Published September 2, 2023 | Version v1
Publication Open

Deciphering migraine pain mechanisms through electrophysiological insights of trigeminal ganglion neurons

Creators

  • 1. Chulalongkorn University

Description

Migraine is a complex neurological disorder that affects millions of people worldwide. Despite extensive research, the underlying mechanisms that drive migraine pain and related abnormal sensation symptoms, such as hyperalgesia, allodynia, hyperesthesia, and paresthesia, remain poorly understood. One of the proposed mechanisms is cortical spreading depression (CSD), which is believed to be involved in the regulation of trigeminovascular pathways by sensitizing the pain pathway. Another mechanism is serotonin depletion, which is implicated in many neurological disorders and has been shown to exacerbate CSD-evoked pain at the cortical level. However, the effects of CSD and serotonin depletion on trigeminal ganglion neurons, which play a critical role in pain signal transmission, have not been thoroughly studied. In this study, we aimed to investigate the association between CSD and serotonin depletion with peripheral sensitization processes in nociceptive small-to-medium (SM) and large (L) -sized trigeminal ganglion neurons at the electrophysiological level using rat models. We divided the rats into four groups: the control group, the CSD group, the serotonin depletion group, and the CSD/serotonin depletion group. We induced CSD by placing KCl on a burr hole and serotonin depletion by intraperitoneal injection of PCPA (para-chlorophenoxyacetic acid). We then isolated trigeminal ganglion neurons from all groups and classified them according to size. Using patch-clamp recording, we recorded the excitability parameters and action potential (AP) properties of the collected neurons. Our results showed that in SM-sized trigeminal ganglion neurons, the CSD-SM and CSD/serotonin depletion groups had a higher positive resting membrane potential (RMP) than the control-SM group (p = 0.001 and p = 0.002, respectively, post-hoc Tukey's test). In addition, the gap between RMP and threshold in the CSD-SM group was significantly narrower than in the control-SM group (p = 0.043, post-hoc Tukey's test). For L-sized neurons, we observed prolongation of the AP rising time, AP falling time, and AP duration in neurons affected by CSD (p < 0.05, pairwise comparison test). In conclusion, our study provides new insights into the underlying mechanisms of migraine pain and abnormal somatosensation. CSD and serotonin depletion promote the transmission of pain signals through the peripheral sensitization process of nociceptive small-to-medium-sized trigeminal ganglion neurons, as well as nociceptive and non-nociceptive large-sized trigeminal ganglion neurons.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الصداع النصفي هو اضطراب عصبي معقد يؤثر على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. على الرغم من الأبحاث المكثفة، فإن الآليات الأساسية التي تسبب آلام الصداع النصفي وأعراض الإحساس غير الطبيعية ذات الصلة، مثل فرط التألم والألم الخيفي وفرط الإحساس والتنمل، لا تزال غير مفهومة بشكل جيد. إحدى الآليات المقترحة هي اكتئاب الانتشار القشري (CSD)، والذي يُعتقد أنه يشارك في تنظيم مسارات ثلاثي التوائم والأوعية الدموية من خلال توعية مسار الألم. آلية أخرى هي استنفاد السيروتونين، والذي يتورط في العديد من الاضطرابات العصبية وقد ثبت أنه يؤدي إلى تفاقم الألم الناجم عن CSD على المستوى القشري. ومع ذلك، فإن آثار CSD ونضوب السيروتونين على الخلايا العصبية للعقدة ثلاثية التوائم، والتي تلعب دورًا حاسمًا في نقل إشارة الألم، لم يتم دراستها بدقة. في هذه الدراسة، استهدفنا التحقيق في الارتباط بين CSD ونضوب السيروتونين مع عمليات التوعية الطرفية في مستقبلات الألم الصغيرة إلى المتوسطة (SM) والكبيرة (L) - حجم الخلايا العصبية للعقد ثلاثية التوائم على المستوى الفيزيولوجي الكهربائي باستخدام نماذج الفئران. قسمنا الفئران إلى أربع مجموعات: المجموعة الضابطة، ومجموعة CSD، ومجموعة استنفاد السيروتونين، ومجموعة استنفاد CSD/السيروتونين. لقد تسببنا في CSD عن طريق وضع KCl على ثقب لدغ واستنفاد السيروتونين عن طريق الحقن داخل الصفاق لـ PCPA (حمض بارا- كلوروفينوكسي أسيتيك). ثم عزلنا الخلايا العصبية للعقدة ثلاثية التوائم من جميع المجموعات وقمنا بتصنيفها وفقًا للحجم. باستخدام تسجيل مشبك التصحيح، قمنا بتسجيل معلمات الاستثارة وخصائص جهد الفعل (AP) للخلايا العصبية التي تم جمعها. أظهرت نتائجنا أنه في الخلايا العصبية للعقدة ثلاثية التوائم ذات حجم SM، كان لمجموعات استنزاف CSD - SM و CSD/السيروتونين جهد غشاء راحة إيجابي أعلى (RMP) من مجموعة التحكم SM (p = 0.001 و p = 0.002، على التوالي، اختبار توكي اللاحق). بالإضافة إلى ذلك، كانت الفجوة بين RMP والعتبة في مجموعة CSD - SM أضيق بكثير من المجموعة الضابطة SM (p = 0.043، اختبار Tukey اللاحق). بالنسبة للخلايا العصبية بحجم L، لاحظنا إطالة وقت ارتفاع AP، ووقت سقوط AP، ومدة AP في الخلايا العصبية المتأثرة بـ CSD (p < 0.05، اختبار المقارنة الزوجية). في الختام، تقدم دراستنا رؤى جديدة حول الآليات الكامنة وراء آلام الصداع النصفي والإحساس الجسدي غير الطبيعي. يعزز استنفاد CSD والسيروتونين نقل إشارات الألم من خلال عملية التوعية الطرفية للعصبونات ثلاثية التوائم صغيرة إلى متوسطة الحجم المستقبلة للألم، وكذلك العصبونات ثلاثية التوائم كبيرة الحجم المستقبلة للألم وغير المستقبلة للألم.

