investigating-outer-hair-cell-motility-with-combination-external

Investigating Outer Hair Cell Motility with a Combination of External Alternating Electrical Field Stimulation and High-speed Image Analysis

OHCs are cylindrical sensorimotor cells located in the Organ of Corti, the auditory organ inside the mammalian inner ear. The name "hair cells" derives ...

The development of motor protein activity in the lateral membrane of the mouse outer hair cell (OHC) from postnatal day 5 (P5) to P18 was investigated under whole-cell voltage clamp. Voltage-dependent, nonlinear capacitance (C (v)), which represents the conformational fluctuations of the motor molecule, progressively increased during development. At P12, the onset of hearing in the mouse, C (v) was about 70% of the mature level. C (v) saturated at P18 when hearing shows full maturation. On the other hand, C (lin), which represents the membrane area of the OHC, showed a relatively small increase with development, reaching steady state at P10. This early maturation of linear capacitance is further supported by morphological estimates of surface area during development. These results, in light of recent prestin knockout experiments and our results with quantitative polymerase chain reaction, suggest that, rather than the incorporation of new motors into the lateral membrane after P10, molecular motors mature to augment nonlinear capacitance. Thus, current estimates of motor protein density based on charge movement may be exaggerated. A corresponding indicator of motor maturation, the motor's operating voltage midpoint, V (pkcm), tended to shift to depolarized potentials during postnatal development, although it was unstable prior to P10. However, after P14, V (pkcm) reached a steady-state level near -67 mV, suggesting that intrinsic membrane tension or intracellular chloride, each of which can modulate V (pkcm), may mature at P14. These developmental data significantly alter our understanding of the cellular mechanisms that control cochlear amplification and provide a foundation for future analysis of genetic modifications of mouse auditory development.

Developmental expression of the outer hair cell motor prestin in the mouse.

Die Entwicklung der motorischen Protein-Aktivit&auml;t in der seitlichen Membran von der Maus &auml;u&szlig;eren Haarzelle (OHC) aus postnatale Tag 5 (P5) auf P18 wurde unter ganz-Zellenspannung Klemme untersucht. Spannung-abh&auml;ngigen, nichtlineare Kapazitanz C (V), die die Konformations&auml;nderungen Schwankungen des motor-Molek&uuml;ls, schrittweise erh&ouml;ht, w&auml;hrend der Entwicklung darstellt. P12, Beginn der Anh&ouml;rung in der Maus, war C (V) etwa 70 % der Reifen. C (V) am P18 ges&auml;ttigt, wenn Anh&ouml;rung volle Reifung zeigt. Auf der anderen Seite zeigte C (Lin), die der Membran-Bereich von der OHC darstellt, eine relativ geringe Erh&ouml;hung mit Entwicklung, Steady-State auf P10 zu erreichen. Diese fr&uuml;hen Reifung der linearen Kapazitiv wird weiter unterst&uuml;tzt durch morphologische Sch&auml;tzungen der Fl&auml;che w&auml;hrend der Entwicklung. Diese Resultate, unter Ber&uuml;cksichtigung der j&uuml;ngsten Prestin k.o. Experimente und unsere Ergebnisse mit quantitative Polymerase-Kettenreaktion, schlagen, die, anstatt die Aufnahme der neuen Motoren in den seitlichen Membran nach P10, molekulare Motoren reif um nichtlineare Kapazit&auml;t zu erweitern. So k&ouml;nnen aktuelle Sch&auml;tzungen motor Protein Dichte basierend auf kostenlos Bewegung &uuml;bertreiben. Eine entsprechende Anzeige der motorischen Reifung, der Motor Betriebs-Spannung Mittelpunkt, V (Pkcm), tendenziell, depolarisiert schaltend w&auml;hrend der postnatalen Entwicklung verlagern, obwohl es unstable vor P10 war. Jedoch nach P14, V (Pkcm) erreichte einen station&auml;ren nahe-67 mV, darauf hindeutet, dass systeminterne Membrane Spannung oder intrazellul&auml;ren Chlorid, von denen jede kann modulieren V (Pkcm), bei P14 Reifen kann. Diese Entwicklungsst&ouml;rungen Daten &auml;ndern deutlich unser Verst&auml;ndnis der zellul&auml;ren Mechanismen, die Cochlea Verst&auml;rkung und bieten eine Grundlage f&uuml;r zuk&uuml;nftige Analyse der genetischen Ver&auml;nderungen der Maus auditive Entwicklung.

Expression des der &auml;u&szlig;eren Haarzelle motor Prestin in der Maus.

Office treatment for chronic tympanic membrane (TM) perforations has limitations, and alternative methods to myringoplasty are sometimes needed. Serum lacks antigenicity and contains a large variety of growth factors known to modulate proliferation of various tissues to promote wound healing effects. Our purpose was to evaluate the feasibility of autologous serum eardrops therapy with a chitin membrane for closing TM perforations.

Autologous serum eardrops therapy with a chitin membrane for closing tympanic membrane perforations.

