Anatomie de l'oreille interne
Cochlée : organe de Corti
Cellules ciliées : stéréocils
Cytosquelette d'actine

Le cytosquelette d'actine des stéréocils est organisé par de nombreuses protéines associées à l'actine qui contrôlent la croissance, la réticulation, la stabilité et la réparation de leur cœur actinique ainsi que son ancrage à leur base.

Extrémité apicale des stéréocils

L'extrémité apicale des stéréocils contient des complexes protéiques spécifiques qui contrôlent la dynamique des extrémités barbées (+) des microfilaments d'actine et participent ainsi à la détermination de la longueur propre à chaque rangée (Mechanotransduction dependent control of stereocilia dimensions and row identity in inner hair cells 2021).

Stéréocils de la rangée 1

Dans la rangée 1, constituée des stéréocils les plus hauts, plusieurs protéines régulatrices s'accumulent à l'extrémité apicale et forment un complexe qui favorise l'allongement du cœur actinique (Promotion of row 1–specific tip complex condensates by Gpsm2-Gαi provides insights into row identity of the tallest stereocilia 2022).

1. L'isoforme courte de la myosine XVa (MYO15A-S) est une myosine motrice qui participe au transport et à l'accumulation de protéines régulatrices à l'extrémité apicale des stéréocils, en particulier EPS8 et la whirline (WHRN) (Myosin-XVa is required for tip localization of whirlin and differential elongation of hair-cell stereocilia 2005 et Regulation of Stereocilia Length by Myosin XVa and Whirlin Depends on the Actin-Regulatory Protein Eps8 2011).

a. EPS8 agit directement sur les microfilaments d'actine et bien qu'elle possède une activité de coiffage de l'extrémité barbée (+), son activité dépend de ses partenaires et du contexte moléculaire (Eps8 Regulates Hair Bundle Length and Functional Maturation of Mammalian Auditory Hair Cells 2011 et Distinct roles of EPS8 gene in the maturation of cochlear and vestibular hair cells 2018).

Dans le complexe apical de la rangée 1, elle contribue à l'organisation des microfilaments d'actine et au contrôle de leur longueur.

b. La whirline joue principalement un rôle d'échafaudage moléculaire permettant l'assemblage et la stabilisation du complexe apical.

c. GPSM2 et GNAI3 constituent un module de régulation qui s'associe au complexe MYO15A-S–WHRN–EPS8 et contribue à concentrer celui-ci dans la rangée 1 (GPSM2-GNAI Specifies the Tallest Stereocilia and Defines Hair Bundle Row Identity 2019).

Ce module participe ainsi au maintien de ces stéréocils comme les plus hauts de la touffe.

2. Les myosines IIIA et IIIB (MYO3A/B) constituent un autre système de transport apical.

Elles transportent l'espine 1 vers l'extrémité barbée (+) des microfilaments d'actine, où son domaine WH2 favorise la polymérisation de l'actine et contribue ainsi à l'allongement des stéréocils (Myosin IIIa boosts elongation of stereocilia by transporting espin 1 to the plus ends of actin filaments 2009).

Remarque : dans la figure ci-dessous, les extrémités pointues (-) de ces microfilaments courts sont révélées par la tropomoduline (TMOD1), protéine de coiffage, et se localisent dans les régions occupées par MYO3A et MYO15A.

À l'extrémité des stéréocils (A), leur marquage diminue fortement en l'absence de MYO3A/B (B) ou de MYO15A (C), montrant que ces myosines contribuent à leur formation ou à leur stabilisation.

3. Indépendamment de leur rôle décrit ci-dessus dans les stéréocils de la rangée 1, MYO3A/B et MYO15A participent également, dans l'ensemble des rangées de stéréocils en développement, à la formation ou à la stabilisation d'une population de microfilaments d'actine courts à leur extrémité apicale (Myosin-dependent short actin filaments contribute to peripheral widening in developing stereocilia 2025).

Ces microfilaments pourraient constituer des intermédiaires dans l'assemblage du cœur actinique au cours de la croissance des stéréocils.

Stéréocils des rangées courtes

1. Les stéréocils plus courts possèdent une composition apicale différente qui participe au contrôle de leur longueur et à leur stabilité (Stereocilia morphogenesis and maintenance through regulation of actin stability 2017).

• Dans la rangée 2, l'isoforme longue de MYO15A (MYO15A-L) est notamment associée à EPS8L2 et à des protéines régulant les extrémités barbées (+) des microfilaments d'actine, telles que la twinfiline 2 (TWF2) et CapZ (CAPZB).
• La rangée 3 ne possède pas, à l'état actuel des connaissances, une identité moléculaire apicale aussi nettement caractérisée que celles des rangées 1 et 2.

