Mapping Somatosensory Afferent Circuitry to Bone Identifies Neurotrophic Signals Required for Fracture Healing

体感系统 传入的 神经科学 骨愈合 神经营养素 心理学 医学 解剖 内科学 受体
作者
Mingxin Xu,Neelima Thottappillil,Masnsen Cherief,Zhao Li,Manyu Zhu,Xin Xing,Mario Gomez-Salazar,Juliet M. Mwirigi,Ishwarya Sankaranarayanan,Diana Tavares‐Ferreira,Chi Zhang,Xuewei Wang,Mary Archer,Yun Guan,Robert J. Tower,Patrick Cahan,Theodore J. Price,Thomas L. Clemens,Aaron W. James
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:4
标识
DOI:10.1101/2024.06.06.597786
摘要

Summary The profound pain accompanying bone fracture is mediated by somatosensory neurons, which also appear to be required to initiate bone regeneration following fracture. Surprisingly, the precise neuroanatomical circuitry mediating skeletal nociception and regeneration remains incompletely understood. Here, we characterized somatosensory dorsal root ganglia (DRG) afferent neurons innervating murine long bones before and after experimental long bone fracture in mice. Retrograde labeling of DRG neurons by an adeno-associated virus with peripheral nerve tropism showed AAV-tdT signal. Single cell transcriptomic profiling of 6,648 DRG neurons showed highest labeling across CGRP+ neuron clusters (6.9-17.2%) belonging to unmyelinated C fibers, thinly myelinated Aδ fibers and Aβ-Field LTMR (9.2%). Gene expression profiles of retrograde labeled DRG neurons over multiple timepoints following experimental stress fracture revealed dynamic changes in gene expression corresponding to the acute inflammatory ( S100a8 , S100a9 ) and mechanical force ( Piezo2 ). Reparative phase after fracture included morphogens such as Tgfb1, Fgf9 and Fgf18 . Two methods to surgically or genetically denervate fractured bones were used in combination with scRNA-seq to implicate defective mesenchymal cell proliferation and osteodifferentiation as underlying the poor bone repair capacity in the presence of attenuated innervation. Finally, multi-tissue scRNA-seq and interactome analyses implicated neuron-derived FGF9 as a potent regulator of fracture repair, a finding compatible with in vitro assessments of neuron-to-skeletal mesenchyme interactions.
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