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Plasticité des circuits auditifs centraux

NICOLAS MICHALSKI

PLASTICITÉ DES CIRCUITS AUDITIFS CENTRAUX

L’approche génétique, basée sur l’étude des formes héréditaires de surdité, a été particulièrement efficace au cours des 25 dernières années pour révéler la physiologie moléculaire de la cochlée, l’organe sensoriel de l’audition. En revanche, cette dissection génétique a fourni jusqu’à présent peu d'informations sur le système auditif central, bien que les dysfonctionnements de celui-ci touchent environ 5% des enfants et plus de 25% des personnes âgées. De plus, il a été découvert récemment que la perte auditive au milieu de la vie est un facteur de risque majeur de développer une démence ultérieurement. Les personnes atteintes d'une perte auditive ont un risque jusqu’à cinq fois plus élevé de développer une démence plus tard dans la vie que des personnes avec une audition normale. Cependant, les processus biologiques sous-jacents sont méconnus.

Les premiers résultats chez la souris suggèrent que des atteintes centrales pourraient coexister avec des atteintes de la cochlée dans certaines formes génétiques de surdité. Ces atteintes centrales seraient passées inaperçues jusqu’à présent en raison de l’atteinte cochléaire, qui prive le cerveau auditif de tout ou partie des informations acoustiques qu’il reçoit normalement. Aujourd’hui, l’état des connaissances ne permet pas de savoir dans quelle mesure de telles atteintes centrales sont généralisables à toutes les formes génétiques de surdité et si elles pourraient dans certains cas rendre compte de l’association entre perte auditive et démence. 

L’activité de cette équipe s’articule autour de 4 priorités : 

  1. Faire un état des lieux des formes génétiques de surdité (classiquement périphérique) pour lesquelles il y a des déficits masqués du système auditif central. 
  2. Déchiffrer le rôle des gènes associés dans le développement et le fonctionnement du système auditif central.
  3. Établir les fonctions auditives touchées par des déficits de ces gènes.
  4. Enfin établir, grâce au centre de recherche et d’innovation en audiologie humaine (CERIAH), si les mêmes déficits observés chez la souris sont présents chez les patients. 

Les résultats de notre équipe poseront les bases de l’exploration des dysfonctionnements du cerveau auditif chez les patients porteurs de mutations dans les gènes codant pour ces formes de surdité et permettront la mise au point de méthodes de réhabilitation auditive innovantes adaptées à ces atteintes.

 

MEMBRES DE L'ÉQUIPE

NICOLAS MICHALSKI

NICOLAS MICHALSKI

Nicolas Michalski, CR Institut Pasteur
Boris GOURÉVITCH

Boris GOURÉVITCH

CR1 CNRS
TYPHAINE DUPONT

TYPHAINE DUPONT

Ingénieur INSERM
MONICA DIAS MORAIS

MONICA DIAS MORAIS

Post-doctorante
WARREN BAKAY

WARREN BAKAY

Post-doctorant
PHILIPPE JEAN

PHILIPPE JEAN

Post-doctorant
MATHILDE GAGLIARDINI

MATHILDE GAGLIARDINI

Étudiante en thèse
OLIVIER POSTAL

OLIVIER POSTAL

Étudiant en thèse

LISTE DES PUBLICATIONS MARQUANTES

(1) MICHALSKI, N., and Petit, C. (2019). Genes Involved in the Development and Physiology of Both the Peripheral and Central Auditory Systems. Annu. Rev. Neurosci. Review

(2) Libé-Philippot, B., Michel, V., Boutet de Monvel, J., Le Gal, S., Dupont, T., Avan, P., Métin, C.*, MICHALSKI, N.*, and Petit, C*. (2017). Auditory cortex interneuron development requires cadherins operating hair-cell mechanoelectrical transduction. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 7765–7774.
*Cosenior authors

(3) MICHALSKI, N., Goutman, J.D., Auclair, S.M., Monvel, J.B. de, Tertrais, M., Emptoz, A., Parrin, A., Nouaille, S., Guillon, M., Sachse, M., et al. (2017). Otoferlin acts as a Ca2+ sensor for vesicle fusion and vesicle pool replenishment at auditory hair cell ribbon synapses. ELife Sciences 6, e31013.

