état fonctionnel des synapses de ruban chez les souris normales. Le modèle actuel convient également aux modèles à synaptopathie cochléaire induits par le bruit et liés à l'âge. Les résultats corrélatifs des études précédentes de souris sont également discutés.
Les cellules ciliées intérieures cochléaires (IHC) transmettent des signaux acoustiques aux neurones de ganglion en spirale (SGN) par des synapses de ruban. Plusieurs études expérimentales ont indiqué que les synapses de cellules capillaires peuvent être les cibles initiales dans la perte d'audition neuro-sensorielle (SNHL). Ces études ont proposé le concept de « synaptopathie » cochléaire, qui se réfère aux altérations du nombre, de la structure ou de la fonction de synapse de ruban qui ont comme conséquence la transmission synaptique anormale entre iHCs et SGNs. Bien que la synaptopathie cochléaire soit irréversible, elle n'affecte pas le seuil auditif. Dans les modèles expérimentaux induits par le bruit, des dommages limités aux synapses du CSI dans certaines régions de fréquence sont utilisés pour identifier les facteurs environnementaux qui causent spécifiquement la synaptopathie, ainsi que les conséquences physiologiques de déranger cette oreille interne. circuit. Ici, nous présentons un protocole pour analyser la morphologie synaptique cochléaire et fonctionner à une région de fréquence spécifique chez les souris adultes. Dans ce protocole, la localisation cochléaire des régions de fréquence spécifiques est effectuée à l'aide de cartes de fréquence synaptique en conjonction avec des données de cochléogramme, après quoi les caractéristiques morphologiques des synapses de ruban sont évaluées par l'intermédiaire synaptique Immunomarquage. L'état fonctionnel des synapses de ruban est alors déterminé basé sur les amplitudes de la réponse auditive de tronc cérébral (ABR) vague I. Le présent rapport démontre que cette approche peut être utilisée pour approfondir notre compréhension de la pathogénie et des mécanismes du dysfonctionnement synaptique dans la cochlée, qui peut aider au développement de nouvelles interventions thérapeutiques.
Les fréquences de l'ordre d'environ 20'u201220,000 Hz peuvent être perçues comme des stimuli auditifs par les humains. L'audition humaine est normalement plus sensible près de 1 000 Hz, où le niveau moyen de pression sonore est de 20 degrés Pa chez les jeunes adultes (c.-à-d. 0 décibels de niveau de pression sonore [dB SPL]). Dans certaines conditions pathologiques, la perte auditive est limitée à des fréquences spécifiques. Par exemple, dans les premiers stades de la perte auditive causée par le bruit (NIHL), une « encoche » (c.-à-d. l'élévation du seuil auditif) peut être observée dans l'audiogramme à 4 kHz1. Le long de la partition cochléaire des mammifères, ses gradations de rigidité et de masse produisent une carte de fréquence exponentielle, avec détection sonore à haute fréquence à la base de la cochlée et détection à basse fréquence au sommet2. En effet, il existe une carte cochléaire de la fréquence des lieux le long de la membrane basilaire, menant à ce qu'on appelle l'organisation tonotopic2,3. Chaque endroit donné sur la membrane basilaire a la plus grande sensibilité à une seule fréquence sonore particulière, qui est généralement appelée la fréquence caractéristique3,4, bien que des réponses à d'autres fréquences peuvent également être observées.
À ce jour, divers modèles de souris ont été utilisés pour étudier la fonction normale, les processus pathologiques et l'efficacité thérapeutique dans le système auditif. La connaissance précise des paramètres physiologiques dans la cochlée de souris est une condition préalable à de telles études de la perte auditive. La cochlée de souris est anatomiquement divisée en tours apaïques, moyens et basaux, qui correspondent à différentes régions de fréquence. En étiquetant les afferents de nerf auditif au noyau cochléaire pour analyser leurs emplacements périphériques correspondants d'innervation dans la cochlée,M. et autres ont réussi à établir la carte cochléaire de lieu-fréquence dans la souris normale in vivo 5. Dans l'intervalle de 7,2 à 61,8 kHz, ce qui correspond à des positions comprises entre 90 % et 10 % de la longueur complète de la membrane basilaire, la carte cochléaire de la fréquence cochléaire de la souris peut être décrite par une simple fonction de régression linéaire, suggérant une relation entre les distance normalisée de la base cochléaire et du logarithme de la fréquence caractéristique5. Chez les souris de laboratoire, la carte place-fréquence peut être utilisée pour explorer la relation entre les seuils auditifs dans des plages de fréquences spécifiques et les cochléogrammes montrant le nombre de cellules ciliées manquantes dans les régions relatives le long de la membrane basilaire6. Fait important, la carte place-fréquence fournit un système de positionnement pour l'étude des dommages structurels minimaux, tels que des dommages aux synapses de ruban des cellules de cheveux à des endroits spécifiques de fréquence cochléaire chez les souris avec le trauma auditif périphérique7 ,8.
