Mapping the early steps in the pH-induced conformational conversion of the prion protein

Under certain conditions, the prion protein (PrP) undergoes a conformational change from the normal cellular isoform, PrPC, to PrPSc, an infectious isoform capable of causing neurodegenerative diseases in many mammals. Conversion can be triggered by low pH, and in vivo this appears to take place in an endocytic pathway and/or caveolae-like domains. It has thus far been impossible to characterize the conformational change at high resolution by experimental methods. Therefore, to investigate the effect of acidic pH on PrP conformation, we have performed 10-ns molecular dynamics simulations of PrPC in water at neutral and low pH. The core of the protein is well maintained at neutral pH. At low pH, however, the protein is more dynamic, and the sheet-like structure increases both by lengthening of the native β-sheet and by addition of a portion of the N terminus to widen the sheet by another two strands. The side chain of Met-129, a polymorphic codon in humans associated with variant Creutzfeldt–Jakob disease, pulls the N terminus into the sheet. Neutralization of Asp-178 at low pH removes interactions that inhibit conversion, which is consistent with the Asp-178–Asn mutation causing human prion diseases.

Negative pH, efflorescent mineralogy, and consequences for environmental restoration at the Iron Mountain Superfund site, California

The Richmond Mine of the Iron Mountain copper deposit contains some of the most acid mine waters ever reported. Values of pH have been measured as low as −3.6, combined metal concentrations as high as 200 g/liter, and sulfate concentrations as high as 760 g/liter. Copious quantities of soluble metal sulfate salts such as melanterite, chalcanthite, coquimbite, rhomboclase, voltaite, copiapite, and halotrichite have been identified, and some of these are forming from negative-pH mine waters. Geochemical calculations show that, under a mine-plugging remediation scenario, these salts would dissolve and the resultant 600,000-m3 mine pool would have a pH of 1 or less and contain several grams of dissolved metals per liter, much like the current portal effluent water. In the absence of plugging or other at-source control, current weathering rates indicate that the portal effluent will continue for approximately 3,000 years. Other remedial actions have greatly reduced metal loads into downstream drainages and the Sacramento River, primarily by capturing the major acidic discharges and routing them to a lime neutralization plant. Incorporation of geochemical modeling and mineralogical expertise into the decision-making process for remediation can save time, save money, and reduce the likelihood of deleterious consequences.

Early events in poliovirus infection: virus-receptor interactions.

The interaction of poliovirus with its cell receptor initiates conformational changes that lead to uncoating of the viral RNA. Three types of genetic analyses have been used to study the poliovirus-receptor interaction: (i) mutagenesis of the poliovirus receptor (PVR), (ii) selection of viral mutants resistant to neutralization with soluble PVR, and (iii) selection of viral variants adapted to use mutant PVRs. The results of these studies show that a small portion of the first immunoglobulin-like domain of PVR contacts viral residues within a deep depression on the surface of the capsid that encircles the fivefold axis of symmetry. Viral capsid residues that influence the interaction with PVR are also found in locations such as the capsid interior that cannot directly contact PVR. These mutations might influence the ability of the capsid to undergo receptor-mediated conformational transitions that are necessary for high-affinity interactions with PVR.

DNA bending by hexamethylene-tethered ammonium ions.

DNA is bent when complexed with certain proteins. We are exploring the hypothesis that asymmetric neutralization of phosphate charges will cause the DNA double helix to collapse toward the neutralized face. We have previously shown that DNA spontaneously bends toward one face of the double helix when it is partially substituted with neutral methylphosphonate linkages. We have now synthesized DNA duplexes in which cations are tethered by hexamethylene chains near specific phosphates. Electrophoretic phasing experiments demonstrate that tethering six ammonium ions on one helical face causes DNA to bend by approximately 5 degrees toward that face, in qualitative agreement with predictions. Ion pairing between tethered cations and DNA phosphates provides a new model for simulating the electrostatic consequences of phosphate neutralization by proteins.

