Summary Silent nociceptors are sensory afferents that are insensitive to noxious mechanical stimuli under normal conditions but become sensitized to such stimuli during inflammation. Using RNA-sequencing and quantitative RT-PCR we demonstrate that inflammation selectively upregulates the expression of the transmembrane protein TMEM100 in silent nociceptors and electrophysiology revealed that over-expression of TMEM100 is required and sufficient to un-silence silent nociceptors. Moreover, we show that mice lacking TMEM100 do not develop secondary allodynia – i.e. pain hypersensitivity that spreads beyond the site of inflammation – in a mouse model of knee joint inflammation and that AAV-mediated overexpression of TMEM100 in articular afferents in the absence of inflammation is sufficient to induce allodynia in remote skin regions without causing knee joint pain. Thus, our work identifies TMEM100 as a key regulator of silent nociceptor un-silencing and reveals a physiological role for this hitherto enigmatic afferent subclass in triggering spatially remote secondary allodynia during inflammation.

We report that diazepam binding inhibitor (DBI) is a glial messenger mediating satellite glia-sensory neuron crosstalk in the dorsal root ganglion (DRG). DBI is highly expressed in satellite glia cells (SGCs) of mice, rat and human, but not in sensory neurons or most other DRG-resident cells. Knockdown of DBI results in a robust mechanical hypersensitivity without major effects on other sensory modalities. In vivo overexpression of DBI in SGCs reduces sensitivity to mechanical stimulation and alleviates mechanical allodynia in neuropathic and inflammatory pain models. We further show that DBI acts as an unconventional agonist and positive allosteric modulator at the neuronal GABAA receptors, particularly strongly effecting those with a high-affinity benzodiazepine binding site. Such receptors are selectively expressed by a subpopulation of mechanosensitive DRG neurons and these are also more enwrapped with DBI-expressing glia, as compared to other DRG neurons, suggesting a mechanism for specific effect of DBI on mechanosensation. These findings identified a new, peripheral neuron-glia communication mechanism modulating pain signalling, which can be targeted therapeutically.

Abstract We report that diazepam binding inhibitor (DBI) is a glial messenger mediating satellite glia-sensory neuron crosstalk in the dorsal root ganglion (DRG). DBI is highly and specifically expressed in satellite glia cells (SGCs) of mice, rat and human, but not in sensory neurons or other DRG-resident cells. Knockdown of DBI results in a robust mechanical hypersensitivity without significant effects on other sensory modalities. In vivo overexpression of DBI in SGCs reduces sensitivity to mechanical stimulation and alleviates mechanical allodynia in neuropathic and inflammatory pain models. We further show that DBI acts as a partial agonist and positive allosteric modulator at the neuronal GABA A receptors, particularly strongly effecting those with a high-affinity benzodiazepine binding site. Such receptors are selectively expressed by a subpopulation of mechanosensitive DRG neurons and these are also more enwrapped with DBI-expressing glia, as compared to other DRG neurons, suggesting a mechanism for specific effect of DBI on mechanosensation. These findings identified a new, peripheral neuron-glia communication mechanism modulating pain signalling, which can be targeted therapeutically.