Mouvements actifs, régulés par le calcium, de la touffe ciliaire des cellules ciliées mécano-sensorielles de l'oreille interne

par Jean-Yves Tinevez

Thèse de doctorat en Interfaces Physique - Biologie

Sous la direction de Pascal Martin.

Soutenue en 2006

à Paris 7 .


  • Résumé

    Le comportement dynamique d'une touffe ciliaire (l'organelle mécano-sensible des cellules ciliées de l'oreille interne) est très varié. Une touffe ciliaire peut osciller spontanément, avoir une réponse de type « excitable » ou simplement relaxer en réponse à un échelon de force. En utilisant la iontophorèse pour modifier la concentration en calcium à proximité d'une touffe ciliaire du saccule de la grenouille taureau, et en mesurant les relations force/déplacements de cette organelle, nous sommes parvenus à réconcilier ces manifestations contrastées de sa motilité active. Nous utilisons le calcium et/ou des biais statiques appliqués à la position de la touffe ciliaire pour contrôler la probabilité d'ouverture au repos et par là, son point de fonctionnement. Dans le cas de touffes ciliaires non oscillantes, nous montrons que la polarité et la cinétique des mouvements ciliaires actifs observés en réponse à un échelon de stimulation dépendent du point de fonctionnement de la cellule. Lorsque la relation force/déplacement de la touffe ciliaire possède une région de raideur négative, des oscillations spontanées peuvent être déclenchées lorsque le point de fonctionnement est placé au sein de cette région instable. Seuls deux ingrédients sont nécessaires pour interpréter ces manifestations de la motilité ciliaire active l'existence d'une relation force/déplacement non linéaire conséquence de l'activation mécanique directe dei canaux de transduction, et l'activité du moteur d'adaptation, fondé sur les myosines et dépendant du calcium Des simulations numériques reproduisent avec succès un grand nombre d'observations expérimentales, dan des conditions différentes et sur des animaux variés, suggérant qu'un seul mécanisme actif est nécessaire pour décrire toute la gamme des mouvements actifs observés sur les touffes ciliaires des cellules ciliées.

  • Titre traduit

    Active, calcium regulated, movements of the hair bundle of mechano-sensitive hair cells of the inner hear


  • Résumé

    The dynamical behaviour of a hair bundle - the mechanosensitive organelle of the hair cells found in the inner ear- is rich. A hair bundle can oscillate spontaneously, "twitch" or simply relax in response to a force step. Using iontophoresis to affect the Ca²+ concentration near a hair bundle from the bullfrog's sacculus and displacement-clamp measurements of the bundle's force-displacement relations, we were able to reconcile these contrasting manifestations of active hair-bundle motility. We used Ca²+ and offsets of the bundle's mean position to control the fraction of open transduction channels at steady state and thus the bundle's operating point. In the case of non oscillatory hair bundles, we found that the polarity and kinetics of active hair-bundle movement evoked by a step stimulus depended on the bundle's operating point in the nonlinear force-displacement relation. When the force-displacement relation displayed a region of negative stiffness, spontaneous hair-bundle oscillations arose when the hair bundle was required to operate within this unstable region. Only two ingredients are necessary to account for the various incarnations of active hair-bundle motility: non linear gating compliance of the transduction apparatus and the Ca²+-regulated activity of the myosin-based adaptation motor. Numerical simulations successfully reproduced a wide range of observations from different experimental situations and animal species, thereby suggesting thatonly one force-generating mechanism is needed to describe the seemingly opposite movements that the hair-bundle can produce.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (243 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 139 réf.

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  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2006) 217
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