Cryo-electron microscopy studies of empty capsids of human parvovirus B19 complexed with its cellular receptor.

The three-dimensional structures of human parvovirus B19 VP2 capsids, alone and complexed with its cellular receptor, globoside, have been determined to 26 resolution. The B19 capsid structure, reconstructed from cryo-electron micrographs of vitrified specimens, has depressions on the icosahedral 2-fold and 3-fold axes, as well as a canyon-like region around the 5-fold axes. Similar results had previously been found in an 8 angstrom resolution map derived from x-ray diffraction data. Other parvoviral structures have a cylindrical channel along the 5-fold icosahedral axes, whereas density covers the 5-fold axes in B19. The glycolipid receptor molecules bind into the depressions on the 3-fold axes of the B19:globoside complex. A model of the tetrasaccharide component of globoside, organized as a trimeric fiber, fits well into the difference density representing the globoside receptor. Escape mutations to neutralizing antibodies map onto th capsid surface at regions immediately surrounding the globoside attachment sites. The proximity of the antigenic epitopes to the receptor site suggests that neutralization of virus infectivity is caused by preventing attachment of viruses to cells.

The recombinant proregion of transforming growth factor beta1 (latency-associated peptide) inhibits active transforming growth factor beta1 in transgenic mice.

All three isoforms of transforming growth factors beta (TGF-betal, TGF-beta2, and TGF-beta3) are secreted as latent complexes and activated extracellularly, leading to the release of the mature cytokines from their noncovalently associated proregions, also known as latency-associated peptides (LAPs). The LAP region of TGF-beta1 was expressed in a baculovirus expression system and purified to homogeneity. In vitro assays of growth inhibition and gene induction mediated by TGF-beta3 demonstrate that recombinant TGF-beta1 LAP is a potent inhibitor of the activities of TGF-betal, -beta2, and -beta3. Effective dosages of LAP for 50% neutralization of TGF-beta activities range from 4.7- to 80-fold molar excess depending on the TGF-beta isoform and activity examined. Using 125I-labeled LAP, we show that the intraperitoneal application route is effective for systemic administration of LAP. Comparison of concentrations of LAP in tissues shows a homogenous pattern in most organs with the exception of heart and muscle, in which levels of LAP are 4- to 8-fold lower. In transgenic mice with elevated hepatic levels of bioactive TGF-betal, treatment with recombinant LAP completely reverses suppression of the early proliferative response induced by TGF-beta1 in remnant livers after partial hepatectomy. The results suggest that recombinant LAP is a potent inhibitor of bioactive TGF-beta both in vitro and in vivo, after intraperitoneal administration. Recombinant LAP should be a useful tool for novel approaches to study and therapeutically modulate pathophysiological processes mediated by TGF-beta3.

A quantitative test to estimate neutralizing antibodies to the hepatitis C virus: cytofluorimetric assessment of envelope glycoprotein 2 binding to target cells.

Hepatitis C virus (HCV) is a major cause of chronic hepatitis. The virus does not replicate efficiently in cell cultures, and it is therefore difficult to assess infection-neutralizing antibodies and to evaluate protective immunity in vitro. To study the binding of the HCV envelope to cell-surface receptors, we developed an assay to assess specific binding of recombinant envelope proteins to human cells and neutralization thereof. HCV recombinant envelope proteins expressed in various systems were incubated with human cells, and binding was assessed by flow cytometry using anti-envelope antibodies. Envelope glycoprotein 2 (E2) expressed in mammalian cells, but not in yeast or insect cells, binds human cells with high affinity (Kd approximately 10(-8) M). We then assessed antibodies able to neutralize E2 binding in the sera of both vaccinated and carrier chimpanzees, as well as in the sera of humans infected with various HCV genotypes. Vaccination with recombinant envelope proteins expressed in mammalian cells elicited high titers of neutralizing antibodies that correlated with protection from HCV challenge. HCV infection does not elicit neutralizing antibodies in most chimpanzees and humans, although low titers of neutralizing antibodies were detectable in a minority of infections. The ability to neutralize binding of E2 derived from the HCV-1 genotype was equally distributed among sera from patients infected with HCV genotypes 1, 2, and 3, demonstrating that binding of E2 is partly independent of E2 hypervariable regions. However, a mouse monoclonal antibody raised against the E2 hypervariable region 1 can partially neutralize binding of E2, indicating that at least two neutralizing epitopes, one of which is hypervariable, should exist on the E2 protein. The neutralization-of-binding assay described will be useful to study protective immunity to HCV infection and for vaccine development.