Dans la cochlée des mammifères, les synapses de ruban sont composées d'un ruban présynaptique, d'une projection dense d'électrons qui attache un halo de vésicules synaptiques prêtes à libérer contenant du glutamate au sein du CSI, et d'une densité postsynaptique sur le terminal nerveux du SGN avec des récepteurs de glutamate9. Pendant la transduction cochléaire de bruit, la déviation du faisceau de cellules de cheveux a comme conséquence la dépolarisation d'IHC, qui mène à la libération de glutamate des IHCs sur les bornes afferents postsynaptic, activant de ce fait la voie auditive. L'activation de cette voie conduit à la transformation des signaux mécaniques induits par le son en un code de taux dans le SGN10. En effet, la synapse ruban IHC est hautement spécialisée pour la transmission sonore infatigable à des taux de centaines de Hertz avec une haute précision temporelle, et est d'une importance critique pour les mécanismes presynaptiques de codage sonore. Des études antérieures ont révélé que les synapses de ruban varient considérablement en taille et en nombre à différentes régions de fréquence dans la cochlée adulte de souris11,12, reflétant probablement l'adaptation structurale au codage sonore particulier pour besoins de survie. Récemment, des études expérimentales sur les animaux ont démontré que la synaptopathie cochléaire contribue à de multiples formes de déficiences auditives, y compris la perte auditive causée par le bruit, la perte auditive liée à l'âge et la perte auditive héréditaire13, 14. Ainsi, les méthodes d'identification des changements corrélés dans le nombre, la structure et la fonction synaptiques à des régions de fréquence spécifiques ont été de plus en plus employées dans les études du développement auditif et de la maladie de l'oreille interne, utilisant des modèles générés par l'intermédiaire manipulation expérimentale des variables génétiques ou environnementales15,16,17.
Dans le rapport actuel, nous présentons un protocole pour analyser le nombre synaptique, la structure, et la fonction à une région spécifique de fréquence de la membrane basilaire chez les souris adultes. La localisation de la fréquence cochléaire est effectuée à l'aide d'une carte de fréquence de lieu donnée en combinaison avec un cochléogramme. Les caractéristiques morphologiques normales des synapses de ruban cochléaire sont évaluées par immunostaining presynaptic et postsynaptic. L'état fonctionnel des synapses de ruban cochléaire est déterminé en fonction des amplitudes supraseuils de l'onde I de l'ABR. Avec des altérations mineures, ce protocole peut être utilisé pour examiner les conditions physiologiques ou pathologiques dans d'autres modèles animaux, y compris les rats, les cobayes et les gerbilles.
Toutes les procédures ont été effectuées conformément au Guide du CNRC/ILAR pour l'entretien et l'utilisation des animaux de laboratoire (8e édition). Le protocole d'étude a été approuvé par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux de l'Université médicale de la capitale, Beijing, Chine.
1. Sélection des animaux
2. Évaluation auditive
3. Traitement des tissus cochléaires
4. Staining immunofluorescence
5. Évaluation morphologique des synapses de ruban cochléaire
6. Évaluation fonctionnelle des synapses de ruban cochléaire
Des essais auditifs d'ABR ont été exécutés pour 10 souris de C57BL/6J (8 semaines d'âge) sous l'anesthésie. Les APR ont été obtenus à l'aide de stimuli de tonalité à 4, 8, 16, 32 et 48 kHz. Le seuil auditif de chaque animal a été détecté visuellement en distinguant au moins une forme d'onde claire dans l'ABR. Toutes les souris ont exhibé des seuils d'ABR en réponse aux éclats de tonalité, s'étendant entre 25 et 70 dB SPL selon la fréquence du stimulus. Nos résultats ont indiqué que le seuil d'audit...
Depuis la synaptopathie cochléaire a d'abord été caractérisée chez les souris adultes avec un changement de seuil temporaire (TTS) induit par 8-u201216 kHz bruit de bande d'octave à 100 dB SPL pour 2 h31, les chercheurs ont de plus en plus étudié les effets de la synaptopathie dans divers mammifères, y compris les singes et les humains32,33. En plus de l'exposition au bruit, plusieurs autres affections ont été associées à la s...
Les auteurs n'ont aucun conflit d'intérêts à divulguer.
Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China (81770997, 81771016, 81830030); le projet de financement conjoint de la Fondation des sciences naturelles de Beijing et du Comité de l'éducation de Beijing (KZ201810025040); la Fondation des sciences naturelles de Beijing (7174291); et la China Postdoctoral Science Foundation (2016M601067).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ketamine hydrochloride | Gutian Pharmaceutical Co., Ltd., Fujian, China | H35020148 | 100 mg/kg |
Xylazine hydrochloride | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | X-1251 | 10 mg/kg |
TDT physiology apparatus | Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL, USA | Auditory Physiology System III | |
SigGen/BioSig software | Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL, USA | Auditory Physiology System III | |
Electric Pad | Pet Fun | 11072931136 | |
Dumont forceps 3# | Fine Science Tools, North Vancouver, B.C., Canada | 0203-3-PO | |
Dumont forceps 5# | Fine Science Tools, North Vancouver, B.C., Canada | 0209-5-PO | |
Stereo dissection microscope | Nikon Corp., Tokyo, Japan | SMZ1270 | |
Goat serum | ZSGB-BIO, Beijing,China | ZLI-9021 | |
Anti-glutamate receptor 2, extracellular, clone 6C4 | Millipore Corp., Billerica, MA, USA | MAB397 | mouse |
Purified Mouse Anti-CtBP2 | BD Biosciences, Billerica, MA, USA | 612044 | mouse |
Alexa Fluor 568 goat anti-mouse IgG1antibody | Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA | A21124 | goat |
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG2a antibody | Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA | A21131 | goat |
Mounting medium containing DAPI | ZSGB-BIO, Beijing,China | ZLI-9557 | |
Confocal fluorescent microscopy | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | TCS SP8 II | |
Image Pro Plus software | Media Cybernetics, Bethesda, MD, USA | version 6.0 | |
Professional diagnostic pocket otoscope | Lude Medical Apparatus and Instruments Trade Co., Ltd., Shanghai,China | HS-OT10 | |
Needle electrode | Friendship Medical Electronics Co., Ltd., Xi'an,China | 1029 | 20 mm, 28 G |
Closed-field speaker | Tucker-Davis Technologies, Alachua, FL, USA | CF1 |
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