B&uuml;ro-Behandlung f&uuml;r chronische Trommelfell (TM) Perforationen hat Einschr&auml;nkungen, und alternative Methoden zur Myringoplasty sind manchmal notwendig. Serum fehlt Antigenit&auml;t und enth&auml;lt eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren, die bekannt, um die Verbreitung von verschiedenen Geweben zur F&ouml;rderung der Wunde Heilwirkungen zu modulieren. Unser Ziel war es, die Machbarkeit der autologen Serumtherapie Ohrentropfen mit einer Chitin-Membran f&uuml;r die Schlie&szlig;ung von TM Perforationen zu bewerten.

Autologe Serumtherapie-Ohrentropfen mit einer Chitin-Membran f&uuml;r das Trommelfell-Perforationen schlie&szlig;en.

Cochlear outer hair cells undergo reversible changes in shape when externally stimulated. This response, known as OHC motility, is a central component of the cochlear amplifier, the mechanism responsible for the high sensitivity of mammalian hearing. We report that actin depolymerization, as regulated by activation/inhibition of LIMK/cofilin-mediated pathways, has a pivotal role in OHC motility. LIMK-mediated cofilin phosphorylation, which inhibits the actin depolymerizing activity of this protein, increases both electromotile amplitude and total length of guinea pig OHCs. In contrast, a decrease in cofilin phosphorylation reduces both OHC electromotile amplitude and OHC length. Experiments with acetylcholine and lysophosphatidic acid indicate that the effects of these agents on OHC motility are associated with regulation of cofilin phosphorylation via different signaling cascades. On the other hand, nonlinear capacitance measurements confirmed that all observed changes in OHC motile response were independent of the performance of the motor protein prestin. Altogether, these results strongly support the hypothesis that the cytoskeleton has a major role in the regulation of OHC motility, and identify actin depolymerization as a key process for modulating cochlear amplification.

Pivotal role of actin depolymerization in the regulation of cochlear outer hair cell motility.

Cochlear &auml;u&szlig;eren Haarzellen unterziehen reversible &Auml;nderungen in Form, wenn extern stimuliert. Diese Antwort, bekannt als OHC Motilit&auml;t, ist ein zentraler Bestandteil der Cochlea Verst&auml;rker, der Mechanismus f&uuml;r die hohe Empfindlichkeit von S&auml;ugetierzellen Geh&ouml;r verantwortlich. Wir berichten, dass Aktin Depolymerisation, als Aktivierung/Hemmung der LIMK/Cofilin-vermittelte Wege geregelt, hat eine Schl&uuml;sselrolle in OHC-Motilit&auml;t. LIMK-vermittelte Cofilin Phosphorylierung, die die depolymerizing Aktivit&auml;t dieses Proteins Actin hemmt, erh&ouml;ht die Electromotile Amplitude und Gesamtl&auml;nge von Meerschweinchen elektrische. Im Gegensatz dazu reduziert eine Abnahme der Cofilin Phosphorylierung OHC Electromotile Amplitude und OHC-L&auml;nge. Experimente mit Acetylcholin und Lysophosphatidic Acid zeigen, dass die Auswirkungen dieser Wirkstoffe auf OHC Motilit&auml;t mit Regulierung von Cofilin Phosphorylierung &uuml;ber unterschiedliche signalisierende Kaskaden verbunden sind. Auf der anderen Seite best&auml;tigt nichtlineare Kapazit&auml;tsmessungen, dass alle &Auml;nderungen in OHC st&auml;bchenf&ouml;rmiges Antwort unabh&auml;ngig von der Leistung der motor Protein Prestin beobachtete. Insgesamt diese Ergebnisse stark unterst&uuml;tzen die Hypothese, dass das Zytoskelett eine wichtige Rolle bei der Regulierung der OHC-Motilit&auml;t hat und Aktin Depolymerisation als ein Schl&uuml;sselprozess f&uuml;r modulierenden cochlear Verst&auml;rkung zu identifizieren.

Zentrale Rolle der Aktin Depolymerisation bei der Regulierung der Cochlea &auml;u&szlig;eren Haarzelle Motilit&auml;t.

Intratympanic (IT) steroid therapy has been proposed as an alternative treatment option for patients with idiopathic sudden sensorineural hearing loss (ISSNHL). However, the number and frequency of IT treatments and drug delivery methods remain to be determined. The purpose of this study was to evaluate the efficacy of daily short-term IT dexamethasone (DEX) treatment alone in ISSNHL patients using laser-assisted myringotomy (LAM) for the drug delivery route as an initial and/or salvage treatment.

Daily short-term intratympanic dexamethasone treatment alone as an initial or salvage treatment for idiopathic sudden sensorineural hearing loss.

Intratympanal (IT)-Steroid-Therapie wurde als eine alternative Behandlungsoption f&uuml;r Patienten mit idiopathischer sensorineuraler H&ouml;rsturz (ISSNHL) vorgeschlagen. Jedoch noch die Anzahl und H&auml;ufigkeit von IT-Behandlungen und Liefermethoden Droge bestimmt werden. Der Zweck dieser Studie war zur Bewertung der Wirksamkeit der t&auml;glichen kurzfristige IT Dexamethason (DEX) Behandlung bei ISSNHL Patienten mit lasergest&uuml;tzten Myringotomy (LAM) f&uuml;r die Droge-Anlieferung-Route als erste und/oder Bergung Behandlung allein.

