RC
Ryan Cassidy
Author with expertise in Mechanisms and Management of Neuropathic Pain
Achievements
Open Access Advocate
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
4
(100% Open Access)
Cited by:
427
h-index:
22
/
i10-index:
31
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

The Cancer Chemotherapeutic Paclitaxel Increases Human and Rodent Sensory Neuron Responses to TRPV1 by Activation of TLR4

Yan Li et al.Sep 30, 2015
Peripheral neuropathy is dose limiting in paclitaxel cancer chemotherapy and can result in both acute pain during treatment and chronic persistent pain in cancer survivors. The hypothesis tested was that paclitaxel produces these adverse effects at least in part by sensitizing transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1) through Toll-like receptor 4 (TLR4) signaling. The data show that paclitaxel-induced behavioral hypersensitivity is prevented and reversed by spinal administration of a TRPV1 antagonist. The number of TRPV1 + neurons is increased in the dorsal root ganglia (DRG) in paclitaxel-treated rats and is colocalized with TLR4 in rat and human DRG neurons. Cotreatment of rats with lipopolysaccharide from the photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides (LPS-RS), a TLR4 inhibitor, prevents the increase in numbers of TRPV1 + neurons by paclitaxel treatment. Perfusion of paclitaxel or the archetypal TLR4 agonist LPS activated both rat DRG and spinal neurons directly and produced acute sensitization of TRPV1 in both groups of cells via a TLR4-mediated mechanism. Paclitaxel and LPS sensitize TRPV1 in HEK293 cells stably expressing human TLR4 and transiently expressing human TRPV1. These physiological effects also are prevented by LPS-RS. Finally, paclitaxel activates and sensitizes TRPV1 responses directly in dissociated human DRG neurons. In summary, TLR4 was activated by paclitaxel and led to sensitization of TRPV1. This mechanism could contribute to paclitaxel-induced acute pain and chronic painful neuropathy. SIGNIFICANCE STATEMENT In this original work, it is shown for the first time that paclitaxel activates peripheral sensory and spinal neurons directly and sensitizes these cells to transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1)-mediated capsaicin responses via Toll-like receptor 4 (TLR4) in multiple species. A direct functional interaction between TLR4 and TRPV1 is shown in rat and human dorsal root ganglion neurons, TLR4/TRPV1-coexpressing HEK293 cells, and in both rat and mouse spinal cord slices. Moreover, this is the first study to show that this interaction plays an important role in the generation of behavioral hypersensitivity in paclitaxel-related neuropathy. The key translational implications are that TLR4 and TRPV1 antagonists may be useful in the prevention and treatment of chemotherapy-induced peripheral neuropathy in humans.
0
Citation211
0
Save
0

DRG Voltage-Gated Sodium Channel 1.7 Is Upregulated in Paclitaxel-Induced Neuropathy in Rats and in Humans with Neuropathic Pain

Yan Li et al.Dec 18, 2017
Chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN) is a common adverse effect experienced by cancer patients receiving treatment with paclitaxel. The voltage-gated sodium channel 1.7 (Na v 1.7) plays an important role in multiple preclinical models of neuropathic pain and in inherited human pain phenotypes, and its gene expression is increased in dorsal root ganglia (DRGs) of paclitaxel-treated rats. Hence, the potential of change in the expression and function of Na v 1.7 protein in DRGs from male rats with paclitaxel-related CIPN and from male and female humans with cancer-related neuropathic pain was tested here. Double immunofluorescence in CIPN rats showed that Na v 1.7 was upregulated in small DRG neuron somata, especially those also expressing calcitonin gene-related peptide (CGRP), and in central processes of these cells in the superficial spinal dorsal horn. Whole-cell patch-clamp recordings in rat DRG neurons revealed that paclitaxel induced an enhancement of ProTx II (a selective Na v 1.7 channel blocker)-sensitive sodium currents. Bath-applied ProTx II suppressed spontaneous action potentials in DRG neurons occurring in rats with CIPN, while intrathecal injection of ProTx II significantly attenuated behavioral signs of CIPN. Complementarily, DRG neurons isolated from segments where patients had a history of neuropathic pain also showed electrophysiological and immunofluorescence results indicating an increased expression of Na v 1.7 associated with spontaneous activity. Na v 1.7 was also colocalized in human cells expressing transient receptor potential vanilloid 1 and CGRP. Furthermore, ProTx II decreased firing frequency in human DRGs with spontaneous action potentials. This study suggests that Na v 1.7 may provide a potential new target for the treatment of neuropathic pain, including chemotherapy (paclitaxel)-induced neuropathic pain. SIGNIFICANCE STATEMENT This work demonstrates that the expression and function of the voltage-gated sodium channel Na v 1.7 are increased in a preclinical model of chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN), the most common treatment-limiting side effect of all the most common anticancer therapies. This is key as gain-of-function mutations in human Na v 1.7 recapitulate both the distribution and pain percept as shown by CIPN patients. This work also shows that Na v 1.7 is increased in human DRG neurons only in dermatomes where patients are experiencing acquired neuropathic pain symptoms. This work therefore has major translational impact, indicating an important novel therapeutic avenue for neuropathic pain as a class.
1