(4) Occelli F, Suied C, Pressnitzer D, Edeline JM, GOUREVITCH B (2016). A Neural Substrate for Rapid Timbre Recognition? Neural and Behavioral Discrimination of Very Brief Acoustic Vowels. Cereb Cortex. 2016 Jun;26(6):2483-2496. doi: 10.1093/cercor/bhv071. 

(5) GOUREVITCH B, Edeline JM, Occelli F, Eggermont JJ (2014). Is the din really harmless? Long-term effects of non-traumatic noise on the adult auditory system.
Nat Rev Neurosci. 2014 Jul;15(7):483-91. Review

(6) MICHALSKI, N., Babai, N., Renier, N., Perkel, D.J., Chédotal, A., and Schneggenburger, R. (2013). Robo3-driven axon midline crossing conditions functional maturation of a large commissural synapse. Neuron 78, 855–868.

 

PROJETS

Développement et physiologie moléculaire du cortex auditif en conditions normales et pathologiques

Dans la plupart des cas de surdité humaine d’origine génétique, l’atteinte de l’organe sensoriel de l’audition, la cochlée, rend pleinement compte du déficit auditif des patients. La pose d’un implant cochléaire stimulant directement le nerf auditif et permettant ainsi de s’affranchir de l’étape du traitement du son par la cochlée, restaure une audition satisfaisante dans la plupart des cas. Pourtant, dans certains cas, les patients conservent des difficultés anormales de compréhension du langage parlé. Les chercheurs de cette équipe ont récemment découvert que certaines formes héréditaires de surdité entraînent non seulement des atteintes de la cochlée, mais également du cortex auditif, région du cerveau assurant l’analyse de l’information auditive. En effet, deux protéines apparentées aux cadhérines, cdhr15 et cdhr23, essentielles au bon fonctionnement de la cochlée, sont également nécessaires pour la migration et la maturation de neurones du cerveau dits « inhibiteurs », et colonisant spécifiquement le cortex auditif. Ce projet vise à déchiffrer les mécanismes qui sous-tendent le développement et le fonctionnement de cette population de neurones inhibiteurs du cortex auditif. Le premier objectif sera de déterminer les mécanismes permettant l’expression de ces cadhérines à la fois dans la cochlée et dans le cerveau afin d’identifier quels autres gènes responsables de surdité cochléaire auraient également un rôle intrinsèque dans le cerveau. Puis, les chercheurs tenteront de déchiffrer les mécanismes par lesquels ces cadhérines sont impliquées dans le guidage des futurs neurones inhibiteurs spécifiquement vers le cortex auditif. Enfin, ils caractériseront les rôles de ces neurones inhibiteurs dans le traitement de l’information sonore. Les résultats de ce projet poseront les bases de l’exploration de possibles dysfonctionnements du cerveau auditif chez les patients porteurs de mutations dans les gènes codant pour ces deux cadhérines et permettront la mise au point de méthodes de réhabilitation auditive innovantes adaptées à ces atteintes du cortex auditif.

 

PUBLICATIONS DES MEMBRES DE L'ÉQUIPE

Nicolas Michalski – Principal investigator (ORCID:0000-0002-1287-2709)

(18) Tobin M., Chaiyasitdhi A., Michel V., MICHALSKI, N., Martin P. (2019). Stiffness and tension gradients of the hair cell's tip-link complex in the mammalian cochlea. Elife 8. pii: e43473. 

(17) MICHALSKI, N., and Petit, C. (2019). Genes Involved in the Development and Physiology of Both the Peripheral and Central Auditory Systems. Annu. Rev. Neurosci. Review

(16) Libé-Philippot B, Michel V , Boutet de Monvel J, Le Gal S, Dupont T, Avan P, Métin C*, MICHALSKI, N.*, Petit C*. *Co-senior authors (2017) Auditory cortex interneuron development requires cadherins operating hair cell mechanoelectrical transduction.Proc Natl Acad Sci USA 2017 Jul 13. (IF:9.4).

(15) MICHALSKI, N., Goutman, J.D., Auclair, S.M., Monvel, J.B. de, Tertrais, M., Emptoz, A., Parrin, A., Nouaille, S., Guillon, M., Sachse, M., et al. (2017). Otoferlin acts as a Ca2+ sensor for vesicle fusion and vesicle pool replenishment at auditory hair cell ribbon synapses. ELife 6, ppi: e31013.

