Studies of intercellular Ca2+ signaling and gap-junction coupling in the developing cochlea of mouse models affected by congenital hearing loss

La connessina 26 (Cx26) e la connessina 30 (Cx30) formano canali giunzionali che permettono la diffusione intercellulare del secondo messaggero IP3 e la mobilitazione del Ca2+. Le connessine formano anche emicanali che rilasciano ATP dalla superficie endolinfatica delle cellule di supporto ed epiteliali della coclea. L’ATP rilasciato attiva a sua volta recettori P2Y2 e P2Y4 accoppiati a proteina G, la generazione di IP3 dipendente da fosfolipasi C (PLC) e il rilascio di Ca2+ dai depositi intracellulari, permettendo la propagazione rigenerativa dei segnali Ca2+ intercellulari. Nel corso di questo lavoro, abbiamo osservato che le cellule cocleari non-sensoriali che compongono il ‘greater and lesser epithelial ridge’ (GER e LER, rispettivamente) condividono la stessa cascata di trasduzione del segnale attivato da ATP dipendente da PLC e IP3R. Inoltre, abbiamo dimostrato che l’attività dei segnali Ca2+ ATP-dipendente nelle cellule cocleari non-sensoriale è spazialmente ordinata dall'apice alla base della coclea durante la prima settimana postnatale. Il segnale di Ca2+ in queste condizioni dipende della generazione del’inositolo-1,4,5-trifosfato a partire dell’idrolisi di PI(4,5)P(2) dipendente da PLC. Abbiamo quindi analizzato dei topi con espressione difettosa di PIPKIγ e abbiamo mostrato che (i) tale enzima è essenziale per l'acquisizione dell’udito, (ii) è responsabile principalmente della sintesi di pool di PI(4,5)P(2) regolati da recettore e sensibili a PLC nei sincizi cellulari che fanno da supporto alle cellule ciliate uditive, e che (iii) la diminuzione spaziale della via di segnalazione PIP2-IP3- Ca2+ in cellule cocleari non-sensoriale influenza il livello di accoppiamento delle giunzioni cellulari. Viceversa, abbiamo trovato un accoppiamento difettoso delle giunzioni cellulari e dei segnali di Ca2+ intercellulari IP3-dipendenti della coclea di topi con mutazione puntuali delle Cx26 o Cx30, così come nei topi knock in per una mutazione puntiforme (Cx30T5M) associata a sordità. Complessivamente, i nostri risultati collegano una difettosa acquisizione uditiva all’insufficienza di segnalazione di Ca2+ e a una diminuzione nell’accoppiamento biochimico nella coclea in via di sviluppo. La trasduzione di culture di coclea con un deficit di connessine con dei vettori di virus adeno-associato bovino codificanti la Cx26 o Cx30 ristabiliscono l’espressione della proteina, e la funzionalità delle gap junctions e dei segnali di Ca2+. Sulla base di questo lavoro, si può concludere che l’applicazione in vivo dei geni per le connessine nell'orecchio interno è un percorso che vale la pena di esplorare per ristabilire la funzione uditiva in modelli murini di sordità e che, in futuro, potrebbe portare allo sviluppo di interventi terapeutici nell’uomo.