Frequency-independent biological signal identification (FIBSI): A free program that simplifies intensive analysis of non-stationary time series data

Ryan Cassidy et al.May 29, 2020
Abstract Extracting biological signals from non-linear, dynamic and stochastic experimental data can be challenging, especially when the signal is non-stationary. Many currently available methods make assumptions about the data structure (e.g., signal is periodic, sufficient recording time) and modify the raw data in pre-processing using filters and/or transformations. With an agnostic approach to biological data analysis as a goal, we implemented a signal detection algorithm in Python that quantifies the dimensional properties of waveform deviations from baseline via a running fit function. We call the resulting free program frequency-independent biological signal identification (FIBSI). We demonstrate the utility of FIBSI on two disparate types of experimental data: in vitro whole-cell current-clamp electrophysiological recordings of rodent sensory neurons (i.e., nociceptors) and in vivo fluorescence image time-lapse movies capturing gastrointestinal motility in larval zebrafish. In rodent nociceptors, depolarizing fluctuations in membrane potential are irregular in shape and difficult to distinguish from noise. Using FIBSI, we determined that nociceptors from naïve mice generate larger, more frequent fluctuations compared to naïve rats, suggesting species-specific specializations in rodent nociceptors. In zebrafish, measuring gut motility is a useful tool for addressing developmental and disease-related mechanisms associated with gut function. However, available methods are laborious, technically complex, and/or not cost-effective. We developed and tested a novel assay that can characterize intestinal peristalsis using imaging time series datasets. We used FIBSI to identify muscle contractions in the fluorescence signals and compared their frequencies in unfed and fed larvae. Additionally, FIBSI allowed us to discriminate between peristalsis and oscillatory sphincter-like movements in functionally distinct gut segments (foregut, midgut, and cloaca). We conclude that FIBSI, which is freely available via GitHub, is widely useful for the unbiased analysis of non-stationary signals and extraction of biologically meaningful information from experimental time series data and can be employed for both descriptive and hypothesis-driven investigations. Author Summary Biologists increasingly work with large, complex experimental datasets. Those datasets often encode biologically meaningful signals along with background noise that is recorded along with the biological data during experiments. Background noise masks the real signal but originates from other sources, for example from the equipment used to perform the measurements or environmental disturbances. When it comes to analyzing the data, distinguishing between the real biological signals and the background noise can be very challenging. Many existing programs designed to help scientists with this problem are either difficult to use, not freely available, or only appropriate to use on very specific types of datasets. The research presented here embodies our goal of helping others to analyze their data by employing a powerful but novice-friendly program that describes multiple features of biological activity in its raw form without abstract transformations. We show the program’s applicability using two different kinds of biological activity measured in our labs. It is our hope that this will help others to analyze complex datasets more easily, thoroughly, and rigorously.
4

Chronic BDNF simultaneously inhibits and unmasks superficial dorsal horn neuronal activity

Sascha Alles et al.Nov 2, 2020
Abstract Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is critically involved in the pathophysiology of chronic pain. However, the mechanisms of BDNF action on specific neuronal populations in the spinal superficial dorsal horn (SDH) requires further study. We used chronic BDNF treatment (200 ng/ml, 5-6 days) of defined-medium, serum-free spinal organotypic cultures to study intracellular calcium ([Ca2+] i ) fluctuations. A detailed quantitative analysis of these fluctuations using the Frequency-independent biological signal identification (FIBSI) program revealed that BDNF simultaneously depressed activity in some SDH neurons while it unmasked a particular subpopulation of ‘silent’ neurons causing them to become spontaneously active. Blockade of gap junctions disinhibited a subpopulation of SDH neurons and reduced BDNF-induced synchrony in BDNF-treated cultures. BDNF reduced neuronal excitability by measuring spontaneous excitatory postsynaptic currents. This was similar to the depressive effect of BDNF on the [Ca2+] i fluctuations. This study reveals novel regulatory mechanisms of SDH neuronal excitability in response to BDNF.