CCE : physiologie

L'amplificateur cochléaire

A l'aube des années 80, la compréhension de la physiologie cochléaire butait devant une contradiction : d'un côté, les neurophysiologistes décrivaient une sélectivité en fréquences remarquable au niveau des fibres du nerf auditif, de l'autre, la théorie de l'onde propagée de Békésy empêchait d'envisager la cochlée autrement que sous la forme d'un filtre passif incapable de rendre compte de cette sélectivité. Pourtant, dès 1948 un physicien, Gold, avait parlé de "processus mécaniques actifs"!

Deux types de résultats venaient alors ébranler la cochlée "passive" : la découverte des oto-émissions acoustiques, et des mesures précises de la vibration de l'organe de Corti (membrane basilaire) en réponse à un son pur qui montraient que l'accord en fréquences se faisait avant le départ du message sur le nerf auditif.

Le double mécanisme de transduction

Comme pour les CCI, les vibrations acoustiques provoquent un mouvement des cils des CCE qui entraine une modulation du potentiel de ces cellules. Ainsi, dans le cas d'un son pur, les cils vont osciller de manière sinusoïdale ce qui va induire une succession de dépolarisation et de repolarisation des CCE. Cette activité électrique peut être enregistrée expérimentalement et s'appelle le potentiel microphonique. Contrairement à ce qui se passe dans les CCI, les variations de potentiel provoquent un changement de la forme des CCE. Quand elles sont dépolarisées elles raccourcissent, lorsqu'elles se repolarisent, elles s'allongent. La modification de la longueur des CCE est due au changement de forme d'une protéine très abondante dans leur membrane cellulaire : la prestine sous l'effet des variations de potentiel. Les CCE jouent donc le rôle d'oscillateurs qui amplifient très localement la vibration de la membrane basilaire. Cette propriété des CCE augmente la sensibilité de la cochlée d'environ 60 dB et améliore sa capacité à coder de manière différentielle des fréquences très proches. Le rôle des CCE est donc primordial pour la fonction auditive.

Pour un son de fréquence pure, le mécanisme actif amplifie (env. + 50 dB) la vibration de la membrane basilaire (ce qui augmente la sensibilité de la cochlée) sur une portion très étroite de l'organe de Corti. Deux fréquences très proches peuvent donc activer deux zones distinctes de la cochlée permettant ainsi de les distinguer l'une de l'autre (sélectivité en fréquences). Cet accord en fréquences (tuning) dépend étroitement des propriétés d'électromotilité des CCE et se retrouve à l'identique au niveau des fibres du nerf auditif auquel il est fidèlement transmis par les CCI.

Electromotilité

C'est sur des CCE dissociées que l'électromotilité a été découverte en 1983. Depuis, cette propriété contractile originale des CCE a été largement étudiée. Il s'agit d'un mécanisme rapide (pouvant suivre des fréquences élevées au moins jusqu'à 20 kHz), qui ne dépend ni du calcium, ni de l'ATP ; il ne consomme donc pas directement d'énergie (même si la physiologie générale de la CCE a, bien sur, besoin d'une source d'énergie ATP dépendante).
 La contraction des CCE est le résultat de la somme des contractions d'éléments "moteurs" localisés dans la membrane latérale des CCE. On considère aujourd'hui que la dépolarisation de la CCE (entrée de K+ au moment de la stimulation sonore) modifie la conformation d'une protéine transmembranaire, la PRESTINE, qui joue ainsi le rôle d'élément moteur (voir animation ci-dessous). Ce concept a été récemment confirmé, de façon très claire par le clonage du gène de la prestine et sa délétion, annulant l'électromotilité.

S. Blatrix sur un concept de G. Rebillard

La dépolarisation des CCE déplace les anions, probablement Cl- , de leurs sites de liaison à la prestine vers l'intérieur du cytoplasme.
Ce déplacement de charges induit un raccourcissement de la protéine qui se traduit par un raccourcissement de la CCE.
A l'inverse lorsque la CCE se repolarise, les anions se lient à la prestine, entraînant un allongement de la CCE.

N.B.  A côté de l'électromotilité, les CCEs isolées ont révélé plusieurs autres propriétés contractiles : citons la contraction lente calcium- dépendante qui module l'électromotilité et qui est mise en jeu in vivo par le système efférent médian.
 A ce jour, les propriétés physiologiques de cette modulation efférente des CCE ne sont pas très claires : s'agit-il d'un système protection ? d'un système d'atténuation des mécanismes actifs impliqué dans "l'effet cocktail" ?

Membrane latérale et complexe sous-membranaire d'une CCE

Les propriétés électromotiles des CCEs sont corrélées à la structure tout à fait singulière de leur membrane latérale (portion de la membrane depuis la plaque cuticulaire jusqu'au niveau du noyau) et d'un complexe d'organites sous-membranaires associés.

	Des citernes de réticulum endoplasmique sont alignées entre la membrane plasmique et les mitochondries. Le nombre de ces structures varie de la base (1 seule rangée de citernes : image de droite) à l'apex de la cochlée (4 à 5 : image de gauche).    Entre la première (ou l'unique) rangée de citernes et la membrane plasmique, on distingue des piliers et d'autres micro-structures qui forment le complexe cytosquelettique sous- membranaire (voir schéma ci-dessous).    Images TEM : R. Pujol et M. Lenoir / Echelle : 100 nm
S. Blatrix, adapté d'Ashmore et Holley	Arrangement schématique de la membrane plasmique latérale d'une CCE et du cytosquelette sous-membranaire. Les trois composantes du complexe sous-membranaire se distinguent clairement entre la membrane (verte, en partie soulevée) et la première citerne réticulaire (bleue) : les filaments d'actine (rouges) qui ceinturent la CCE, probablement sous la forme d'un ressort hélicoïdal (voir schéma de la cellule entière) avec un pas de 100 nm env.; les filaments de spectrine (ou fimbrine, en jaune) arrangés longitudinalement et espacés de 50 nm env.; les piliers (violets) perpendiculaires à la membrane.
Le Grimellec, Lenoir, Pujol et al.	Image en microscopie à champ proche (force atomique). Surface externe de la membrane latérale d'une CCE             Sur ce µm² de membrane, on distingue un arrangement tout à fait particulier des protéines membranaires : les traits obliques indiquent la direction des alignements de protéines espacés d'environ 50 nm (traits bleus) et de 100 nm (traits rouges) : cf. schéma.    Ces protéines, qui semblent représenter la partie trans-membranaire des piliers et pourraient être les "moteurs", sont de forme conique avec souvent un pore central apparent.