Translated Description (French)

La migraine est un trouble neurologique complexe qui touche des millions de personnes dans le monde. Malgré des recherches approfondies, les mécanismes sous-jacents qui entraînent la douleur migraineuse et les symptômes de sensation anormale associés, tels que l'hyperalgésie, l'allodynie, l'hyperesthésie et la paresthésie, restent mal compris. L'un des mécanismes proposés est la dépression corticale (CSD), qui serait impliquée dans la régulation des voies trigéminovasculaires en sensibilisant la voie de la douleur. Un autre mécanisme est la déplétion en sérotonine, qui est impliquée dans de nombreux troubles neurologiques et dont il a été démontré qu'elle exacerbe la douleur provoquée par le TCC au niveau cortical. Cependant, les effets de la CDD et de l'épuisement de la sérotonine sur les neurones ganglionnaires du trijumeau, qui jouent un rôle essentiel dans la transmission du signal de douleur, n'ont pas été étudiés de manière approfondie. Dans cette étude, nous avons cherché à étudier l'association entre le CSD et la déplétion en sérotonine avec les processus de sensibilisation périphérique dans les neurones ganglionnaires trijumeaux nociceptifs de petite à moyenne taille (SM) et de grande taille (L) au niveau électrophysiologique en utilisant des modèles de rat. Nous avons divisé les rats en quatre groupes : le groupe témoin, le groupe CSD, le groupe de déplétion en sérotonine et le groupe de déplétion CSD/sérotonine. Nous avons induit des CSD en plaçant du KCl sur un trou de fraise et une déplétion en sérotonine par injection intrapéritonéale de PCPA (acide para-chlorophénoxyacétique). Nous avons ensuite isolé les neurones ganglionnaires trijumeaux de tous les groupes et les avons classés en fonction de leur taille. À l'aide de l'enregistrement par patch-clamp, nous avons enregistré les paramètres d'excitabilité et les propriétés du potentiel d'action (PA) des neurones collectés. Nos résultats ont montré que dans les neurones ganglionnaires du trijumeau de taille SM, les groupes CSD-SM et CSD/déplétion sérotoninergique avaient un potentiel de membrane au repos (RMP) positif plus élevé que le groupe témoin-SM (p = 0,001 et p = 0,002, respectivement, test de Tukey post-hoc). De plus, l'écart entre la RMP et le seuil dans le groupe CSD-SM était significativement plus étroit que dans le groupe témoin-SM (p = 0,043, test de Tukey post-hoc). Pour les neurones de taille L, nous avons observé un allongement du temps de montée du PA, du temps de chute du PA et de la durée du PA dans les neurones affectés par le CSD (p < 0,05, test de comparaison par paires). En conclusion, notre étude fournit de nouvelles informations sur les mécanismes sous-jacents de la douleur migraineuse et de la somatosensation anormale. Le CSD et l'épuisement de la sérotonine favorisent la transmission des signaux de douleur par le processus de sensibilisation périphérique des neurones ganglionnaires trijumeaux nociceptifs de petite à moyenne taille, ainsi que des neurones ganglionnaires trijumeaux nociceptifs et non nociceptifs de grande taille.

