495회

Imaging Pain

김유신 교수 (University of Texas Medical Branch (UTMB))

Imaging neuronal activity in primary sensory neurons from tissue explants and slices has been a challenge given that other cells and tissues densely surround their nerve endings and cell bodies. 

I have been able to solve this problem by specifically expressing a genetically-encoded Ca2+ indicator in almost all dorsal root ganglion (DRG) and trigeminal ganglion (TG) neurons in Pirt-GCaMP3 mice. Using this technique, and a chronic constriction injury model (CCI), I detected robust neuronal hypersensitivity in injured and uninjured nerves in the skin, cell bodies in TG, and central terminals in the spinal trigeminal nucleus (Kim et al., neuron). 

Strikingly, extensive TRPV1 hyperactivity was observed in central terminals innervating all dorsal horn laminae and was maintained by upregulated descending serotonergic input from the brainstem.

Presently we have acquired and developed tools in collaboration with Dr. Ginty’s group to visualize specific types of primary sensory cells using transgenic mice: peptidergic neurons by CGRP, nonpeptidergic neurons by MrgprD and Pirt2, itch neurons by MrgprA3 & C, C-lowthreshold mechanoreceptors (LTMRs) by TH, Aδ-LTMRs by TrkB, Aβ RA-LTMRs by Npy2r, Aβ SA-LTMRs by TrkC.

I have also developed a novel functional assay by combining in vivo imaging and recording in intact DRG. Using this assay, I examined roles of nociceptive afferent terminals, DRG, and spinal cord neurons in chronic pain models. This technigue allowed me to determine which types of neurons were being activated. Next, I sought to explore the neural circuit mechanism for somatosensation. I discovered that Aβ and pain sensing neurons fired together when only mechanical stimuli were applied after nerve injury. Gap junctions mechanically and electrically couple them after chronic pain conditions and diseases for generating allodynia, hyperalgesia and/or referral pain.

This is an essential step in understanding how identified primary sensory neurons and their neural circuits generate patterned activity. I have imaged from (1) intact DRG neurons (Fig. 1), (2) peripheral fibers and terminals in the skin and central terminals in spinal cord level (Fig. 1), and (3) in vivo intact DRG with specific markers (combined with electrode recordings, unpublished data). These data illuminate how primary sensory neurons, that generate activities and pattern in peripheral terminals, cell bodies, and central terminals in identified cells and networks, fire and compute during various forms of somatosensation. To achieve these goals, I am collaborating with Dr. Mike Caterina, Dr. Richard Miller, and Dr. Ron Dubner group.

Education & Research Experiences

03/1992 – 02/1999 B.S. (Biochemistry), Kangwon National University, South Korea 

03/1999 – 02/2001 M.S. (Biochemistry), Kangwon National University, South Korea 

07/2003 – 03/2010 Ph.D. (Neuroscience), Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, U.S.A. 

03/2010 – 07/2015 Postdoc. (Neuroscience), Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, U.S.A. 

2015/07_현재 Assistant Professor Department of Neuroscience & Cell Biology University of Texas Medical Branch 

Papers

Kim YS*, Park K, Xu Q, Saijilafu, Han L, Zhe L, Young L, LaVinka PC, He SQ, Zhou F, Guan Y, Caterina MJ, Dong X* (2015) Cell to cell coupling activation of primary sensory neurons contributes to chronic pain. The 46th meeting of the International Narcotics Research Conference (INRC), Phoenix, AZ. * co-corresponding author.외 16여편