Étude du rôle du complexe Elongator dans le développement de l'oreille interne

L’oreille interne est constituée de l’appareil vestibulaire, responsable de l’équilibre, et de la cochlée, siège de l’audition. Au sein de la cochlée, les cellules sensorielles -également nommées cellules ciliées- garantissent la perception et la transmission du son vers les neurones du nerf auditif -ou neurones du ganglion spiral-, premier relais de la voie auditive. Une atteinte affectant ces deux types cellulaires, les cellules ciliées et/ou les neurones, mène irrémédiablement à une perte d’audition. Selon l’Organisation Mondiale de la Santé, près de 360 millions de personnes dans le monde souffrent de déficience auditive incapacitante, ce qui équivaut à plus de 5% de la population mondiale. De plus, après 65 ans, environ un tiers des personnes présente une déficience auditive incapacitante. À l’heure actuelle, il n’existe malheureusement aucun traitement capable de ralentir ou d’empêcher la perte de l’audition. L’étude des mécanismes régissant le développement embryonnaire pourrait se révéler déterminante afin d’identifier des nouvelles stratégies thérapeutiques susceptibles de préserver voire même de restaurer l’audition chez les personnes sourdes ou malentendantes.Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés aux rôles du complexe Elongator dans le développement de l’oreille interne murine, et ce d’un point de vue phénotypique, cellulaire et moléculaire. Elongator est un complexe multi-protéique, structurellement et fonctionnellement conservé entre les espèces, et qui contrôle une grande variété d’activités cellulaires. Il a été montré que ce complexe est impliqué dans l’acétylation et la démethylation de plusieurs substrats nucléaires et cytoplasmiques, ainsi que dans la régulation de l’élongation traductionnelle des protéines. Chez l’homme, les sous-unités d’Elongator sont impliquées dans diverses maladies neurodégénératives, ce qui place le complexe au centre d’un intérêt clinique indéniable. Afin d’étudier l’impact d’Elongator dans le développement précoce et tardif de l’oreille interne nous avons invalidé de façon conditionnelle Elp3, la sous-unité catalytique du complexe, très tôt dans la vésicule otique (souris Elp3 cKO). Nous avons démontré que l’absence d’Elp3 dans cet organe entraîne des désordres vestibulaires, ainsi qu’une surdité sévère. Nous avons relevé des anomalies développementales touchant aussi bien les neurones du ganglion spiral que les cellules ciliées cochléaires, les deux acteurs majeurs impliqués dans la fonction auditive. En effet, nous avons constaté des défauts de polarité au sein des cellules ciliées, ainsi qu’une ciliogenèse perturbée, suggérant qu’Elp3 joue un rôle crucial dans ces processus. Parallèlement, nous avons mis en évidence un niveau d’apoptose accru et une perte neuronale massive dans les ganglions cochléaire et vestibulaire des souris Elp3 cKO. Nos résultats suggèrent que les mécanismes moléculaires impliqués dans la mort des neurones otiques impliqueraient potentiellement une augmentation du stress oxydatif et l’accumulation de protéines mal formées, déclenchant une réponse spécifique menant à l’apoptose. Néanmoins, des expériences supplémentaires sont nécessaires afin d’approfondir la caractérisation des évènements moléculaires responsables de la surdité et des pertes d’équilibre chez les souris déficientes pour le complexe Elongator. Plus tardivement au cours du développement cochléaire, nous avons montré qu’Elp3 contribue à l’établissement d’un profil d’innervation adéquat et demeure nécessaire à l’intégrité structurelle et fonctionnelle des neurones du ganglion spiral.En conclusion, nous avons prouvé que le complexe Elongator est impliqué dans le développement embryonnaire des deux organes de l’oreille interne, jouant un rôle décisif dans l’équilibre et la fonction auditive./The inner ear is composed of the vestibular system, responsible for balance, and the cochlea, housing the organ of hearing. Within the cochlea, sensory cells -also known as hair cells- ensure the perception and sound transmission to the auditory neurons -or spiral ganglion neurons-, which constitute the first relay of the auditory pathway. A damage affecting these cells types, hair cells and/or neurons, leads irreversibly to hearing loss. According to the World Health Organisation, approximately 360 millions of people worldwide experience profound hearing impairment, which represents more than 5% of human population. Moreover, one third of people over 65 years old display hearing disability. Unfortunately, at present, there is no treatment able to prevent hearing loss. Therefore, improving our knowledge about the factors involved in the development or the inner ear is instrumental to identify innovative therapeutic strategies to preserve or restore audition.Throughout this work, we focused our attention on the roles of Elongator complex during the development of the mouse inner ear. Elongator is a multiprotein complex whose subunits are structurally and functionally well conserved through evolution, and the complex is involved in a broad range of cellular activities. It has been shown that Elongator is involved in the acetylation and the demethylation of several nuclear and cytoplasmic substrates, as well as in the regulation of protein translation. In humans, mutations in Elongator subunits have been shown to be involved in neurodegenerative diseases, emphasizing the potential interest of the complex in clinic.In order to study the impact of Elongator in the early and late development of the inner ear, we conditionally invalidated Elp3, the catalytic subunit of the complex, at a very early stage of the otic vesicle (Elp3 cKO mice). We have shown that the absence of otic Elp3 leads to vestibular disorders as well as deafness. We have also revealed some abnormalities regarding both spiral ganglion neurons and cochlear hair cells, the main players involved in the auditory function. Indeed, we have observed a perturbed ciliogenesis and some polarity defects affecting hair cells, suggesting the Elp3 plays a crucial role in these process. In parallel, we have shown increased apoptosis and massive neuron loss in vestibular and cochlear ganglia of Elp3 cKO mice. Our results point out a role of increased oxidative stress and accumulation of misfolded proteins in triggering neuronal apoptosis. However, further experiments are needed to extend and deepen our understanding of the underlying molecular mechanisms. Later in cochlear development, we have shown that Elp3 is essential for a proper innervation pattern and is further required to ensure structural and functional integrity of the spiral ganglion neurons.In conclusion, we demonstrated that Elongator complex is involved in the embryonic development of both parts of the inner ear and that it plays a crucial role in balance and hearing functions.