Translated Description (Spanish)

La migraña es un trastorno neurológico complejo que afecta a millones de personas en todo el mundo. A pesar de una extensa investigación, los mecanismos subyacentes que impulsan el dolor de migraña y los síntomas de sensación anormal relacionados, como la hiperalgesia, la alodinia, la hiperestesia y la parestesia, siguen siendo poco conocidos. Uno de los mecanismos propuestos es la depresión de propagación cortical (CSD), que se cree que está involucrada en la regulación de las vías trigeminovasculares al sensibilizar la vía del dolor. Otro mecanismo es el agotamiento de la serotonina, que está implicado en muchos trastornos neurológicos y se ha demostrado que exacerba el dolor evocado por la DCS a nivel cortical. Sin embargo, los efectos de la CSD y el agotamiento de la serotonina en las neuronas ganglionares del trigémino, que desempeñan un papel fundamental en la transmisión de señales de dolor, no se han estudiado a fondo. En este estudio, nuestro objetivo fue investigar la asociación entre la CSD y el agotamiento de la serotonina con los procesos de sensibilización periférica en neuronas ganglionares del trigémino nociceptivas de tamaño pequeño a mediano (SM) y grande (L) a nivel electrofisiológico utilizando modelos de rata. Dividimos a las ratas en cuatro grupos: el grupo de control, el grupo CSD, el grupo de agotamiento de serotonina y el grupo de agotamiento de serotonina/CSD. Indujimos CSD colocando KCl en un agujero de trepanación y agotamiento de serotonina por inyección intraperitoneal de PCPA (ácido para-clorofenoxiacético). A continuación, aislamos las neuronas ganglionares del trigémino de todos los grupos y las clasificamos según su tamaño. Usando el registro de pinzamiento zonal, registramos los parámetros de excitabilidad y las propiedades del potencial de acción (AP) de las neuronas recolectadas. Nuestros resultados mostraron que en las neuronas ganglionares del trigémino de tamaño SM, los grupos de depleción de CSD-SM y CSD/serotonina tenían un potencial de membrana en reposo (RMP) positivo más alto que el grupo de control-SM (p = 0.001 y p = 0.002, respectivamente, prueba de Tukey post-hoc). Además, la brecha entre RMP y el umbral en el grupo CSD-SM fue significativamente más estrecha que en el grupo control-SM (p = 0.043, prueba de Tukey post-hoc). Para las neuronas de tamaño L, observamos la prolongación del tiempo de aumento de AP, el tiempo de caída de AP y la duración de AP en las neuronas afectadas por CSD (p < 0.05, prueba de comparación por pares). En conclusión, nuestro estudio proporciona nuevos conocimientos sobre los mecanismos subyacentes del dolor de migraña y la somatosensación anormal. La CSD y el agotamiento de la serotonina promueven la transmisión de señales de dolor a través del proceso de sensibilización periférica de las neuronas ganglionares del trigémino nociceptivas de tamaño pequeño a mediano, así como de las neuronas ganglionares del trigémino nociceptivas y no nociceptivas de gran tamaño.

