Neuropathic pain is a complex chronic condition characterized by a wide range of sensory, cognitive, and affective symptoms. A large percentage of neuropathic pain patients are also afflicted with depression and anxiety disorders – a pattern that is reliably replicated in animal models. Furthermore, clinical and preclinical studies indicate that chronic pain corresponds with adaptations in several brain networks involved in mood, motivation, and reward. Chronic stress is also a major risk factor for depression. We investigated whether chronic pain and stress affect similar mechanisms, and whether chronic pain can affect gene expression patterns known to be involved in depression. Using two mouse models for neuropathic pain and depression (spared nerve injury (SNI) and chronic unpredictable stress (CUS)) we performed next generation RNA-sequencing and pathway analysis to monitor changes in gene expression in the nucleus accumbens (NAc), the medial prefrontal cortex (mPFC), and the periaqueductal grey (PAG). These three brain regions are implicated in the pathophysiology of depression and in the modulation of pain. In addition to finding unique transcriptome profiles across the three brain regions,.we identified a substantial number of signaling pathway-associated genes with similar changes in expression in both SNI and CUS mice. Many of these genes have been implicated in depression, anxiety and chronic pain in patients. Our study provides a resource of the changes in gene expression induced by long-term neuropathic pain in three distinct brain regions and reveals molecular connections between pain and chronic stress.

Tissue repair after spinal cord injury (SCI) requires mobilization of immune and glial cells to form a protective barrier that seals the wound and facilitates debris clearing, inflammatory containment, and matrix compaction. This process involves corralling, wherein phagocytic immune cells become confined to the necrotic core surrounded by an astrocytic border. Here, we elucidate a temporally distinct gene signature in injury-activated microglia/macrophages (IAM), which engages axon guidance pathways. Plexin-B2 is upregulated in IAM, which is required for motosensory recovery after SCI. Plexin-B2 deletion in myeloid cells impairs corralling, leading to diffuse tissue damage, inflammatory spillover, and hampered axon regeneration. Corralling begins early and requires Plexin-B2 in both microglia and macrophages. Mechanistically, Plexin-B2 promotes microglia motility, steers IAM away from colliding cells, and facilitates matrix compaction. Our data thus establish Plexin-B2 as an important link that integrates biochemical cues and physical interactions of IAM with the injury microenvironment during wound healing.

No abstract

Regulator of G-protein signaling 4 (RGS4) is a potent modulator of G-protein-coupled receptor signal transduction that is expressed throughout the pain matrix. Here, we use genetic mouse models to demonstrate a role of RGS4 in the maintenance of chronic pain states in male and female mice. Using paradigms of peripheral inflammation and nerve injury, we show that the prevention of RGS4 action leads to recovery from mechanical and cold allodynia and increases the motivation for wheel running. Similarly, RGS4KO eliminates the duration of nocifensive behavior in the second phase of the formalin assay. Using the Complete Freud's Adjuvant (CFA) model of hindpaw inflammation we also demonstrate that downregulation of RGS4 in the adult ventral posterolateral thalamic nuclei promotes recovery from mechanical and cold allodynia. RNA sequencing analysis of thalamus (THL) from RGS4WT and RGS4KO mice points to many signal transduction modulators and transcription factors that are uniquely regulated in CFA-treated RGS4WT cohorts. Ingenuity pathway analysis suggests that several components of glutamatergic signaling are differentially affected by CFA treatment between RGS4WT and RGS4KO groups. Notably, Western blot analysis shows increased expression of metabotropic glutamate receptor 2 in THL synaptosomes of RGS4KO mice at time points at which they recover from mechanical allodynia. Overall, our study provides information on a novel intracellular pathway that contributes to the maintenance of chronic pain states and points to RGS4 as a potential therapeutic target.

Regulator of G-protein signaling 9-2 (RGS9-2) is a striatal-enriched signal-transduction modulator known to have a critical role in the development of addiction-related behaviors following exposure to psychostimulants or opioids. RGS9-2 controls the function of several G-protein-coupled receptors, including dopamine receptor and mu opioid receptor (MOR). We previously showed that RGS9-2 complexes negatively control morphine analgesia, and promote the development of morphine tolerance. In contrast, RGS9-2 positively modulates the actions of other opioid analgesics, such as fentanyl and methadone. Here we investigate the role of RGS9-2 in regulating responses to oxycodone, an MOR agonist prescribed for the treatment of severe pain conditions that has addictive properties. Using mice lacking the Rgs9 gene (RGS9KO), we demonstrate that RGS9-2 positively regulates the rewarding effects of oxycodone in pain-free states, and in a model of neuropathic pain. Furthermore, although RGS9-2 does not affect the analgesic efficacy of oxycodone or the expression of physical withdrawal, it opposes the development of oxycodone tolerance, in both acute pain and chronic neuropathic pain models. Taken together, these data provide new information on the signal-transduction mechanisms that modulate the rewarding and analgesic actions of oxycodone.

