University of Groningen
Molecular composition and function of the spiral ganglion neuron peripheral synapse in mice
Reijntjes, Daniël Onne Jilt
DOI:
10.33612/diss.93524048
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date: 2019
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Reijntjes, D. O. J. (2019). Molecular composition and function of the spiral ganglion neuron peripheral synapse in mice. University of Groningen. https://doi.org/10.33612/diss.93524048
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
136 Chapter 8. Nederlandse samenvatting
Nederlandse samenvatting
Gehoorschade is een groeiend probleem in zowel ontwikkelde als ontwikkelings-landen door een verouderende populatie en een verhoogde blootstelling aan geluid gedurende een mensenleven. Gehoorschade kan leiden tot gehoorverlies, tinnitus (oorsuizen), hyperacusis (extreme gevoeligheid voor geluid) en draaiduizeligheid.
Hoe-wel gehoorschade niet levensbedreigend is, is het de op twee na belangrijkste oorzaak van arbeidsuitval. Daarnaast heeft gehoorschade een grote invloed op de kwaliteit van het leven. Zo heeft gehoorschade na eetstoornissen de grootste invloed op men-taal welzijn. Gehoorschade wordt voornamelijk veroorzaakt door verou dering en blootstelling aan geluid en gedeeltelijk door genetische aandoeningen. De oorzaken van gehoorschade zijn divers, maar een belangrijke oorzaak is het verlies van de buitenste haarcellen in het slakkenhuis. Verlies van deze haarcellen gaat gepaard met gehoorverlies dat te meten is als een verhoging van de drempelwaarden tij-dens regulier audiometrie onderzoek. Recent is aangetoond dat gehoorverlies ook kan ontstaan door schade aan de neuronen van de gehoorszenuw waar deze contact maken met de binnenste haarcellen. Daarnaast komt schade aan deze auditieve neu-ronen waarschijnlijk veel vaker en eerder voor dan schade aan de haarcellen. Het probleem is dat dit type gehoorverlies niet te meten is tijdens regulier audiometrie onderzoek. Daarom wordt dit type gehoorverlies ook wel “verborgen gehoorverlies” genoemd.
Een voordeel van verborgen gehoorverlies is dat er goede indicaties zijn dat dit type gehoorverlies geremd en omgekeerd kan worden met bepaalde therapieën. Om dit te kunnen doen moet wel eerst begrepen worden hoe dit soort gehoorverlies de auditieve neuronen aantast. Als bekend is welke moleculen en eiwitten in de au-ditieve neuronen belangrijk zijn voor het ontstaan of remmen van schade, kunnen therapieën ontwikkeld worden om deze schade te herstellen of te voorkomen. In dit proefschrift wordt onderzocht welke moleculen en eiwitten bijdragen aan schade aan de auditieve neuronen.
Een eerste probleem met onderzoek naar de auditieve neuronen is dat deze moei lijk bereikbaar zijn. Het centrale deel van deze auditieve neuronen begint diep in de hersenstam waar ze moeilijk te manipuleren zijn zonder schade aan te richten aan omliggende gebieden. Vanuit de hersenstam lopen deze auditieve neuronen naar het slakkenhuis waar ze synaptische verbindingen maken met de haarcellen in het slakkenhuis. Het slakkenhuis bestaat voornamelijk uit bot en ligt in het temporale deel van de schedel waardoor ook het perifere deel van deze neuronen moeilijk bereik-baar is. Doordat de auditieve neuronen zo moeilijk bereikbereik-baar zijn is er weinig kennis over welke moleculen en eiwitten aanwezig zijn in de auditieve neuronen. Daarnaast is er weinig bekend over de moleculaire processen die gaande zijn in de synaptische verbinding tussen de auditieve neuronen en de haarcellen tijdens het gezonde proces van horen. Daarbovenop is er nog minder bekend over de moleculaire processen die gaande zijn tijdens het ontstaan van schade.
