ABSTRACT Aging negatively impacts central nervous system function; however, the cellular impact of aging in the peripheral nervous system remains poorly understood. Aged individuals are more likely to experience increased pain and slower recovery after trauma. Such injury can damage vulnerable peripheral axons of dorsal root ganglion (DRG) neurons resulting in somatosensory dysfunction. One cellular mechanism common to both aging and injury is cellular senescence, a complex cell state that can contribute to the aged pro-inflammatory environment. We uncovered, for the first time, DRG neuron senescence in the context of aging and pain-inducing peripheral nerve injury in young and aged mice. Aged DRG neurons displayed multiple markers of senescence (SA-β-gal, p21, p16, IL6) when compared to young DRG neurons. Peripheral nerve injury triggered a further accumulation of senescent DRG neurons over time post-injury in young and aged DRG. These senescent neurons were dynamic and heterogeneous in their expression of senescence markers, p16, p21, and senescence-associated secretory phenotype (SASP) expression of IL6, which was influenced by age. An electrophysiological characterization of senescence marker-expressing neurons revealed high-firing and nociceptor-like phenotypes within these populations. In addition, we observed improvement in nociceptive behaviors in young and aged nerve-injured mice after treatment with a senolytic agent that eliminates senescent cells. Finally, we confirmed in human post-mortem DRG samples that neuronal senescence is present and increases with age. Overall, we describe a susceptibility of the peripheral nervous system to neuronal senescence with age or injury that may be a targetable mechanism to treat sensory dysfunction, such as chronic pain, particularly in aged populations.

Summary Microglia contribute to the initiation of pain, however, a translationally viable approach addressing how or when to modulate these cells remains elusive. We used a targeted, inducible, genetic microglial depletion strategy at both acute and acute-to-chronic transition phases in the clinically-relevant tibial fracture/casting pain model to determine the contribution of microglia to the initiation and maintenance of pain. We observed complete resolution of pain after transient microglial depletion at the acute-to-chronic phase, which coincided with the timeframe of full repopulation of microglia. These repopulated microglia were morphologically distinct from control microglia, signifying they may exhibit a unique transcriptome. RNA sequencing of repopulated spinal cord microglia identified genes of interest using weighted gene co-expression network analysis (WGCNA). We intersected these genes with a newly-generated single nuclei microglial dataset from human spinal cord dorsal horn and identified human-relevant genes that may ultimately promote pain resolution after injury. This work presents a novel approach to gene discovery in pain and provides comprehensive datasets for the development of future microglial-targeted therapeutics.