No abstract

SummaryThe phagocytosis of dying cells by macrophages, termed efferocytosis, is a tightly regulated process that involves the sensing, binding, engulfment, and digestion of apoptotic cells. Efferocytosis not only prevents tissue necrosis and inflammation caused by secondary necrosis of dying cells, but it also promotes pro‐resolving signaling in macrophages, which is essential for tissue resolution and repair following injury or inflammation. An important factor that contributes to this pro‐resolving reprogramming is the cargo that is released from apoptotic cells after their engulfment and phagolysosomal digestion by macrophages. The apoptotic cell cargo contains amino acids, nucleotides, fatty acids, and cholesterol that function as metabolites and signaling molecules to bring about this re‐programming. Here, we review efferocytosis‐induced changes in macrophage metabolism that mediate the pro‐resolving functions of macrophages. We also discuss various strategies, challenges, and future perspectives related to drugging efferocytosis‐fueled macrophage metabolism as strategy to dampen inflammation and promote resolution in chronic inflammatory diseases.

Οι μοριακοί μηχανισμοί συστημικού και κυτταρικού στρες είναι αναγκαίοι για τη διατήρηση της ομοιόστασης. Διατάραξη των μηχανισμών αυτών οδηγεί σε εμφάνιση παθήσεων.Για τη μελέτη του συστημικού στρες εστιάζουμε στον χρόνιο πόνο. Για τη θεραπεία του χρόνιου πόνου, οι πιο κοινοί φαρμακευτικοί στόχοι είναι οι πρωτεΐνες που συνδέονται με G- πρωτεΐνες. Η πρωτεΐνη ρυθμιστής των G- πρωτεϊνών 4, RGS4 εμφανίζει ένα ευρύ πεδίο έκφρασης σε περιοχές του εγκεφάλου που σχετίζονται με την ρύθμιση του πόνου και ο ρόλος στις περιοχές του εγκεφάλου σε συνθήκες χρόνιου πόνου ήταν άγνωστος. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιώντας γενετικά τροποποιημένα ποντίκια ως προς την έκφραση της RGS4 και μοντέλα χρόνιου φλεγμονώδη και νευροπαθητικού πόνου ανακαλύψαμε ότι η RGS4 πρωτεΐνη είναι υπεύθυνη για την διατήρηση του χρόνιου πόνου σε θηλυκά και αρσενικά ποντίκια. Συγκεκριμένα, η μελέτη μας έδειξε ότι παρέμβαση στην έκφραση της RGS4 πρωτεΐνης (χρησιμοποιώντας ποντίκια που δεν εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη, και ως κοντρόλ ποντίκια που εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη) οδηγεί σε πιο άμεση ανάρρωση από τα συμπτώματα της αλλοδυνίας (απόκριση σε μηχανικό ερέθισμα και απόκριση στο κρύο), το οποίο είναι το πιο κοινό σύμπτωμα του χρόνιου πόνου. Επιπλέον, ανακαλύψαμε ότι σε συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, στον αισθητικό θάλαμο, η RGS4 πρωτεΐνη δρα και οδηγεί στην διατήρηση των συμπτωμάτων του χρόνιου πόνου. Στη συνέχεια, συγκρίναμε το προφίλ έκφρασης RNA μορίων του θαλάμου μεταξύ ποντικών που αναρρώνουν και δεν αναρρώνουν από την αλλοδυνία και εντοπίσαμε μεταγραφικούς παράγοντες και μόρια σηματοδότησης να ρυθμίζονται μόνο στον θάλαμο ποντικών που εκφράζουν την RGS4 πρωτεΐνη και δεν αναρρώνουν από την αλλοδυνία. Ανάλυση των σηματοδοτικών μονοπατιών έδειξε ότι το σηματοδοτικό μονοπάτι του γλουταμινικού οξέος ρυθμίζεται διαφορετικά μεταξύ των δύο ομάδων ποντικών. Συγκεκριμένα, ανακαλύψαμε ότι η έκφραση του μεταβοτροπικού υποδοχέα του γλουταμινικού οξέος 2 είναι αυξημένη στον θάλαμο των ποντικών που αναρρώνουν από την αλλοδυνία. Η μελέτη μας παρέχει καινοτόμες πληροφορίες για τα ενδοκυττάρια σηματοδοτικά μονοπάτια στον εγκέφαλο που οδηγούν στην διατήρηση του χρόνιουπόνου και προτείνει ως νέα υποσχόμενη θεραπεία κατά του χρόνιου την στόχευση της RGS4 πρωτεΐνης (μέρος Α).