Auswirkungen eines Schalltraumas auf das Hörvermögen von Mäusen mit modifiziertem Cav1.3-Calciumkanal (Cav1.3DCRDHA/HA) in Haarsinneszellen

Abstract

Der versteckte Hörverlust bezeichnet die Tatsache, dass ein akustisches Trauma, das eine temporäre (TTS), aber keine permanente Schwellenverschiebung (PTS) erzeugt, das Gehör dennoch irreversibel schädigen kann. Das Trauma zerstört einen Teil der Synapsen der inne- ren Haarzellen (IHZ), wodurch ein Teil jener Hörnervenfasern nicht mehr funktional ist, die für die Hörschwelle nicht relevant sind. In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen eines Schall- traumas (Breitbandrauschen 8 - 16 kHz mit 100 dB SPL für 2 h) auf Wildtyp-Mäuse (C57BL/6N) und Cav1.3DCRDHA/HA-Mäuse (Knock-In-Mäuse mit einer Modifizierung des Cav1.3-Ca2+-Ka- nals auf C57Bl6/N-Hintergrund), kurz HA-Maus, untersucht. Der Maximalstrom an Ca2+-Ionen, der durch Cav1.3-Ca2+-Kanäle in die IHZ der HA-Mäuse fließt, ist um 30 % erhöht (Scharinger et al., 2015). Daraus resultierte die Hypothese, dass aufgrund von Calcium-Toxizität die HA- Mäuse empfindlicher auf das Schalltrauma reagieren. Die Fragestellung dieser Arbeit war, ob HA-Mäuse im Vergleich zu Wildtyp (WT)-Mäusen aufgrund der Cav1.3-Kanal-Manipulation vor der Vertäubung veränderte Hörschwellen haben und ob sie nach der Vertäubung veränderte TTS, PTS oder Summenaktivität der Hörnervenfasern zeigen. Zunächst wurden die Methode der Hörmessungen und die Vertäubungsmethode an 4 WT-Tieren im Labor etabliert. Das Hör- vermögen der Mäuse wurde durch die Messung akustisch evozierter Potentiale (ABR- Messungen) vor und zu verschiedenen Zeitpunkten nach Trauma bestimmt. Vor dem Trauma zeigten WT- und HA-Mäuse im Alter von 12 Wochen keine relevant unterschiedlichen Klick- oder frequenzspezifischen Hörschwellen. Ein Trauma von 100 dB SPL, 8 – 16 kHz für 2 h erzeugte eine frequenzabhängige TTS bei WT- und bei HA-Tieren v.a. im Hochtonbereich, wobei die akute Schwellenerhöhung bei HA-Tieren größer als bei WT-Tieren war. Die Rege- neration der Hörschwellen verlief bei HA-Tieren jedoch etwas besser als bei WT-Tieren. Vier Wochen nach dem Trauma zeigten WT-Mäuse eine PTS bei 22, 32 und 45 kHz. Im Gegensatz dazu trat eine PTS der HA-Mäuse nur bei 32 kHz und 45 kHz auf und fiel geringer aus. Die Amplitude der ABR-Welle I nahm bei 22 kHz bei den WT-Tieren am Tag 28 gegenüber Tag - 2 signifikant ab, ein Zeichen für den versteckten Hörverlust bzw. die cochleäre Synaptopathie. Die Reduktion der Welle I-Amplitude war bei den HA-Tieren deutlich geringer. Die Hypothese, dass die HA-Tiere aufgrund des höheren Ca2+-Einstroms in die IHZ langfristig einen stärkeren Traumaschaden erleiden, muss daher verworfen werden. Im Gegenteil, die HA-Tiere wurden durch das Trauma in Bezug auf PTS und ABR-Amplitudenreduktion weniger beeinträchtigt. Vermutlich war die zusätzliche Ca2+-Belastung der IHZ von HA-Tieren nach dem 100 dB SPL-Trauma noch in einem moderaten Rahmen, in dem Ca2+-abhängige Signal- kaskaden zu effizienteren Reparaturprozessen als in WT-Tieren führten.

An acoustic trauma, which causes a temporary (TTS) but not a permanent threshold shift (PTS) can nevertheless irreversibly impact hearing, which is called hidden hearing loss. The trauma destroys part of the synapses of inner hair cells (IHC), which leads to functional loss of part of auditory nerve fibers that are not relevant for the hearing threshold. This thesis evaluates the consequences of a noise trauma (white noise 8 -16 kHz at 100 dB SPL for 2 h) on wildtype mice (C57BL/6N) and on Cav1.3DCRDHA/HA mice (knock-in mice with a modified Cav1.3 Ca2+ channel on C57BL/6N background), in short HA mouse. In HA mice, the maximum current of Ca2+ ions flowing through Cav1.3 Ca2+ channels into IHCs is increased by 30 % (Scharinger et al., 2015). Therefore, we hypothesized that due to Ca2+ excitotoxicity HA mice would respond more vulnerable to a noise trauma. The aims of this thesis were to find out whether HA mice due to manipulation of the Cav1.3 channel had altered hearing thresholds before trauma and if they showed different TTS, PTS or summed activity of auditory nerve fibers after trauma compared with wildtype (WT) mice. First, the methods of hearing measurements and noise trauma application had to be estab lished in the laboratory using 4 WT mice. Hearing performance was assessed by measuring acoustically evoked potentials (ABR measurements) before and at various time points after trauma. Before trauma, WT and HA mice aged 12 weeks did not show any relevant differences in hearing thresholds determined by click- and frequency-ABR. A trauma of 100 dB SPL, 8 – 16 kHz for 2 h elicited a frequency-dependent TTS in both WT and HA-mice mostly in the high frequency region, with the acute TTS of HA mice being larger than in WT mice. Regeneration of hearing thresholds however was slightly better in HA compared with WT mice. Four weeks after the trauma, WT mice showed a PTS at 22, 32 and 45 kHz. In contrast, the PTS of HA mice appeared only at 32 and 45 kHz and moreover was smaller. The amplitude of ABR wave I at 22 kHz was significantly reduced in WT mice on day 28 compared with day -2 indicating hidden hearing loss. In HA mice, the reduction of the amplitude of wave I was less pronounced. In conclusion, HA animals did not suffer from a more pronounced damage after trauma despite their increased Ca2+ current into IHCs. On the contrary, HA mice showed milder consequences of the noise trauma with respect to both PTS and reduction of ABR amplitudes. We suggest that the additional Ca2+ load of IHCs in HA mice caused by the 100 dB SPL trauma was in a moderate range that triggered Ca2+-dependent signaling cascades and more efficient repair processes than in WT animals.