2. La mécanotransduction contribue également à la régulation de la dynamique des microfilaments d'actine à l'extrémité des stéréocils des rangées courtes ( canal MET).

Remarque : à l'extrémité des stéréocils en développement, une population de microfilaments d'actine courts, dont la formation ou la stabilisation dépend de MYO3A/B et de MYO15A, a également mis en évidence (Myosin-dependent short actin filaments contribute to peripheral widening in developing stereocilia 2025).

Ces microfilaments pourraient constituer des intermédiaires dans l'assemblage du cœur actinique au cours de la croissance des stéréocils.

Cœur actinique des stéréocils

Protéines de réticulation

Les microfilaments d'actine constituant le cœur du stéréocil sont liés entre eux par plusieurs protéines de réticulation, qui participent à l'organisation et à la stabilisation de leur faisceau parallèle (Tracing Actin Filament Bundles in Three-Dimensional Electron Tomography Density Maps of Hair Cell Stereocilia 2018).

1. La plastine 1 (PLS1, anciennement fimbrine) réticule les microfilaments d'actine grâce à ses deux domaines de liaison à l'actine (ABD1 et ABD2) et participe à la formation de faisceaux parallèles serrés (Plastin 1 widens stereocilia by transforming actin filament packing from hexagonal to liquid 2016)

• Dans les stéréocils, elle contribue à la cohésion et aux propriétés mécaniques du cœur actinique.
• Son activité de réticulation est modulée notamment par Ca²⁺, ce qui permet de modifier les interactions entre les microfilaments.

2. La fascine 2 (FSCN2), protéine globulaire composée de quatre domaines β-trèfle, établit également des ponts entre les microfilaments d'actine.

Elle contribue à leur organisation en faisceaux parallèles très serrés et aux propriétés mécaniques du cœur actinique, notamment à sa rigidité.

Remarque : la coexistence de PLS1 et FSCN2 permet ainsi d'associer des modes de réticulation différents au sein d'un même faisceau.

Le cœur actinique doit en effet être suffisamment compact et rigide pour transmettre les forces mécaniques produites par la déflexion des stéréocils, tout en résistant aux contraintes répétées auxquelles ils sont soumis.

3. L'espine (ESPN) contribue à la fois à la réticulation et à la croissance du cœur actinique des stéréocils.

Outre la formation de faisceaux parallèles très serrés, elle participe, par son domaine WH2, à la nucléation et à l'élongation des microfilaments, tandis qu'une activité anti-coiffage favorise le maintien de leur croissance à l'extrémité barbée (+).

• L'espine 1 interagit avec les myosines III et est enrichie à l'extrémité apicale des stéréocils, où elle contribue à la régulation de leur croissance.
• Les isoformes plus courtes, en particulier l'espine 4, sont distribuées le long du cœur actinique et participent principalement à sa réticulation.

Remarque : l'expression de ces protéines de réticulation évolue au cours de la maturation des stéréocils.

• PLS1 est présente précocement.
• FSCN2 s'accumule progressivement au cours du développement,.
• ESPN est abondante dès les premiers stades et se maintient dans les stéréocils matures (Plastin 1 widens stereocilia by transforming actin filament packing from hexagonal to liquid 2016).

Maintien et réparation du cœur actinique

XIRP2, associée aux faisceaux parallèles de microfilaments d'actine, participe au maintien de leur intégrité et à la réparation du cœur actinique des stéréocils (XIRP2, an Actin-Binding Protein Essential for Inner Ear Hair-Cell Stereocilia 2015).

1. Lorsqu'un faisceau de microfilaments est localement endommagé, XIRP2 s'accumule au niveau de la lésion et favorise l'incorporation de nouveaux monomères de γ-actine (ACTG1), permettant une réparation locale du cœur actinique sans nécessiter son renouvellement complet (Repair of noise-induced damage to stereocilia F-actin cores is facilitated by XIRP2 and its novel mechanosensor domain 2023).

Dans la figure ci-dessous, la phalloïdine marque l'actine F du cœur actinique des stéréocils et les interruptions de ce marquage révèlent des zones où l'organisation des microfilaments d'actine est altérée.

XIRP2 s'accumule au niveau de ces lésions, aussi bien après une lésion induite par une exposition sonore dans les cellules ciliées cochléaires (A) que dans des lésions spontanées des cellules cilliées vestibulaires (B).

