Please use this identifier to cite or link to this item: doi:10.22028/D291-27864
Title: Die Rolle der α2δ2-Untereinheit spannungsgesteuerter Calciumkanäle (Cacna2d2) bei genetisch bedingter Schwerhörigkeit von Mäusen
Author(s): Stehle, Iris A.
Language: German
Year of Publication: 2017
Place of publication: Homburg/Saar
SWD key words: Calciumkanal
Maus
Schwerhörigkeit
DDC notations: 610 Medicine and health
Publikation type: Doctoral Thesis
Abstract: Einleitung Die inneren Haarzellen in der Cochlea des Innenohres wandeln die mechanische Energie einer Schallwelle in ein neuronales Signal um, welches über den Hörnerven und die zentrale Hörbahn an den auditorischen Kortex weitergeleitet wird. An der Ribbon-Synapse zwischen innerer Haarzelle und Hörnerv sind spannungsabhängige Calciumkanäle essentiell für die Exozytose des Neurotransmitters Glutamat. Die sog. „ducky“ (du)-Mutation im murinen Cacna2d2-Gen führt zur Bildung eines verkürzten Proteins der α2δ2-Untereinheit spannungsabhängiger Calciumkanäle. In elektrophysiologischen Ableitungen an inneren Haarzellen von Cacna2d2du/du-Mäusen zeigten sich im Vergleich zu gesunden Wildtyp-Geschwistertieren (Cacna2d2wt/wt) ein um ca. 30% reduzierter Calciumeinstrom in die Zelle, eine zu positiven Werten hin verschobene Strom-Spannungskurve für Calciumionen sowie eine verminderte Exozytoserate. Die Auswirkungen dieser Befunde auf den auditorischen Phänotyp der „ducky“-Mäuse waren bislang nicht bekannt. Das Hauptziel der vorliegenden Dissertation war es daher, die Rolle der α2δ2-Untereinheit im spannungsabhängigen Calciumkanal für das Hörvermögen bei Mäusen zu klären. Material und Methoden Hierzu wurde der auditorische Phänotyp von Cacna2d2du/du-Mäusen (n = 8 Tiere) mit dem gesunder Wildtyp-Geschwistertiere (Cacna2d2wt/wt; n = 9 Tiere) anhand von folgenden Untersuchungen in Narkose verglichen: (i.) Hirnstammaudiometrie (ABR = auditory brainstem response) für click- (click-ABR) und frequenzspezifische Reize von 2 bis 45,25 kHz (f-ABR) und (ii.) Distorsionsprodukt-otoakustische Emissionen (DPOAEs) von 10 bis 18 kHz. Ergebnisse Die click-ABR-Hörschwelle der Cacna2d2du/du-Mäuse (n = 15 Ohren / 8 Tiere) war im Vergleich zu den Wildtyp-Kontrollen (n = 16 Ohren / 8 Tiere) signifikant erhöht: 33,00 ± 12,93 dB SPL vs. 14,69 ± 2,78 dB Schalldruckpegel (SPL; zweiseitiger t-Test für unverbundene Stichproben: p < 0,0001). In der Wachstumsfunktion der click-ABR-Welle I, einem Maß für die Integrität der Synapse zwischen innerer Haarzelle und Hörnerv, zeigten sich für die „ducky“-Mäuse niedrigere Amplituden (zweiseitige ANOVA: p = 0,0032). Bei der frequenzspezifischen Hirnstammaudiometrie (f-ABR) wurde ebenfalls eine schlechtere Hörschwelle für die ducky-Tiere (n = 14 Ohren / 7 Tiere) im Vergleich zu den Wildtyp-Geschwistertieren (n = 16 Ohren / 8 Tiere) ermittelt (zweiseitige ANOVA: p < 0,0001). Der Effekt war mit ca. 15 dB Unterschied am stärksten zwischen 11,3 und 22,6 kHz ausgeprägt (zweiseitige ANOVA mit Bonferroni-post-hoc-Korrektur hier jeweils mit p ≤ 0,01). Der DPOAE-Pegel im Bereich zwischen 10 und 18 kHz war bei den ducky-Tieren (n = 8 Ohren / 4 Tiere) im Durchschnitt um 7 dB erhöht als bei den Wildtypen (n = 6 Ohren / 3 Tiere): 28,93 ± 2,83 dB über dem Hintergrundrauschen (SNR) vs. 21,9 ± 3,66 dB SNR (zweiseitiger t-Test für unverbundene Stichproben: p = 0,0016). Diskussion und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sprechen für eine modulierende Rolle der α2δ2-Untereinheit für die Funktion spannungsgesteuerter Calciumkanäle in der Cochlea. Die schlechteren Hörschwellen und die reduzierten Amplituden der ABR-Welle I bei den ducky-Tieren lassen sich durch den geringeren Ca2+-Einstrom und die Verschiebung der Strom-Spannungs-Kurve zu positiven Potentialen in Ca2+-Kanälen mit der mutierten α2δ2-Untereinheit erklären. Die höheren DPOAE-Pegel weisen hingegen auf eine erhöhte Aktivität der äußeren Haarzellen bei den ducky-Mäusen hin, möglicherweise durch eine geringere Aktivierung des olivocochleären Bündels, welches über einen inhibitorischen Feedbackmechanismus die Aktivität der äußeren Haarzellen hemmt.
