Mécanotransduction des cellules ciliées

La mécanotransduction est l'étape au cours de laquelle les cellules ciliées convertissent un mouvement mécanique en un signal électrique. Chaque cellule ciliée porte un faisceau de stéréocils liés à leurs extrémités ; lorsque le son défléchit le faisceau, les liens apicaux (tip links) ouvrent des canaux ioniques à déclenchement mécanique, permettant au courant de circuler et modifiant le potentiel de membrane de la cellule. Cette conversion, achevée en quelques microsecondes, est ce qui rend l'audition rapide et sensible.

Definition

La mécanotransduction des cellules ciliées est le processus par lequel la déflexion du faisceau de stéréocils met en tension les liens apicaux (tip links) qui activent des canaux ioniques mécanosensibles, convertissant ainsi une stimulation mécanique en un potentiel récepteur.

Scope

Ce sujet couvre la machinerie moléculaire et biophysique de la transduction mécanoélectrique des cellules ciliées : le faisceau de stéréocils, les liens apicaux (tip links), le canal de mécanotransduction, l'activation (gating) et l'adaptation, et comment la transduction alimente l'amplificateur cochléaire. Bien que le descripteur MeSH mentionne les cellules ciliées vestibulaires, la machinerie de transduction décrite ici est partagée par les cellules ciliées auditives (cochléaires) et vestibulaires et est présentée pour son rôle dans l'audition. Cette entrée est à visée de référence et éducative et ne constitue pas un guide pour le diagnostic ou le traitement de la pathologie des cellules ciliées.

Core questions

• Comment la déflexion du faisceau de stéréocils ouvre-t-elle les canaux de transduction ?
• Quel est le rôle des liens apicaux (tip links) dans l'activation ?
• Comment l'adaptation réinitialise-t-elle la sensibilité et étend-elle la plage dynamique ?
• Comment la transduction alimente-t-elle l'amplificateur cochléaire basé sur les cellules ciliées externes ?

Key concepts

• Faisceau de stéréocils
• Liens apicaux (tip links)
• Canal de mécanotransduction (MET)
• Modèle du ressort d'activation (gating spring)
• Potentiel récepteur (de transduction)
• Adaptation rapide et lente
• Dépendance de l'adaptation au calcium
• Couplage à l'électromotilité des cellules ciliées externes (prestine)

Mechanisms

Les stéréocils au sein d'un faisceau sont de hauteur graduée et sont reliés près de leurs extrémités par de fins liens apicaux (tip links). Le mouvement de la cloison cochléaire, induit par le son, défléchit le faisceau vers son bord le plus haut, augmentant la tension dans les liens apicaux et ouvrant les canaux de mécanotransduction à leurs extrémités inférieures ; des cations, dont le calcium, entrent et dépolarisent la cellule, produisant un potentiel récepteur en quelques microsecondes (Vollrath, Kwan, & Corey, 2007). Le calcium entrant dans le canal entraîne l'adaptation, un processus rapide et un processus plus lent qui réinitialise la sensibilité du canal, maintient le transducteur dans sa plage de fonctionnement et contribue à l'accord fréquentiel (Fettiplace & Fuchs, 1999). Dans les cellules ciliées externes, le changement de tension résultant entraîne des modifications de longueur basées sur la prestine, réinjectant de l'énergie mécanique dans l'onde propagée en tant qu'amplificateur cochléaire (Zheng et al., 2000; Pickles, 2012).

Clinical relevance

Étant donné que la transduction dépend de l'intégrité des faisceaux de stéréocils et des liens apicaux (tip links), les dommages à ces structures dus au bruit ou à d'autres agressions peuvent altérer l'audition, et la machinerie partagée relie les fonctions sensorielles auditives et vestibulaires. Cette entrée décrit la transduction normale à des fins de référence et d'éducation et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

History

Les travaux biophysiques de la fin du XXe siècle ont établi que la transduction des cellules ciliées est à déclenchement mécanique et rapide, conduisant aux modèles des liens apicaux (tip links) et du ressort d'activation (gating spring). Parallèlement, les études moléculaires des années 2000 ont commencé à identifier les composants de l'appareil de transduction et de l'adaptation, une synthèse examinée par Vollrath, Kwan, et Corey (2007).

Key figures

• David P. Corey
• Robert Fettiplace
• Melissa A. Vollrath
• Peter Dallos

Seminal works

• vollrath-kwan-corey-2007
• fettiplace-fuchs-1999

Frequently asked questions

Qu'est-ce qui ouvre les canaux de transduction de la cellule ciliée ?

La déflexion du faisceau de stéréocils augmente la tension dans les liens apicaux (tip links) reliant les stéréocils adjacents, et cette tension ouvre mécaniquement les canaux de mécanotransduction.

Pourquoi la mécanotransduction est-elle importante pour l'audition ?

C'est l'étape qui transforme la vibration mécanique du son en potentiel récepteur électrique de la cellule ciliée, et elle le fait suffisamment rapidement pour suivre les sons en évolution rapide.