ABSTRACT Ca 2+ signaling is a major contributor to sensory hair cell function in the cochlea. Oncomodulin (OCM) is a Ca 2+ binding protein preferentially expressed in outer hair cells of the cochlea and few other specialized cell types. Here, we expand on our previous reports and show that OCM prevents early progressive hearing loss in mice of two different genetic backgrounds: CBA/CaJ and C57BI/6J. In both backgrounds, genetic disruption of Ocm leads to early progressive hearing loss as measured by auditory brainstem response (ABR) and distortion product otoacoustic emission (DPOAE). In both strains, loss of Ocm reduced hearing across lifetime (hearing span) by more than 50% relative to wild type (WT). Even though the two WT strains have very different hearing spans, OCM plays a considerable and similar role within their genetic environment to regulate hearing function. The accelerated ARHL of the Ocm KO illustrates the importance of Ca 2+ signaling in maintaining hearing health.

Abstract Tight regulation of Ca 2+ is crucial for the function of cochlear outer hair cells (OHCs). Dysregulation of Ca 2+ homeostasis in OHCs is associated with impaired hearing function and contributes to increased vulnerability to environmental insults, such as noise exposure. Ca 2+ signaling in developing OHCs can be modulated by oncomodulin (OCM), an EF-hand calcium-binding protein. Here, we investigated whether the lack of OCM disrupts the control of intracellular Ca 2+ in mature OHCs, and influences vulnerability to noise. Using young adult CBA/CaJ mice, we found that OHCs from Ocm -knockout ( Ocm -/- ) mice exhibited normal biophysical profiles and electromotile responses compared to littermate control OHCs. Moderate noise exposure (95 dB SPL, 2 hrs) caused temporary hearing threshold shifts in Ocm +/+ and Ocm -/- mice but the loss of hearing was permanent for Ocm -/- mice. However, while Ocm +/+ fully recovered their hearing 2 weeks after noise exposure, Ocm -/- mice showed permanent threshold shifts. Using a genetically encoded Ca 2+ sensor (GCaMP6s) expressed in Ocm +/+ and Ocm -/- OHCs, we found that chronic noise exposure (95 dB SPL, 9 hrs) increased ATP-induced Ca 2+ signaling in Ocm -/- OHCs compared to Ocm +/+ OHCs. Chronic noise exposures also caused higher hearing threshold shifts in Ocm -/- mice. Prior to noise exposure, P2X2 expression was already upregulated in Ocm -/- mice compared to Ocm +/+ mice. Following chronic noise, P2X2 receptors were upregulated in the Ocm +/+ cochlea but not in the Ocm -/- cochlea, which retains their pre-noise high expression level. We propose that the lack of OCM increases susceptibility to noise. Increased purinergic signaling and dysregulation of cytosolic Ca 2+ homeostasis could contribute to early onset hearing loss in the Ocm -/- mice.

Abstract In cochlear outer hair cells (OHCs), a network of Ca 2+ channels, pumps and Ca 2+ -binding proteins (CaBPs) regulates the localization, spread, and magnitude of free Ca 2+ ions. During early postnatal development, OHCs express three prominent mobile EF-hand CaBPs: oncomodulin (OCM), α-parvalbumin (APV) and sorcin. We have previously shown that deletion of Ocm ( Ocm -/- ) gives rise to progressive cochlear dysfunction in young adult mice. Here, we show that changes in Ca 2+ signaling begin early in postnatal development of Ocm -/- mice. While mutant OHCs exhibit normal electrophysiological profiles compared to controls, their intracellular Ca 2+ signaling is altered. The onset of OCM expression at postnatal day 3 (P3) causes a developmental change in KCl-induced Ca 2+ transients in OHCs and leads to slower KCl-induced Ca 2+ transients than those elicited in cells from Ocm -/- littermates. We compared OCM buffering kinetics with other CaBPs in animal models and cultured cells. In a double knockout of Ocm and Apv ( Ocm -/- ;Apv -/- ), mutant OHCs show even faster Ca 2+ kinetics, suggesting that APV may also contribute to early postnatal Ca 2+ signaling. In transfected HEK293T cells, OCM slows Ca 2+ kinetics more so than either APV or sorcin. We conclude that OCM controls the intracellular Ca 2+ environment by lowering the amount of freely available [Ca 2+ ] i in OHCs and in transfected HEK293T cells. We propose that OCM plays an important role in shaping the development of early OHC Ca 2+ signals through its inimitable Ca 2+ buffering capacity.

Abstract Cochlear outer hair cells (OHCs) are responsible for the exquisite frequency selectivity and sensitivity of mammalian hearing. During development, the maturation of OHC afferent connectivity is refined by coordinated spontaneous Ca 2+ activity in both sensory and non-sensory cells. Calcium signaling in neonatal OHCs can be modulated by Oncomodulin (OCM, β-parvalbumin), an EF-hand calcium-binding protein. Here, we investigated whether OCM regulates OHC spontaneous Ca 2+ activity and afferent connectivity during development. Using a genetically encoded Ca 2+ sensor (GCaMP6s) expressed in OHCs in wild-type (Ocm +/+ ) and Ocm knockout (Ocm -/- ) littermates, we found increased spontaneous Ca 2+ activity and upregulation of purinergic receptors in OHCs from GCaMP6s Ocm -/- cochlea immediately following birth. The afferent synaptic maturation of OHCs was delayed in the absence of OCM, leading to an increased number of ribbon synapses and afferent fibers on GCaMP6s Ocm -/- OHCs before hearing onset. We propose that OCM regulates the spontaneous Ca 2+ signaling in the developing cochlea and the maturation of OHC afferent innervation.