Files

s41598-023-41521-7.pdf.pdf

Files (2.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:da9fedcf50c7518d379077416fcb9418
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
فك تشفير آليات ألم الصداع النصفي من خلال الرؤى الفيزيولوجية الكهربية للعصبونات ثلاثية التوائم
Translated title (French)
Déchiffrer les mécanismes de la douleur migraineuse grâce à des informations électrophysiologiques sur les neurones ganglionnaires du trijumeau
Translated title (Spanish)
Descifrar los mecanismos del dolor de la migraña a través de conocimientos electrofisiológicos de las neuronas ganglionares del trigémino

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386391071
DOI
10.1038/s41598-023-41521-7

Is supplement to
https://openalex.org/W4388166241 (Other)
https://openalex.org/W2891055556 (Other)
https://openalex.org/W2165580339 (Other)
https://openalex.org/W2136164241 (Other)
https://openalex.org/W2128692107 (Other)
https://openalex.org/W2127152798 (Other)
https://openalex.org/W2109254845 (Other)
https://openalex.org/W1990308378 (Other)
https://openalex.org/W1964759322 (Other)
https://openalex.org/W1563787979 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1521741140
  • https://openalex.org/W1567052617
  • https://openalex.org/W1883044208
  • https://openalex.org/W1957395289
  • https://openalex.org/W1971742587
  • https://openalex.org/W1974033774
  • https://openalex.org/W1974515050
  • https://openalex.org/W1976505981
  • https://openalex.org/W1993877941
  • https://openalex.org/W2005993198
  • https://openalex.org/W2015652178
  • https://openalex.org/W2018195728
  • https://openalex.org/W2023073151
  • https://openalex.org/W2027407672
  • https://openalex.org/W2033515726
  • https://openalex.org/W2039285818
  • https://openalex.org/W2042624620
  • https://openalex.org/W2049360101
  • https://openalex.org/W2062004793
  • https://openalex.org/W2066080151
  • https://openalex.org/W2066875663
  • https://openalex.org/W2075004715
  • https://openalex.org/W2082358684
  • https://openalex.org/W2084311288
  • https://openalex.org/W2084536364
  • https://openalex.org/W2086696719
  • https://openalex.org/W2094043543
  • https://openalex.org/W2102657388
  • https://openalex.org/W2103728834
  • https://openalex.org/W2106164636
  • https://openalex.org/W2111631879
  • https://openalex.org/W2128985151
  • https://openalex.org/W2140665454
  • https://openalex.org/W2142154103
  • https://openalex.org/W2144759791
  • https://openalex.org/W2150027687
  • https://openalex.org/W2152830480
  • https://openalex.org/W2156503648
  • https://openalex.org/W2162056974
  • https://openalex.org/W2168163562
  • https://openalex.org/W2286636876
  • https://openalex.org/W2556786246
  • https://openalex.org/W2770002734
  • https://openalex.org/W2806506269
  • https://openalex.org/W2884638905
  • https://openalex.org/W2986287189
  • https://openalex.org/W2986783054
  • https://openalex.org/W3007908444
  • https://openalex.org/W3021063050
  • https://openalex.org/W3095286159
  • https://openalex.org/W3185128943
  • https://openalex.org/W4297311846
  • https://openalex.org/W4311824265
  • https://openalex.org/W4312070455
  • https://openalex.org/W4323047991
  • https://openalex.org/W62603772