Les mécanismes de l’audition : de nouvelles découvertes majeures

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Seize mille cellules ciliées dans l’oreille interne contre une centaine de millions de cellules sensorielles dans la rétine. En plus d’être rares, les cellules sensorielles de l’audition sont assez difficiles d’accès pour les scientifiques. Cela explique en partie pourquoi, plusieurs zones d’ombre subsistent dans la compréhension du mécanisme de l’audition par rapport à celui de la vision.

Schématiquement, trois zones sont sollicitées dans l’audition :

• l’oreille (constituée de l’oreille externe, de l’oreille moyenne et de l’oreille interne),
• le nerf auditif,
• et enfin le cortex auditif, situé dans le cerveau.

Pour entendre, le son capté par l’oreille doit d’abord être converti pour que le cerveau soit capable de l’interpréter. L’oreille a ainsi pour rôle de convertir les ondes sonores en signal électrique, transmis par des neurones. L’oreille externe capte les ondes sonores et les dirige par le conduit auditif vers l’oreille moyenne où le tympan et les trois osselets auditifs vibrent. Ces vibrations sont ensuite véhiculées par un fluide situé dans l’oreille interne dans une cavité en forme de spirale, la cochlée, et y mettent en mouvement des cellules ciliées, lieux où le mouvement est enfin transformé en impulsion nerveuse. Cette dernière est conduite au cerveau par le nerf auditif. Or, la compréhension fine de ces mécanismes par lesquels le mouvement est codé puis véhiculé en ondes nerveuses pose encore question aux spécialistes.

Deux avancées importantes ont été réalisées récemment, en 2018. L’équipe de Jeffrey Holt, professeur d’ORL et de neurologie à l’université de Harvard, a identifié la protéine qui, dans les cellules ciliées, convertit le son en signal électrique. Par ailleurs, le chercheur en neurosciences François Lallemend et ses collègues, de l’institut Karolinska à Stockholm, ont décrit de nouvelles catégories de neurones qui participent à la conduction de ce signal au cerveau.

De l’onde sonore au signal électrique

« Ce sont des sujets brûlants. Concernant la conversion du son en signal électrique, on connaissait le mécanisme depuis les années 1970 : un canal s’ouvre suite à une déviation par les ondes acoustiques des stéréocils des cellules ciliées de l’oreille interne. Chaque cellule ciliée de la cochlée possède en effet une centaine de stéréocils organisés en 3 rangées de taille croissante, qui sont le lieu où les ondes sonores se transforment en signal électrique. Des ions, qui sont des particules chargées électriquement, pénètrent alors dans la cellule. Il ne manquait que l’identification de la protéine qui constitue le canal », rappelle Jean-Luc Puel, chercheur en neurosciences à l’Inserm de Montpellier.

Découverte en 2002, la molécule TMC1 a été identifiée comme jouant un rôle dans l’audition par l’équipe de Jeffrey Holt dès 2011. Mais ce rôle restait à préciser. L’équipe a combiné des approches biochimique et bioinformatique pour prédire la structure du canal formé par des paires de molécules de TMC1. Les chercheurs ont ensuite procédé à des mutations de différentes parties de TMC1 dans des cellules ciliées de souris, afin de déterminer comment les altérations dans la structure de la molécule perturbaient le flux d’ions entrant dans les cellules. Certaines de ces mutations le perturbent, une autre le bloque totalement. Ceci permet aux chercheurs d’affirmer que la protéine TMC1 constitue bien le canal d’entrée ionique, sans toutefois pouvoir exclure la présence d’autres protéines complémentaires[1].

Point intéressant, des mutations de cette protéine ont été identifiées dans des surdités, d’où la promesse de thérapies ciblées.

Du signal électrique au cortex auditif

©Sharon Mccutcheon / EyeEm

L’équipe de François Lallemend s’est quant à elle intéressée à l’étape suivante : la transmission du signal électrique vers le cortex auditif par les neurones, à la sortie de la cochlée. Les chercheurs savaient déjà que la majorité de ces neurones présentaient des caractéristiques diverses : des seuils d’activation à des fréquences sonores différentes et à une intensité sonore basse, moyenne ou haute. Toute la question était de savoir si cette différence était vraiment intrinsèque aux neurones ou provoquée par un signal qui proviendrait des cellules ciliées via les synapses, c’est-à-dire les points de contact, qu’elles forment avec ces neurones. Il est en effet connu que les cellules ciliées sensibles aux hautes fréquences sonores se trouvent à la base de la spirale de la cochlée tandis que celles sensibles aux basses fréquences se trouvent au contraire au sommet de cette spirale.

L’équipe de François Lallemend vient de montrer, en même temps que deux autres équipes dans le monde, que ces neurones peuvent réellement être différenciés en au moins trois types cellulaires. Pour cela, les chercheurs ont utilisé une technique de séquençage dans des cellules individuelles. « Ce séquençage massif nous a permis d’identifier des signatures de plusieurs centaines de gènes », détaille François Lallemend. Les chercheurs montrent ainsi qu’il y a au moins trois types de neurones avec une activité différente. Ces différentes populations de neurones sont présentes dès la naissance chez la souris, avant même une quelconque activité neuronale. « En revanche, leur maturation nécessiterait une activité neuronale liée par exemple à l’exposition au son », ajoute le chercheur[2].

De futures études permettront de préciser les fonctions de ces 3 types de neurones. L’équipe envisage aussi d’appliquer la même méthode aux neurones des relais centraux auditifs dans le cerveau. Il serait en effet intéressant de savoir s’il y existe aussi des populations différentes de neurones capables de réagir à différents signaux sonores. « Au-delà des résultats descriptifs, disposer de marqueurs est fondamental pour comprendre la physiopathologie de ces neurones : les neurones de haut seuil sont plus fragiles en cas de trauma sonore et peuvent être perdus lors du vieillissement. Il sera aussi intéressant d’identifier les fibres concernées dans des troubles comme les acouphènes ou l’hyperacousie », estime Jean-Luc Puel.

[1]  Bifeng Pan et al., TMC1 Forms the Pore of Mechanosensory Transduction Channels in Vertebrate Inner Ear Hair Cells, Neuron, vol. 99, n° 4, pp. 736-753, 2018. https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(18)30631-7 
[2]  C. Petitpré et al., Neuronal heterogeneity and stereotyped connectivity in the auditory afferent system, Nature communications, vol. 9, article n° 3691, 2018. https://www.nature.com/articles/s41467-018-06033-3