(14) Kronander E, MICHALSKI, N., Lebrand C, Hornung JP, Schneggenburger R.(2017) An organotypic slice culture to study the formation of calyx of Held synapses in-vitro. PLoS One.12(4):e0175964.

(13) MICHALSKI, N., Petit C (2015) Genetics of auditory mechanotransduction. Pflugers Arch. Jan;467:49-72.

(12) Bonnet C, Louha M, Loundon N, MICHALSKI, N., Verpy E, Smagghe L, Hardelin JP, Rouillon I, Jonard L, Couderc R, Gherbi S, Garabedian EN, Denoyelle F, Petit C, Marlin S (2013) Biallelic nonsense mutations in the otogelin-like gene (OTOGL) in a child affected by mild to moderate hearing impairment. Gene Sep 25;527(2):537-40.

(11) Xiao L, MICHALSKI, N., Kronander E, Gjoni E, Genoud C, Knott G, Schneggenburger R (2013) BMP signaling specifies the development of a large and fast CNS synapse. Nat Neurosci. Jul;16(7):856-64. 

(10) MICHALSKI, N., Babai N, Renier N, Perkel DJ, Chédotal A, Schneggenburger R (2013) Robo3-driven axon midline crossing conditions functional maturation of a large commissural synapse. Neuron. Jun 5;78(5):855-68 (article distinguished by a Preview and the issue cover) 

(9) Delmaghani S., Aghaie A., MICHALSKI, N., Bonnet C., Weil D. and Petit C (2012) Defect in the gene encoding the EAR/EPTP domain-containing protein TSPEAR causes DFNB98 profound deafness. Hum Mol Genet. Sep 1;21(17):3835-44.

(8) Caberlotto E, Michel V, Foucher I, Bahloul A, Goodyear RJ, Pepermans E, MICHALSKI, N., Perfettini I, Alegria-Prévot O, Chardenoux S, Do Cruzeiro M, Hardelin JP, Richardson GP, Avan P, Weil D, Petit C (2011) Usher type 1G protein sans is a critical component of the tip-link complex, a structure controlling actin polymerization in stereocilia. Proc Natl Acad Sci U S A. Apr 5;108(14):5825-30. 

(7) Verpy E, Leibovici M, MICHALSKI, N., Goodyear RJ, Houdon C, Weil D, Richardson GP, Petit C (2011) Stereocilin connects outer hair cell stereocilia to one another and to the tectorial membrane.J Comp Neurol. Feb 1;519(2):194-210.

(6) Beurg M, MICHALSKI, N., Safieddine S, Bouleau Y, Schneggenburger R, Chapman ER, Petit C, Dulon D (2010) Control of exocytosis by synaptotagmins and otoferlin in auditory hair cells.J Neurosci. Oct 6;30(40):13281-90. 

(5) MICHALSKI, N., Michel V, Caberlotto E, Lefèvre GM, van Aken AF, Tinevez JY, Bizard E, Houbron C, Weil D, Hardelin JP, Richardson GP, Kros CJ, Martin P, Petit C (2009) Harmonin-b, an actin-binding scaffold protein, is involved in the adaptation of mechanoelectrical transduction by sensory hair cells. Pflugers Arch. Nov;459(1). 

(4) MICHALSKI, N., Michel V, Bahloul A, Lefèvre G, Chardenoux S, Yagi H, Weil D, Hardelin JP, Sato M and Petit C (2007) Molecular characterization of the ankle link complex in cochlear hair cells and its role in the hair bundle functioning. J Neurosci. Jun 13;27(24):6478-88. 

(3) Adato A, Lefevre G, Delprat B, Michel V, MICHALSKI, N., Chardenoux S, Weil D, El-Amraoui A, Petit C (2005) Usherin, the defective protein in Usher syndrome type IIA, is likely to be a component of interstereocilia ankle links in the inner ear sensory cells. Hum Mol Genet. Dec 15;14(24):3921-32. 

(2) Etournay R, El-Amraoui A, Bahloul A, Blanchard S, Roux , Pezeron G, MICHALSKI, N., Daviet L, Hardelin JP,Legrain P,Petit C (2005) PHR1, an integral membrane protein of the inner ear sensory cells, directly interacts with myosin1c and myosin7a. J Cell Science. Jul 1;118(Pt 13):2891-9. 