Για να μελετήσουμε το κυτταρικό στρες εστιάσαμε στην οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία. Τα λευχαιμικά κύτταρα για να επιβιώσουν και πολλαπλασιαστούν ανεξέλεγκτα απαιτούν μεγάλες ποσότητες πρωτεϊνών, οι οποίες αναπόφευκτα ενεργοποιούν τους μηχανισμούς απόκρισης στο πρωτεϊνικό ή θερμικό στρες. Υπό φυσιολογικές συνθήκες, όταν τα κύτταρα δεχθούν θερμικό σοκ ενεργοποιούν τον μεταγραφικό παράγοντα HSF1 προάγουν την έκφραση των HSP πρωτεϊνών. Ωστόσο, τα λευχαιμικά κύτταρα διατηρούν σταθερά υψηλά επίπεδα HSF1 για να πολλαπλασιάζονται συνεχόμενα χωρίς έλεγχο. Παρόλο που έχει αποδειχθεί ότι τα καρκινικά κύτταρα χρειάζονται τον HSF1 για να επιβιώσουν, παραμένει άγνωστο εάν ο HSF1 είναι αναγκαίος για την έναρξη και επιτάχυνση της λευχαιμίας. Στη παρούσα μελέτη, δημιουργήσαμε ένα γονιδιακό μοντέλο ποντικού που εκφράζει μόνιμα την HSF1 πρωτεΐνη (HSF1S303/7A) . Εισήγαμε την έκφραση του ογκογονιδίου NOTCH1 στα διαγονιδιακά ποντίκια HSF1S303/7A και παρατηρήσαμε ότι δεν επηρεάζεται η έναρξη και η εξέλιξη της νόσου. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες στα λευχαιμικά κύτταρα σχηματίζουν πρωτεϊνικά συμπλέγματα για την βέλτιστη λειτουργία τους και στοχεύουμε αυτά τα συμπλέγματα χρησιμοποιώντας ένα ειδικό αναστολέα που ονομάζεται PU-H71, ο οποίος στοχεύει την HSP90 πρωτεΐνη που είναι κύριο συστατικό αυτών των συμπλεγμάτων. Ανακαλύψαμε ότι ο PU-H71 επάγει κυτταρικό θάνατο σε λευχαιμικούς τύπους κυττάρων που εκφράζουν υψηλές τιμές του ογκογονιδίου NOTCH1, ενώ σε λευχαιμικούς τύπους κυττάρων που εκφράζουν χαμηλές τιμές NOTCH1 οδηγεί μόνο σε αναστολή του κυτταρικού κύκλου. Πραγματοποιώντας πειράματα σε διαγονιδιακά ποντίκια μεταμοσχεύοντας ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα (που εκφράζουν υψηλές τιμές του ογκογονιδίου NOTCH1 και μεγάλες ποσότητες πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων) χρησιμοποιώντας τον αναστολέα PU-H71 παρατηρήσαμε ότι επιβραδύνεται η εξέλιξη της νόσου. Παρόλο που ο αναστολέας επάγει κυτταρικό θάνατο και αναστολή πολλαπλασιασμού στα λευχαιμικά κύτταρα in vitro, παρατεταμένη επώαση με τον αναστολές οδηγεί σε ανθεκτικά κύτταρα στο PU-H71. Ενδιαφέρον είναι ότι ο HSF1 μειώνεται, ενώ η ποσότητα των πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων μειώνεται ελάχιστα στα ανθεκτικά κύτταρα, προτείνοντας ότι η αυξημένη έκφραση της HSP70 πουπαρατηρήσαμε αντισταθμίζει την μείωση της HSP90 που στοχεύετε από τον αναστολέα. Η ανάλυση της έκφρασης των RNA μορίων μεταξύ ανθεκτικών και μη ανθεκτικών κυττάρων έδειξε μεταγραφικές αλλαγές σε μεταγραφικό επίπεδο σε ρυθμιστές του κυτταρικού κύκλου και του μεταβολισμού. Η μελέτη μας προτείνει ότι η στόχευση των πρωτεϊνικών συμπλεγμάτων στην οξεία λευχαιμία επιβραδύνει την νόσο και παρέχει καινοτόμες πληροφορίες για τις προσαρμογές που υφίστανται τα λευχαιμικά κύτταρα που παρουσιάζουν ανθεκτικότητα στον PU-H71 (μέρος Β). Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη παρέχει πληροφορίες στους μηχανισμούς απόκρισης σε επίπεδο κυττάρου και οργανισμού. Σε συστημικό επίπεδο, ανακαλύψαμε ότι η RGS4 πρωτεΐνη δρα στον θάλαμο και προάγει τον χρόνιο πόνο και μειώνοντας την έκφρασή της επιταχύνεται η ανάρρωση από τον χρόνιο πόνο. Αυτά τα αποτελέσματα συμβάλλουν στην ανακάλυψη αποτελεσματικών θεραπειών του χρόνιου πόνου, ο οποίος εμφανίζεται σε πολλές παθήσεις όπως για παράδειγμα ρευματοειδή αρθρίτιδα, οστεοαρθρίτιδα, σκλήρυνση κατά πλάκας, βλάβη στην σπονδυλική στήλη και πόνο μετά την χημειοθεραπεία. Όσο αφορά το κυτταρικό επίπεδο, προτείνουμε μία εναλλακτική θεραπεία που στοχεύει τους μηχανισμούς στρες του λευχαιμικού κυττάρου και παράλληλα επισημαίνουμε τις πιθανές προσαρμογές των κυττάρων στην συγκεκριμένη θεραπεία, ώστε να αποφευχθεί η ανθεκτικότητα στους ασθενείς.