2. Ce mécanisme est particulièrement important car, contrairement à l'hypothèse ancienne d'un renouvellement continu par treadmilling, le cœur actinique des stéréocils matures est globalement très stable et son renouvellement est limité.

Remarque : la dynamique de l'actine est principalement concentrée à proximité de l'extrémité apicale, tandis que des mécanismes locaux permettent de réparer les lésions apparaissant au sein du faisceau.

Région effilée et radicelle

Organisation moléculaire de la base des stéréocils

Chaque stéréocil se rétrécit à sa base pour former une région effilée (taper region), qui constitue son point de pivot lors de sa déflexion mécanique ( morphologie des stéréocils).

1. Dans cette région, la taperine (TPRN) forme avec CLIC5 et PTPRQ (Protein Tyrosine Phosphatase Receptor Type Q) des structures annulaires autour du cœur actinique qui contribuent ensemble au maintien de l'architecture et des propriétés mécaniques de la région effilée, qui constitue le point de pivot du stéréocil (Taperin bundles F-actin at stereocilia pivot points enabling optimal lifelong mechanosensitivity 2025).

• TPRN (taperine) s'associe aux microfilaments d'actine et contribue à leur organisation en faisceaux au niveau de la région effilée.

• 

  CLIC5 (Chloride Intracellular Channel 5) participe à l'organisation et à la stabilisation de l'interface entre le cytosquelette d'actine et la membrane plasmique.
• PTPRQ (Protein Tyrosine Phosphatase Receptor Type Q) est une protéine transmembranaire localisée à la base des stéréocils qui contribue à l'organisation de cette interface membranaire.

2. D'autres protéines participent à l'organisation de cette région spécialisée.

a. La myosine VI (MYO6) est une myosine atypique dirigée vers l'extrémité pointue (-) des microfilaments d'actine.

Localisée à la base des stéréocils, elle contribue au maintien de leur organisation et à la localisation de protéines de ce domaine, dont PTPRQ, CLIC5 et la radixine.

b. La radixine (RDX), protéine de la famille ERM, assure un lien entre la membrane plasmique et les microfilaments d'actine et participe ainsi à la stabilisation de la région basale des stéréocils.

c. GRXCR2 (Glutaredoxin and Cysteine-Rich Domain-Containing 2) est également localisée dans la région basale et participe au maintien de la taperine (TPRN) dans ce compartiment (GRXCR2 Regulates Taperin Localization Critical for Stereocilia Morphology and Hearing 2018).

En son absence, TPRN est redistribuée le long des stéréocils, dont la morphologie et l'organisation sont altérées. GRXCR2 interagit également avec CLIC5.

d. RIPOR2 (anciennement FAM65B) s'organise en structures annulaires autour de la base des stéréocils et contribue à la compartimentation et à l'organisation de ce domaine basal (Murine Fam65b forms ring-like structures at the base of stereocilia critical for mechanosensory hair cell function 2016).

• Sa perte perturbe la morphologie et l'orientation des stéréocils, puis entraîne leur dégénérescence progressive.
• Elle participe notamment au confinement de TPRN dans cette région.

Ancrage des stéréocils dans la plaque cuticulaire : radicelles

Le cœur actinique du stéréocil se prolonge dans la plaque cuticulaire par une radicelle dense qui assure l'ancrage mécanique du stéréocil et sa résistance aux contraintes répétées produites lors de la stimulation sonore.

Son organisation dépend notamment de TRIOBP-4 et TRIOBP-5 (TRIO and F-actin-binding protein.) qui réticulent les microfilaments d'actine en faisceaux extrêmement compacts (The TRIOBP Isoforms and Their Distinct Roles in Actin Stabilization, Deafness, Mental Illness, and Cancer 2020).

• TRIOBP-4 participe à la formation initiale de la radicelle en organisant les microfilaments d'actine en faisceaux extrêmement compacts (Actin-Bundling Protein TRIOBP Forms Resilient Rootlets of Hair Cell Stereocilia That Are Essential for Hearing 2011).
• TRIOBP-5 contient la totalité de la séquence de TRIOBP-4 dans sa région N-terminale et possède une extension C-terminale comportant notamment des domaines coiled-coil qui permettent son oligomérisation.

Selon le modèle proposé, TRIOBP-4 et TRIOBP-5 entoureraient les microfilaments d'actine, tandis que l'oligomérisation de TRIOBP-5 favoriserait le recrutement de microfilaments supplémentaires et l'épaississement de la radicelle (TRIOBP-5 sculpts stereocilia rootlets and stiffens supporting cells enabling hearing 2019).

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