Een verdere complicatie is dat er verschillende populaties zijn van auditieve neu-ronen met elk een eigen functie. Waarschijnlijk bestaan er vier groepen van deze neuronen. De eerste maakt contact met de drie rijen van buitenste haarcellen. De andere drie maken contact met een enkele rij van binnenste haarcellen. De laatste drie groepen van neuronen kunnen opgedeeld worden aan de hand van hun spontane
137 activiteit. Sommige neuronen zenden heel veel spontane signalen uit tot ongeveer 120 signalen per seconde. Andere neuronen zenden nooit een spontaan signaal uit naar de hersenen en de laatste groep zit ertussenin. Recente studies hebben aange-toond dat er op genetisch niveau ook vier groepen auditieve neuronen bestaan, wat suggereert dat deze vier groepen auditieve neuronen inderdaad gebruik maken van moleculen en eiwitten die specifiek zijn voor die groep.
Wat precies het nut is van drie verschillende groepen auditieve neuronen die con-tact maken met de binnenste haarcellen is onbekend. De spontane activiteit van een auditief neuron correleert met zijn stimulatiedrempel en met zijn dynamische bereik. Dat wil zeggen dat met voldoende stimulatie, de auditieve neuronen het aan-tal signalen dat ze naar de hersenen zenden, kunnen vergroten tot ongeveer 400 signalen per seconde. De neuronen die spontaan een hoge activiteit hebben, verto-nen een kleinere stimulatie marge waarin ze hun activiteit nog vergroten. Deze hoog spontaan actieve neuronen worden dus met minder stimulatie actief en zijn over een kleinere stimulatieradius in staat hun activiteit te verhogen. Auditieve neuronen met weinig spontane activiteit worden pas actief na intense stimulatie en vergroten hun activiteit over een grotere stimulatieradius dan de hoog spontaan actieve neuronen. Daarom wordt gedacht dat de auditieve neuronen met een hoge spontane activiteit gevoelig zijn voor hele zachte geluiden rond het minimum van wat een mens kan horen. De auditieve neuronen met een lage spontane activiteit zouden dan pas actief worden bij stimulatie met hardere geluiden en zorgen ervoor dat ook bij dit geluid-sniveau geluiden nog van elkaar onderscheiden kunnen worden. De derde groep zit tussen deze twee groepen in.
Deze groepen van auditieve neuronen zijn belangrijk want een aantal studies suggereren dat de auditieve neuronen met een lage spontane activiteit het meest gevoelig zijn voor gehoorschade. Zo is een veelgehoorde klacht bij slechthorenden het onderscheiden van geluiden tijdens de aanwezigheid van veel achtergrondgeluid, daar zijn waarschijnlijk de auditieve neuronen met een lage spontane activiteit voor nodig. Het feit dat er vier groepen auditieve neuronen bestaan met een verschillende gevoeligheid voor gehoorschade betekent dat er niet alleen gekeken moet worden naar welke eiwitten en moleculen een rol spelen bij gehoorschade, maar ook hoe deze ei-witten en moleculen verschillen tussen de groepen.
In dit proefschrift is op verschillende manieren bijgedragen aan het begrijpen welke moleculen en eiwitten een rol spelen bij de ontwikkeling van verborgen gehoorver-lies. In een eerste studie hebben we in kaart gebracht welke moleculaire processen er bekend zijn rond de synaptische verbinding tussen de haarcellen en de auditieve neu-ronen. Deze processen hebben wij vervolgens bijeengebracht in een model genaamd het “afferente signaleringscomplex” vernoemd naar de afferente auditieve neuronen. Dit model beschrijft drie grote processen die van invloed kunnen zijn op zowel de regu-latie van de activiteit van de auditieve neuronen als het ontstaan van schade aan deze neuronen. Het eerste proces beschrijft hoe glutamaat, een molecuul dat de auditieve neuronen stimuleert, wordt vrijgegeven, circuleert rondom de synaptische verbind-ing en vervolgens weer wordt opgenomen. Het tweede proces beschrijft hoe bindverbind-ing van glutamaat aan bepaalde receptoren de auditieve neuronen activeert en hoe an-dere ionkanalen vervolgens deze activatie reguleren. Het derde proces beschrijft hoe efferente neuronen uit de hersenstam feedback informatie leveren aan de auditieve neuronen om zo ook de activatie van deze neuronen te reguleren. Het bijeenbrengen
138 Chapter 8. Nederlandse samenvatting van deze processen en welke moleculen en eiwitten hieraan ten grondslag liggen in dit model, legt een basis voor verder onderzoek.