T&auml;gliche kurzfristige intratympanal Dexamethason allein als erste bzw. Bergung Behandlung f&uuml;r idiopathische pl&ouml;tzliche Schallempfindungsschwerh&ouml;rigkeit.

The goal of the present study was to evaluate and characterize the motile responses of guinea pig OHCs, stimulated at frequencies varying from 50 Hz to 4 kHz, using high-definition, high-speed video recording and fully automatic image analysis software. Cells stimulated in continuous, burst and sweeping modes with an external alternating electrical field showed robust fast and slow motility, which were dependent on frequency, mode and intensity of stimulation. In response to continuous stimulation, electromotile amplitude ranged from 0.3% to 3.2% of total cell length, whereas cell length usually decreased in amounts varying from 0.1% to 4.3%. Electromotile amplitude in OHCs stimulated with square wave's sweeps was near constant up to 200 Hz, progressively decreased between 200 Hz and 2 kHz, and then remained constant up to 4 kHz. In continuous and burst modes electromotility followed cycle-by-cycle the electrical stimulus, but it required 1-2 s to fully develop and reach maximal amplitude. Instead, slow cell length changes started about 0.6 s after the beginning and continuously developed up to 3 s after the end of electrical stimulation. Incubation of OHCs with 10 mM salicylate affected electromotility but not slow motility, whereas incubation with 3 mM gadolinium affected both. Thus, combination of external electrical stimulation, high-speed video recording and advanced image analysis software provides information about OHC motile responses at acoustic frequencies with an unprecedented detail, opening new areas of research in the field of OHC mechanics.

Motile responses of cochlear outer hair cells stimulated with an alternating electrical field.

Das Ziel der vorliegenden Studie war zu bewerten und charakterisieren die st&auml;bchenf&ouml;rmiges Antworten der Meerschweinchen elektrische, stimuliert bei Frequenzen variierend von 50 Hz bis 4 kHz, mit hoher Aufl&ouml;sung, High-Speed-video-Aufnahme und vollautomatische Bildanalyse-Software. Zellen stimuliert in kontinuierliche, Burst und geschwungene Modi mit einer externen abwechselnde elektrisches Feld zeigte robuste schnelle und langsame Motilit&auml;t, die Frequenz, Modus und Intensit&auml;t der Stimulation abh&auml;ngig waren. In Reaktion auf kontinuierliche Stimulation reichten Electromotile Amplitude von 0,3 % auf 3,2 % der gesamten Zelle L&auml;nge, w&auml;hrend die Zelle L&auml;nge in der Regel in Mengen, variierend von 0,1 % auf 4,3 % gesunken. Electromotile Amplitude in elektrische stimuliert die Rechteckwelle Liquidit&auml;tsniveau war nahezu konstant bis 200 Hz, schrittweise sank zwischen 200 Hz und 2 kHz, und dann blieb konstant bis bis 4 kHz. Im kontinuierlichen Modus und dann geplatzt Electromotility gefolgt Zyklus-von-Zyklus den elektrischen Reiz, aber es ben&ouml;tigt 1-2 s bis voll entwickeln und erreichen maximale Amplitude. Stattdessen langsam Zelle L&auml;ngen&auml;nderungen begann 0,6 s nach Beginn und kontinuierlich entwickelt bis zu 3 s nach dem Ende der Elektrostimulation. Inkubation von elektrische mit 10 mM Methylsalicylat betraf Electromotility aber nicht langsam Motilit&auml;t, w&auml;hrend Inkubation mit 3 mM Gadolinium beide betroffen. Daher bietet die Kombination aus externe elektrische Stimulation, High-Speed-video-Aufnahme und erweiterte Bildanalyse-Software Informationen &uuml;ber OHC st&auml;bchenf&ouml;rmiges Antworten bei akustischen Frequenzen mit einer beispiellosen Detail, &ouml;ffnen neue Bereiche der Forschung im Bereich der OHC-Mechanik.

Article	Year
Developmental expression of the outer hair cell motor prestin in the mouse. The Journal of membrane biology\| PubMed ID: 17415610	2007
Autologous serum eardrops therapy with a chitin membrane for closing tympanic membrane perforations. Otology & neurotology : official publication of the American Otological Society, American Neurotology Society [and] European Academy of Otology and Neurotology\| PubMed ID: 18725860	2008
Pivotal role of actin depolymerization in the regulation of cochlear outer hair cell motility. Biophysical journal\| PubMed ID: 20923640	2010
Daily short-term intratympanic dexamethasone treatment alone as an initial or salvage treatment for idiopathic sudden sensorineural hearing loss. Audiology & neuro-otology\| PubMed ID: 20962524	2011
Communicative & integrative biology\| PubMed ID: 21655442	2011
Motile responses of cochlear outer hair cells stimulated with an alternating electrical field. Hearing research\| PubMed ID: 21664265	2011

Rei Kitani

Biography

JoVE Journal Publications

Other Publications