(1) Delprat B, Michel V, Goodyear R, Yamasaki Y, MICHALSKI, N., El-Amraoui A, Perfettini I, Legrain P, Richardson G, Hardelin JP, Petit C (2005) Myosin XVa and whirlin, two deafness gene products required for hair bundle growth, are located at the stereocilia tips and interact directly. Hum Mol Genet. Feb 1;14(3):401-10. 

 

Boris Gourévitch – Tenured researcher (ORCID: 0000-0001-6742-8739)

*the authors contributed equally

(35) Gnaedinger A., Gurden H., GOURÉVITCH B.*, Martin C.*, “Multisensory learning between odor and sound enhances beta oscillations”, Scientific Reports, 9: 11236, 2019.

(34) Occelli F., Hasselmann F., Bourien J., Eybalin, M., Puel J.L., Desvignes N., Wiszniowski B., Edeline J.M.*, GOURÉVITCH B.*, “Aged-related changes in auditory cortex without detectable peripheral alterations: A multi-level study in the Sprague Dawley rat.”, Neuroscience, 404:184-204, 2019.

(33) Adenis V., GOURÉVITCH B., Mammelle E., Recugnat M., Stahl P., Gnansia D., Nguyen Y., Edeline J.M., “Comparison between the eCAP growth functions obtained in guinea pig by increasing pulse amplitude or pulse duration: implications of the inter-animal variability.”, PLOS ONE, 13(8):e0201771. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201771, 2018.

(32) Gómez-Álvarez M.*, GOURÉVITCH B.*, Felix R.A., Nyberg, T., Hernández-Montiel, H.L., Magnusson A.K., “Temporal information in broadband sounds is conveyed by onset spiking in the Superior Paraolivary Nucleus”, European Journal of Neuroscience, 48(4):2030-2049, 2018.

(31) Felix II R., GOURÉVITCH B., Portfors C., “Subcortical pathways: towards a better understanding of auditory disorders.”, Hearing research, 362:48-60, 2018.

(30) Dugué G.P.*, Tihy M.*, GOURÉVITCH B., Léna C., “Cerebellar re-encoding of self-motion head kinematics”, eLife, 6:e26179, 2017.

(29) Felix R.A.*, GOURÉVITCH B.*, Leijon S.C.M., Gómez-Álvarez M., Saldaña E., Magnusson A.K., “Octopus cells in the posteroventral cochlear nucleus provide the main excitatory input to the superior paraolivary nucleus”, Frontiers in Neural Circuits, 11:37. doi: 10.3389/fncir.2017.00037, 2017.

(28) Ben Yahia B., GOURÉVITCH B., Heinzle A., Malphettes L., “Segmented linear modelling of CHO fed-batch culture and its application to large scale production.”, Biotechnology and Bioengineering, 114(4):785-797, 2017.

(27) GOURÉVITCH B., Cai J., Mellen N., “Cellular and network-level adaptations to in utero methadone exposure along the ventral respiratory column in the neonate rat.”, Experimental Neurology, 287(2):288-297, 2017.

(26) Occelli F., Suied C., Pressnitzer D., Edeline J.M., GOURÉVITCH B., “A neural substrate for rapid timbre recognition? Neural and behavioral discrimination of very brief acoustic vowels.”, Cerebral Cortex, 26(6):2483-2496, 2016.

(25) GOURÉVITCH B., Occelli F., Gaucher, Q., Aushana, Y., Edeline J.M., “Fast characterization of multiple encoding properties of auditory neurons”, Brain Topography, 28(3):379-400, 2015.

(24) GOURÉVITCH B., Edeline J.M., Occelli F., J.J. Eggermont, “Is the din really harmless? Long-lasting effects of non-traumatic noise exposure on adult auditory cortex”, Nature Reviews Neuroscience, 15(7):483-91, 2014.

(23) GOURÉVITCH B., Mellen N., “The preBötzinger complex as a hub for network activity along the ventral respiratory column in the neonate rat”, Neuroimage, 98:460-74, 2014.

(22) Gaucher Q., Huetz, C., GOURÉVITCH B., Édeline J.M. “Cortical inhibition reduces information redundancy at presentation of communication sounds in the primary auditory cortex”, Journal of Neuroscience, 33(26):10713-28, 2013.

(21) Gaucher Q., Huetz, C., GOURÉVITCH B., Laudanski, J., Occelli, F., Édeline J.M. “How do auditory cortex neurons represent communication sounds?”, Hearing Research, 305:102-12, 2013.

