Phenotypic modification of dorsal root ganglion (DRG) neurons represents an important mechanism underlying neuropathic pain. However, the nerve injury-induced molecular changes are not fully identified. To determine the molecular alterations in a broader way, we have carried out cDNA array on the genes mainly made from the cDNA libraries of lumbar DRGs of normal rats and of rats 14 days after peripheral axotomy. Of the 7,523 examined genes and expressed sequence tags (ESTs), the expression of 122 genes and 51 expressed sequence tags is strongly changed. These genes encompass a large number of members of distinct families, including neuropeptides, receptors, ion channels, signal transduction molecules, synaptic vesicle proteins, and others. Of particular interest is the up-regulation of γ-aminobutyric acid A receptor α5 subunit, peripheral benzodiazepine receptor, nicotinic acetylcholine receptor α7 subunit, P2Y1 purinoceptor, Na + channel β2 subunit, and L-type Ca 2+ channel α2δ-1 subunit. Our findings therefore reveal dynamic and complex changes in molecular diversity among DRG neurons after axotomy.

Sensory neurons are distinguished by distinct signaling networks and receptive characteristics. Thus, sensory neuron types can be defined by linking transcriptome-based neuron typing with the sensory phenotypes. Here we classify somatosensory neurons of the mouse dorsal root ganglion (DRG) by high-coverage single-cell RNA-sequencing (10 950 ± 1 218 genes per neuron) and neuron size-based hierarchical clustering. Moreover, single DRG neurons responding to cutaneous stimuli are recorded using an in vivo whole-cell patch clamp technique and classified by neuron-type genetic markers. Small diameter DRG neurons are classified into one type of low-threshold mechanoreceptor and five types of mechanoheat nociceptors (MHNs). Each of the MHN types is further categorized into two subtypes. Large DRG neurons are categorized into four types, including neurexophilin 1-expressing MHNs and mechanical nociceptors (MNs) expressing BAI1-associated protein 2-like 1 (Baiap2l1). Mechanoreceptors expressing trafficking protein particle complex 3-like and Baiap2l1-marked MNs are subdivided into two subtypes each. These results provide a new system for cataloging somatosensory neurons and their transcriptome databases.

Abstract The eukaryotic chaperonin TRiC/CCT assists the folding of about 10% of cytosolic proteins through an ATP-driven conformational cycle, and the essential cytoskeleton protein tubulin is the obligate substrate of TRiC. Here, we present an ensemble of cryo-EM structures of human TRiC throughout its ATPase cycle, with three of them revealing endogenously engaged tubulin in different folding stages. Our structural and XL-MS analyses suggested a gradual upward translocation and stabilization of tubulin within the TRiC chamber accompanying TRiC ring closure. Remarkably, in the closed TRiC-tubulin-S3 map resolved to 3.1-Å-resolution, we captured a near-natively folded tubulin. We found the near-natively folded tubulin engaging through its N and C domains mainly with the A and I domains of the CCT3/6/8 subunits through electrostatic and hydrophilic interactions, while the tubulin I domain was found to remain dynamic. Moreover, we also showed the potential role of TRiC C-terminal tails in substrate stabilization and folding. Our study delineates the pathway and molecular mechanism of TRiC-mediated tubulin folding conjugated with TRiC ATPase cycle, and may also inform the design of therapeutic agents targeting TRiC-tubulin interactions.

Abstract Microtubules are hollow α/β-tubulin heterodimeric polymers playing critical roles in cells. In vertebrates, both α- and β-tubulin have multiple isotypes encoded by different genes, which are intrinsic factors in regulating microtubule functions. However, structures of microtubules composed of different tubulin isotypes, especially α-tubulin isotypes, remain largely unknown. Here, we purified recombinant tubulin heterodimers composed of different mouse α-tubulin isotypes, including α1A, α1C and α4A, with β-tubulin isotype β2A. We further assembled and determined the cryo-electron microscopy (cryo-EM) structures of α1A/β2A, α1C/β2A, and α4A/β2A microtubules. Our structural analysis demonstrated that α4A/β2A microtubules exhibit a longitudinal contraction between tubulin interdimers compared with α1A/β2A and α1C/β2A microtubules. Collectively, our findings reveal that α-tubulin isotype composition could tune microtubule structures, and also provide evidence for the “tubulin code” hypothesis.

Multisystem manifestations in myotonic dystrophy type 1 (DM1) may be due to dosage reduction in multiple genes induced by aberrant expansion of CTG repeats in DMPK, including Dmpk and its neighboring genes (Six5 or Dmwd) and downstream Mbnl1. However, the direct evidences are lack. Here, we develop a new strategy to generate mice carrying multigene mutations in one step by injection of haploid embryonic stem cells with mutant Dmpk, Six5 and Mbnl1 into oocytes. The triple heterozygous mutant mice exhibit adult-onset DM1 phenotypes. With the additional mutation in Dmwd, quadruple heterozygous mutant mice recapitulate many major manifestations in congenital DM1. Moreover, muscle stem cells in both models display reduced stemness. Our results suggest that the complex symptoms of DM1 result from the reduced gene dosage of multiple genes.