eLife (Nov 2017)
Otoferlin acts as a Ca2+ sensor for vesicle fusion and vesicle pool replenishment at auditory hair cell ribbon synapses
- Nicolas Michalski,
- Juan D Goutman,
- Sarah Marie Auclair,
- Jacques Boutet de Monvel,
- Margot Tertrais,
- Alice Emptoz,
- Alexandre Parrin,
- Sylvie Nouaille,
- Marc Guillon,
- Martin Sachse,
- Danica Ciric,
- Amel Bahloul,
- Jean-Pierre Hardelin,
- Roger Bryan Sutton,
- Paul Avan,
- Shyam S Krishnakumar,
- James E Rothman,
- Didier Dulon,
- Saaid Safieddine,
- Christine Petit
Affiliations
- Nicolas Michalski
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Juan D Goutman
- Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Buenos Aires, Argentina
- Sarah Marie Auclair
- Department of Cell Biology, Yale University School of Medicine, New Haven, United States
- Jacques Boutet de Monvel
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Margot Tertrais
- UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Laboratoire de Neurophysiologie de la Synapse Auditive, Bordeaux Neurocampus, Université de Bordeaux, Bordeaux, France
- Alice Emptoz
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Alexandre Parrin
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Sylvie Nouaille
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Marc Guillon
- Wave Front Engineering Microscopy Group, Neurophotonics Laboratory, Centre National de la Recherche Scientifique, UMR 8250, University Paris Descartes, Sorbonne Paris Cité, Paris, France
- Martin Sachse
- Center for Innovation & Technological Research, Ultrapole, Institut Pasteur, Paris, France
- Danica Ciric
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Amel Bahloul
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France; Centre National de la Recherche Scientifique, France
- Jean-Pierre Hardelin
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France
- Roger Bryan Sutton
- Department of Cell Physiology and Molecular Biophysics, Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, United States; Center for Membrane Protein Research, Texas Tech University Health Sciences Center, Lubbock, United States
- Paul Avan
- Laboratoire de Biophysique Sensorielle, Université Clermont Auvergne, Clermont-Ferrand, France; UMR 1107, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Clermont-Ferrand, France; Centre Jean Perrin, Clermont-Ferrand, France
- Shyam S Krishnakumar
- ORCiD
- Department of Cell Biology, Yale University School of Medicine, New Haven, United States; Department of Clinical and Experimental Epilepsy, Institute of Neurology, University College London, London, United Kingdom
- James E Rothman
- ORCiD
- Department of Cell Biology, Yale University School of Medicine, New Haven, United States; Department of Clinical and Experimental Epilepsy, Institute of Neurology, University College London, London, United Kingdom
- Didier Dulon
- UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Laboratoire de Neurophysiologie de la Synapse Auditive, Bordeaux Neurocampus, Université de Bordeaux, Bordeaux, France
- Saaid Safieddine
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France; Centre National de la Recherche Scientifique, France
- Christine Petit
- ORCiD
- Unité de Génétique et Physiologie de l’Audition, Institut Pasteur, Paris, France; UMRS 1120, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Paris, France; Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Complexité du Vivant, Paris, France; Syndrome de Usher et Autres Atteintes Rétino-Cochléaires, Institut de la Vision, Paris, France; Collège de France, Paris, France
- DOI
- https://doi.org/10.7554/eLife.31013
- Journal volume & issue
-
Vol. 6
Abstract
Hearing relies on rapid, temporally precise, and sustained neurotransmitter release at the ribbon synapses of sensory cells, the inner hair cells (IHCs). This process requires otoferlin, a six C2-domain, Ca2+-binding transmembrane protein of synaptic vesicles. To decipher the role of otoferlin in the synaptic vesicle cycle, we produced knock-in mice (Otof Ala515,Ala517/Ala515,Ala517) with lower Ca2+-binding affinity of the C2C domain. The IHC ribbon synapse structure, synaptic Ca2+ currents, and otoferlin distribution were unaffected in these mutant mice, but auditory brainstem response wave-I amplitude was reduced. Lower Ca2+ sensitivity and delay of the fast and sustained components of synaptic exocytosis were revealed by membrane capacitance measurement upon modulations of intracellular Ca2+ concentration, by varying Ca2+ influx through voltage-gated Ca2+-channels or Ca2+ uncaging. Otoferlin thus functions as a Ca2+ sensor, setting the rates of primed vesicle fusion with the presynaptic plasma membrane and synaptic vesicle pool replenishment in the IHC active zone.
Keywords
- deafness
- neurotransmitter release
- synaptic exocytotic machinery
- synaptopathy
- temporal precision
- inner hair cell