Abstract Mammals use glabrous (hairless) skin of their hands and feet to navigate and manipulate their environment. Cortical maps of the body surface across species contain disproportionately large numbers of neurons dedicated to glabrous skin sensation, potentially reflecting a higher density of mechanoreceptors that innervate these skin regions. Here, we find that disproportionate representation of glabrous skin emerges over postnatal development at the first synapse between peripheral mechanoreceptors and their central targets in the brainstem. Mechanoreceptor synapses undergo developmental refinement that depends on proximity of their terminals to glabrous skin, such that those innervating glabrous skin make synaptic connections that expand their central representation. In mice that do not sense gentle touch, mechanoreceptors innervating glabrous skin still make more powerful synaptic connections in the brainstem. We propose that the skin region a mechanoreceptor innervates controls refinement of its central synapses over development to shape the representation of touch in the brain.

We report a role for activity in the development of the primary sensory neurons that detect touch. Genetic deletion of Piezo2, the principal mechanosensitive ion channel in somatosensory neurons, caused profound changes in the formation of mechanosensory end organ structures and altered somatosensory neuron central targeting. Single cell RNA sequencing of Piezo2 conditional mutants revealed changes in gene expression in the sensory neurons activated by light mechanical forces, whereas other neuronal classes were less affected. To further test the role of activity in mechanosensory end organ development, we genetically deleted the voltage-gated sodium channel Nav1.6 (Scn8a) in somatosensory neurons throughout development and found that Scn8a mutants also have disrupted somatosensory neuron morphologies and altered electrophysiological responses to mechanical stimuli. Together, these findings indicate that mechanically evoked neuronal activity acts early in life to shape the maturation of the mechanosensory end organs that underlie our sense of gentle touch.

Abstract Anxiety is a psychiatric non-motor symptom of Parkinson’s that can appear in the prodromal period, prior to significant loss of brainstem dopamine neurons and motor symptoms. Parkinson’s-related anxiety affects females more than males, despite the greater prevalence of Parkinson’s in males. How stress, anxiety and Parkinson’s are related and the basis for a sex-specific impact of stress in Parkinson’s are not clear. We addressed this using young adult male and female mice carrying a G2019S knockin mutation of leucine-rich repeat kinase 2 ( Lrrk2 G2019S ) and Lrrk2 WT control mice. In humans, LRRK2 G2019S significantly elevates the risk of late-onset Parkinson’s. To assess within-sex differences between Lrrk2 G2019S and control mice in stress-induced anxiety-like behaviors in young adulthood, we used a within-subject design whereby Lrrk2 G2019S and Lrrk2 WT control mice underwent tests of anxiety-like behaviors before (baseline) and following a 28 day (d) variable stress paradigm. There were no differences in behavioral measures between genotypes in males or females at baseline, indicating that the mutation alone does not produce anxiety-like responses. Following chronic stress, male Lrrk2 G2019S mice were affected similarly to male wildtypes except for novelty-suppressed feeding, where stress had no impact on Lrrk2 G2019S mice while significantly increasing latency to feed in Lrrk2 WT control mice. Female Lrrk2 G2019S mice were impacted by chronic stress similarly to wildtype females across all behavioral measures. Subsequent post-stress analyses compared cFos immunolabeling-based cellular activity patterns across several stress-relevant brain regions. The density of cFos-activated neurons across brain regions in both male and female Lrrk2 G2019S mice was generally lower compared to stressed Lrrk2 WT mice, except for the nucleus accumbens of male Lrrk2 G2019S mice, where cFos-labeled cell density was significantly higher than all other groups. Together, these data suggest that the Lrrk2 G2019S mutation differentially impacts anxiety-like behavioral responses to chronic stress in males and females that may reflect sex-specific adaptations observed in circuit activation patterns in stress-related brain regions.