Introduction The inner hair cells of the cochlea transform mechanical energy of a sound wave into a neuronal signal, which is transmitted to the auditory cortex via the auditory nerve and the central auditory pathways. Voltage-gated calcium channels at the ribbon synapse between the inner hair cell and the auditory nerve are essential for the exocytosis of the neurotransmitter glutamate. The “ducky” (du) mutation of the Cacna2d2 gene results in translation of a truncated α2δ2 subunit protein of voltage-gated calcium channels. Patch-clamp recordings from inner hair cells of Cacna2d2du/du mice resulted in a 30% reduction of calcium currents, a rightward shift of voltage-current (I-V) curves for Ca2+ and reduced exocytosis rates as compared to inner hair cells from their wildtype littermates (Cacna2d2wt/wt). The significance of these findings for the auditory phenotype of ducky mice has been elusive so far. Therefore, the aim of the present study was to identify the role of the α2δ2 subunit of voltage-gated calcium channels in hearing function of mice. Materials and methods The auditory phenotypes of Cacna2d2du/du (n = 8 animals) and Cacna2d2wt/wt mice (n = 9 animals) were compared to each other by (i.) auditory brainstem responses (ABR) for click and frequency-specific stimuli from 2 to 45.25 kHz (click- and f-ABR) and (ii.) distortion product otoacoustic emissions (DPOAEs) from 10 to 18 kHz. Results Click-ABR thresholds of Cacna2d2du/du mice (n = 15 ears / 8 animals) were significantly elevated compared to those of wildtype animals (n = 16 ears / 8 animals): 33.00 ± 12.93 dB SPL (sound pressure level) vs. 14.69 ± 2.78 dB SPL (two-sided t-test for independent samples: p < 0.0001). Growth functions of click-ABR wave I, which reflects functional integrity of the inner hair cell synapse, showed reduced amplitudes for ducky animals (two-sided ANOVA: p = 0.0032). Frequency-specific ABR thresholds were increased for Cacna2d2du/du mice (n = 14 ears / 7 animals) as compared to Cacna2dwt/wt mice (two-sided ANOVA: p < 0.0001). This effect was particularly pronounced for frequencies between 11.3 and 22.6 kHz (max. 15 dB; two-sided ANOVA with Bonferroni post hoc test: p ≤ 0.01 for these frequencies). Finally, DPOAE amplitudes were on average 7 dB larger for ducky animals (n = 8 ears / 4 animals) than for wildtype mice (n = 6 ears / 3 animals): 28.93 ± 2.83 dB SNR (signal-to-noise ratio) vs. 21.9 ± 3.66 dB SNR (two-sided t-test for independent samples: p = 0.0016). Discussion and conclusion The results of the present study advocate a modulatory role of the α2δ2 subunit in the function of cochlear voltage-gated calcium channels. Reduced Ca2+ currents and the rightward shift of Ca2+ I-V curves in the inner hair cells of ducky mice are able to account for increased hearing thresholds and reduced ABR wave I amplitudes in these animals. On the contrary, enlarged DPOAE amplitudes in Cacna2d2du/du mice point to an increased activity of outer hair cells in the mutant mice, which might be due to a reduced activation of the inhibitory feedback loop of the medial olivocochlear bundle.
Link to this record: urn:nbn:de:bsz:291--ds-278644
hdl:20.500.11880/28042
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27864
Advisor: Schick, Bernhard
Date of oral examination: 21-Sep-2018
Date of registration: 10-Oct-2019
Faculty: M - Medizinische Fakultät
Department: M - Hals-Nasen-Ohrenheilkunde
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