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Fangyuan Zhou

• Slack (sequence like a Ca2+ -activated K + channel; also termed Slo2.2, Kcnt1, or KNa 1.1) is a Na+ -activated K + channel that is highly expressed in the peripheral and central nervous system. Previous studies have shown that Slack is enriched in the isolectin B4binding, non-peptidergic subpopulation of C-fiber sensory neurons and that Slack controls the sensory input in neuropathic pain. Recent single-cell RNA-sequencing studies suggested that Slack is highly co-expressed with transient receptor potential (TRP) ankyrin 1 (TRPA1) in sensory neurons. By using in situ hybridization and immunostaining we confirmed that Slack is highly co-localized with TRPA1 in sensory neurons, but only to a minor extent with TRP vanilloid 1. Mice lacking Slack globally or conditionally in sensory neurons (SNS-Slack─/─ ), but not mice lacking Slack conditionally in neurons of the spinal dorsal horn (Lbx1-Slack─/─ ), displayed increased pain behavior after intraplantar injection of the TRPA1 activator allyl isothiocyanate. Patch-clamp recordings with cultured primary neurons and in a HEK-293 cell line transfected with TRPA1 and Slack revealed that Slack-dependent K + currents are modulated in a TRPA1-dependent manner. Taken together, these findings highlight Slack as a modulator of TRPA1-mediated activation of sensory neurons. Furthermore, we investigated the contribution of Slack in the spinal dorsal horn to pain processing. Lbx1-Slack ─/─ mice demonstrated normal basal pain sensitivity and Complete Freund’s Adjuvant-induced inflammatory pain. Interestingly, we observed a significantly increased spared nerve injury (SNI)-induced neuropathic pain hypersensitivity in Lbx1-Slack ─/─ mutants compared to control littermates. Moreover, we tested the effects of pharmacological Slack activation in the SNI model. Systemic and intrathecal, but not intraplantar administration of the Slack opener loxapine significantly alleviated SNI-induced hypersensitivity in control mice, but only slightly in Lbx1Slack ─/─ mice, further supporting the inhibitory function of Slack in spinal dorsal horn neurons in neuropathic pain processing. Altogether, our data suggest that Slack in sensory neurons controls TRPA1-induced pain, whereas Slack in spinal dorsal horn neurons inhibits peripheral nerve injury induced neuropathic pain. These data provide further insights into the molecular mechanisms of pain sensation.
• Slack (englisch “sequence like a Ca2+-activated K+ channels”, auch als Slo2.2, Kcnt1, oder KNa1.1 bezeichnet) ist ein natriumabhängiger Kaliumkanal, der im peripheren und zentralen Nervensystem exprimiert wird. Frühere Studien konnten zeigen, dass Slack in Isolektin B4- bindenden sensorischen Neuronen lokalisiert ist. Diese Neurone werden der nicht-peptidergen Subpopulation der C-Fasern zugeordnet, einer Gruppe, die verschiedene eintreffende sensorische Informationen verarbeitet. In vorangegangenen Einzelzell-RNA Sequenzierungsexperimenten wurde herausgefunden, dass Slack mit dem Ionenkanal TRPA1 (transient receptor potential ankyrin 1) co-kolokalisiert ist. In dieser Arbeit konnte mit in-situ Hybridisierung und immunhistochemischen Methoden bestätigt werden, dass Slack hauptsächlich in TRPA1-positiven Neuronen, jedoch nur in geringem Ausmaß in TRPV1 (transient receptor potential vanilloid 1) -positiven Neuronen exprimiert wird. Mäuse, bei denen Slack global oder gewebespezifisch in sensorischen Neuronen deletiert ist, zeigten nach intraplantarer Gabe des TRPA1-Aktivators Allylisothiocyanat ein stärkeres Schmerzverhalten als die entsprechenden Kontrolltiere. In Mäusen, bei denen Slack gewebespezifisch in Neuronen des Dorsalhorns (Lbx1-Slack─/─) deletiert ist, konnte nach Applikation von Allylisothiocyanat kein Verhaltensunterschied im Vergleich zu Kontrolltieren festgestellt werden. Elektrophysiologische Untersuchungen an sensorischen Neuronen und an HEK 293 Zellen, die mit Slack und TRPA1 transfiziert wurden, enthüllten, dass Slack-abhängige Kaliumströme TRPA1-abhängig moduliert werden. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass Slack die TRPA1-abhängige Aktivierung von sensorischen Neuronen beeinflussen kann. Des Weiteren wurde der Einfluss von Slack im Dorsalhorn des Rückenmarks auf die Schmerzverarbeitung untersucht. Lbx1-Slack─/─ Mäuse zeigten ein normales Schmerzverhalten, sowohl in Modellen der akuten Nozizeption als auch in einem Modell für entzündliche Schmerzen. Interessanterweise zeigten die Lbx1-Slack─/─ Mäuse jedoch im “spared nerve injury” (SNI) Modell für neuropathische Schmerzen eine stärkere Schmerzreaktion als Kontrolltiere. Darüber hinaus wurde nach systemischer und intrathekaler Applikation des Slack-Aktivators Loxapin die Schmerzreaktion reduziert, jedoch nicht nach intraplantarer Injektion. Dies weist auf eine schmerzhemmende Funktion von Slack im Dorsalhorn bei neuropathischen Schmerzen hin. Insgesamt zeigen die erhobenen Daten, dass Slack im sensorischen System die TRPA1-abhängige Schmerzreaktion moduliert, während Slack im Dorsalhorn periphere neuropathische Schmerzen moduliert. Diese Daten gewähren tiefere Einblicke in die molekularen Mechanismen der Schmerzverarbeitung.