(20) De Cheveigné A., Edeline J.M., Gaucher Q., GOURÉVITCH B., "Component analysis reveals sharp tuning of the local field potential in the guinea pig auditory cortex", Journal of Neurophysiology, 109(1):261-72, 2013.

(19) GOURÉVITCH B., Brette, R., “The impact of early reflections on binaural cues”, Journal of the Acoustical Society of America, 132(1):9-27, 2012.

(18) Gaucher Q., Édeline J.M., GOURÉVITCH B., “How different are the local field potentials and spiking activities? Insights from multi-electrodes arrays.”, Journal of Physiology (Paris), 106(3-4):93-103, 2012.

(17) GOURÉVITCH B., Édeline J.M., “Age-related changes in the guinea pig auditory cortex: relationship with peripheral changes and comparison with tone-induced hearing loss”, European Journal of Neuroscience, 34(12):1953-65, 2011.

(16) Huetz C., GOURÉVITCH B., Édeline J.M., “Neural codes in the thalamocortical auditory system: from artificial stimuli to communication sounds”, Hearing Research, 271:147-158, 2011.

(15) GOURÉVITCH B., Kay L.M., Martin C., “Directional coupling from the olfactory bulb to the hippocampus during a go/no-go odor discrimination task”, Journal of Neurophysiology, 103:2633-2641, 2010.

(14) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “Maximum decoding abilities of temporal patterns and synchronized firings: application to auditory neuron responses to click trains and amplitude modulated noise”, The Journal of Computational Neuroscience, 29(1-2):253-77, 2010.

(13) GOURÉVITCH B., Doisy T., Avillac M., Édeline J.M., “Follow-up of latency and threshold shifts of auditory brainstem responses after single and interrupted acoustic trauma in guinea pig”, Brain Research, 1304:66-79, 2009.

(12) GOURÉVITCH B., Noreña A., Shaw G., Eggermont J.J., “Spectro-temporal receptive fields in anesthetized cat primary auditory cortex are context dependent”, Cerebral Cortex, 19:1448-1461, 2009.

(11) Noreña A., GOURÉVITCH B., Pienkowski M., Shaw G., Eggermont J.J., “Increasing spectro-temporal sound density reveals an octave-based organization in cat primary auditory cortex”, Journal of Neuroscience, 28(36):8885-8896, 2008.

(10) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “Spectrotemporal sound density dependent long-term adaptation in cat primary auditory cortex”, European Journal of Neuroscience, 27(12):3310-3321, 2008.

(9) GOURÉVITCH B., Le Bouquin Jeannès R., Faucon G., Liégeois-Chauvel C., “Temporal envelope processing in the human auditory cortex: response and interconnections of auditory cortical areas”, Hearing Research, 237(1-2):1-18, 2008.

(8) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “A simple indicator of nonstationarity of firing rate in spike trains”, Journal of Neuroscience Methods, 163(1):181-187, 2007.

(7) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “Evaluating information transfer between auditory cortical neurons”, Journal of Neurophysiology, 97(3):2533-2543, 2007.

(6) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “A nonparametric approach for detection of bursts in spike trains”, Journal of Neuroscience Methods, 160(2):349-358, 2007.

(5) GOURÉVITCH B., Eggermont J.J., “Spatial representation of neural responses to natural and altered conspecific vocalizations in cat auditory cortex”, Journal of Neurophysiology, 97(1):144-158, 2007.

(4) GOURÉVITCH B., Le Bouquin Jeannès R., Faucon G., “Linear and nonlinear causality between signals: methods, examples and neurophysiological applications”, Biological Cybernetics, 95(4):349-369, 2006.

(3) Noreña A.*, GOURÉVITCH B.*, Aizawa N., Eggermont J.J., “Spectrally enhanced acoustic environment disrupts frequency representation in cat auditory cortex”, Nature Neuroscience, 9(7):932-939, 2006.

(2) Maby E., Le Bouquin Jeannès R., Liégeois-Chauvel C., GOURÉVITCH B., Faucon G., “Analysis of auditory evoked potentials parameters under radiofrequency fields using a support vector machines method”, Medical & Biological Engineering & Computing, 42(4):562-568, 2004.

(1) GOURÉVITCH B., Le Bouquin Jeannès R., “K-means clustering method for auditory evoked potentials selection”, Medical & Biological Engineering & Computing, 41(4):397-402, 2003.