In een tweede studie beschrijven Wij de ontdekking dat RNA voor een nieuw type kaliumkanaal (KN a1) in de auditieve neuronen tot expressie komt. Vervolgens
beschrijven wij de functie van dit type kaliumkanaal in de auditieve neuronen. Dit specifieke type kaliumkanaal blijkt verantwoordelijk te zijn voor het remmen van de activiteit van de auditieve neuronen. Verlies van dit type kaliumkanaal resulteert daarom in een lagere stimulatiedrempel van de auditieve neuronen alsmede in een acceleratie van de activiteit in respons tot stimuli. Verlies van dit kanaal leidt tot een minder sterke activatie van de gehoorszenuw. Dit laatste is erg interessant omdat dit een van de kenmerken is van verborgen gehoorverlies. Ten slotte zijn er indicaties dat het verlies van KN a1kanalen een effect heeft op slechts een aantal auditieve
neu-ronen. Dit suggereert dat dit type kaliumkanaal wellicht tot expressie komt in een bepaalde groep auditieve neuronen.
Doordat verlies van het type KN a1kaliumkanaal resulteert in een verminderde
activatie van de gehoorszenuw, is het interessant om te onderzoeken of het verlies van dit type kaliumkanaal ook de gevoeligheid voor gehoorschade kan beïnvloeden. In een derde studie beschrijven wij daarom dat verlies van het type KN a1kaliumkanaal
gepaard gaat met een versnelling van de ontwikkeling van gehoorschade met ver-oudering en na blootstelling aan geluid. Zo leidt verlies van dit type kaliumkanaal tot een versnelling van het verlies van auditieve neuronen. Vervolgstudies zouden kunnen onderzoeken wat precies de moleculaire processen zijn die ervoor zorgen dat een gebrek aan dit type kaliumkanaal ervoor zorgt dat de auditieve neuronen sneller verdwijnen.
In een laatste studie ontwikkelen wij een methode om de verschillende groepen neuronen van elkaar te kunnen onderscheiden. Het doel van deze studie is om te onderzoeken of de versnelling van het verlies van auditieve neuronen bij een gebrek aan het type KN a1kaliumkanaal indicatief is voor een specifieke groep auditieve
neu-ronen. Deze methode is gebaseerd op het feit dat de auditieve neuronen uit de ver-schillende groepen op bepaalde plekken op de haarcellen synaptische verbindingen maken. Daarnaast zijn er subtiele verschillen in de pre- en postsynaptische eiwitten tussen deze groepen. Door deze subtiele verschillen te analyseren in synapsen op specifieke locaties waar de auditieve neuronen contact maken met de haarcel, kun je een schatting maken van de groep waar deze auditieve neuronen toe behoren. Bij de ontwikkeling van deze methode vinden wij echter dat een aantal aannames over de verschillen in de pre- en postsynaptische eiwitten tussen de verschillende groepen mogelijk onjuist zijn. In deze laatste studie beschrijven wij waar deze verschillen precies van afhankelijk zijn. Een vervolgonderzoek zou in de toekomst nog kunnen bestuderen of verlies van auditieve neuronen bij een gebrek aan het type KN a1
