Pain information processing in the spinal cord has been postulated to rely on nociceptive transmission (T) neurons receiving inputs from nociceptors and Aβ mechanoreceptors, with Aβ inputs gated through feed-forward activation of spinal inhibitory neurons (INs). Here, we used intersectional genetic manipulations to identify these critical components of pain transduction. Marking and ablating six populations of spinal excitatory and inhibitory neurons, coupled with behavioral and electrophysiological analysis, showed that excitatory neurons expressing somatostatin (SOM) include T-type cells, whose ablation causes loss of mechanical pain. Inhibitory neurons marked by the expression of dynorphin (Dyn) represent INs, which are necessary to gate Aβ fibers from activating SOM(+) neurons to evoke pain. Therefore, peripheral mechanical nociceptors and Aβ mechanoreceptors, together with spinal SOM(+) excitatory and Dyn(+) inhibitory neurons, form a microcircuit that transmits and gates mechanical pain. PAPERCLIP:

Whole-cell patch-clamp recordings followed by histochemical staining and single-cell RT-PCR were obtained from 180 Martinotti interneurones located in layers II to VI of the somatosensory cortex of Wistar rats (P13-P16) in order to examine their anatomical, electrophysiological and molecular properties. Martinotti cells (MCs) mostly displayed ovoid-shaped somata, bitufted dendritic morphologies, and axons with characteristic spiny boutons projecting to layer I and spreading horizontally across neighbouring columns more than 1 mm. Electron microscopic examination of MC boutons revealed that all synapses were symmetrical and most synapses (71%) were formed onto dendritic shafts. MCs were found to contact tuft, apical and basal dendrites in multiple neocortical layers: layer II/III MCs targeted mostly layer I and to a lesser degree layer II/III; layer IV MCs targeted mostly layer IV and to a lesser degree layer I; layer V and VI MCs targeted mostly layer IV and layer I and to a lesser degree the layer in which their somata was located. MCs typically displayed spike train accommodation (90%; n = 127) in response to depolarizing somatic current injections, but some displayed non-accommodating (8%) and a few displayed irregular spiking responses (2%). Some accommodating and irregular spiking MCs also responded initially with bursts (17%). Accommodating responses were found in all layers, non-accommodating mostly in upper layers and bursting mostly in layer V. Single-cell multiplex RT-PCR performed on 63 MCs located throughout layers II-VI, revealed that all MCs were somatostatin (SOM) positive, and negative for parvalbumin (PV) as well as vasoactive intestinal peptide (VIP). Calbindin (CB), calretinin (CR), neuropeptide Y (NPY) and cholecystokinin (CCK) were co- expressed with SOM in some MCs. Some layer-specific trends seem to exist. Finally, 24 accommodating MCs were examined for the expression of 26 ion channel genes. The ion channels with the highest expression in these MCs were (from highest to lowest); Cabeta1, Kv3.3, HCN4, Cabeta4, Kv3.2, Kv3.1, Kv2.1, HCN3, Caalpha1G, Kv3.4, Kv4.2, Kv1.1 and HCN2. In summary, this study provides the first detailed analysis of the anatomical, electrophysiological and molecular properties of Martinotti cells located in different neocortical layers. It is proposed that MCs are crucial interneurones for feedback inhibition in and between neocortical layers and columns.

Dietary supplementation with omega-3 (ω-3) fatty acids is a safe, economical mean of preventive medicine that has shown protection against several neurologic disorders. The present study tested the hypothesis that this method is protective against controlled cortical impact (CCI). Indeed, mice fed with ω-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA)-enriched diet for 2 months exhibited attenuated short and long-term behavioral deficits due to CCI. Although ω-3 PUFAs did not decrease cortical lesion volume, these fatty acids did protect against hippocampal neuronal loss after CCI and reduced pro-inflammatory response. Interestingly, ω-3 PUFAs prevented the loss of myelin basic protein (MPB), preserved the integrity of the myelin sheath, and maintained the nerve fiber conductivity in the CCI model. ω-3 PUFAs also directly protected oligodendrocyte cultures from excitotoxicity and blunted the microglial activation-induced death of oligodendrocytes in microglia/oligodendrocyte cocultures. In sum, ω-3 PUFAs elicit multifaceted protection against behavioral dysfunction, hippocampal neuronal loss, inflammation, and loss of myelination and impulse conductivity. The present report is the first demonstration that ω-3 PUFAs protect against white matter injury in vivo and in vitro. The protective impact of ω-3 PUFAs supports the clinical use of this dietary supplement as a prophylaxis against traumatic brain injury and other nervous system disorders.

The mammalian brain is composed of diverse neuron types that play different functional roles. Recent single-cell RNA sequencing approaches have led to a whole brain taxonomy of transcriptomically-defined cell types, yet cell type definitions that include multiple cellular properties can offer additional insights into a neuron's role in brain circuits. While the Patch-seq method can investigate how transcriptomic properties relate to the local morphological and electrophysiological properties of cell types, linking transcriptomic identities to long-range projections is a major unresolved challenge. To address this, we collected coordinated Patch-seq and whole brain morphology data sets of excitatory neurons in mouse visual cortex. From the Patch-seq data, we defined 16 integrated morpho-electric-transcriptomic (MET)-types; in parallel, we reconstructed the complete morphologies of 300 neurons. We unified the two data sets with a multi-step classifier, to integrate cell type assignments and interrogate cross-modality relationships. We find that transcriptomic variations within and across MET-types correspond with morphological and electrophysiological phenotypes. In addition, this variation, along with the anatomical location of the cell, can be used to predict the projection targets of individual neurons. We also shed new light on infragranular cell types and circuits, including cell-type-specific, interhemispheric projections. With this approach, we establish a comprehensive, integrated taxonomy of excitatory neuron types in mouse visual cortex and create a system for integrated, high-dimensional cell type classification that can be extended to the whole brain and potentially across species.

Abstract Viruses pose a constant threat to human health. As a result our innate immune system has evolved multiple strategies to detect the presence of intracellular viral ‘pathogen-associated molecular patterns’ (PAMPs) ( 1 ). The full repertoire of human immune sensors and their PAMP ligands are not completely understood. Here we report that human NLRP1 senses and is activated by 3C proteases (3Cpros) of enteroviruses. Mechanistically, 3Cpros cleave human NLRP1 at a single site immediately after its primate-specific PYRIN domain, leading to oligomerization of its C-terminal fragment. Expression of 3Cpros in primary human cells cause NLRP1-dependent ASC oligomerization, pyroptotic cell death and IL-1 secretion. Consistent with our observation that NLRP1 is the predominant endogenous inflammasome sensor in human airway epithelium, we find that its genetic deletion, or that of ASC, abrogates IL-18 secretion from rhinovirus (HRV)-infected primary human bronchial epithelial cells. Our findings identify the first cognate PAMP ligand for human NLRP1 and assign a new function for the NLRP1 inflammasome in human antiviral immunity and airway inflammation. These results challenge the widely held notion that viral proteases largely serve to disable host immune sensing, and suggest that the human NLRP1 inflammasome may be a therapeutic target to treat inflammatory airway diseases including asthma. One Sentence Summary Human NLRP1 is activated by enteroviral 3C proteases