Passive immunotherapy for retroviral disease: influence of major histocompatibility complex type and T-cell responsiveness.

Administration of virus-specific antibodies is known to be an effective early treatment for some viral infections. Such immunotherapy probably acts by antibody-mediated neutralization of viral infectivity and is often thought to function independently of T-cell-mediated immune responses. In the present experiments, we studied passive antibody therapy using Friend murine leukemia virus complex as a model for an immunosuppressive retroviral disease in adult mice. The results showed that antibody therapy could induce recovery from a well-established retroviral infection. However, the success of therapy was dependent on the presence of both CD4+ and CD8+ T lymphocytes. Thus, cell-mediated responses were required for recovery from infection even in the presence of therapeutic levels of antibody. The major histocompatibility type of the mice was also an important factor determining the relative success of antibody therapy in this system, but it was less critical for low-dose than for high-dose infections. Our results imply that limited T-cell responsiveness as dictated by major histocompatibility genes and/or stage of disease may have contributed to previous immunotherapy failures in AIDS patients. Possible strategies to improve the efficacy of future therapies are discussed.

Protective immune responses induced by secretion of a chimeric soluble protein from a recombinant Mycobacterium bovis bacillus Calmette-Guérin vector candidate vaccine for human immunodeficiency virus type 1 in small animals.

A recombinant Mycobacterium bovis bacillus Calmette-Guérin (BCG) vector-based vaccine that secretes the V3 principal neutralizing epitope of human immunodeficiency virus (HIV) could induce immune response to the epitope and prevent the viral infection. By using the Japanese consensus sequence of HIV-1, we successfully constructed chimeric protein secretion vectors by selecting an appropriate insertion site of a carrier protein and established the principal neutralizing determinant (PND)-peptide secretion system in BCG. The recombinant BCG (rBCG)-inoculated guinea pigs were initially screened by delayed-type hypersensitivity (DTH) skin reactions to the PND peptide, followed by passive transfer of the DTH by the systemic route. Further, immunization of mice with the rBCG resulted in induction of cytotoxic T lymphocytes. The guinea pig immune antisera showed elevated titers to the PND peptide and neutralized HIVMN, and administration of serum IgG from the vaccinated guinea pigs was effective in completely blocking the HIV infection in thymus/liver transplanted severe combined immunodeficiency (SCID)/hu or SCID/PBL mice. In addition, the immune serum IgG was shown to neutralize primary field isolates of HIV that match the neutralizing sequence motif by a peripheral blood mononuclear cell-based virus neutralization assay. The data support the idea that the antigen-secreting rBCG system can be used as a tool for development of HIV vaccines.

Administration of interleukin 12 in combination with type II collagen induces severe arthritis in DBA/1 mice.

The induction of arthritis in DBA/1 mice usually requires immunization with the antigen type II collagen emulsified with Mycobacterium tuberculosis in oil. Here we describe that interleukin 12 (IL-12) can replace mycobacteria and cause severe arthritis of DBA/1 mice when administered in combination with type II collagen. Immunization of DBA/1 mice with type II collagen emulsified in oil alone resulted in a weak immune response, and only a few animals (10-30%) developed arthritis. Administration of IL-12 for 5 days simultaneously with each immunization strongly enhanced the anti-type II collagen immune response. Collagen-specific interferon gamma (IFN-gamma) synthesis by ex vivo activated spleen cells was enhanced 3- to 10-fold. IFN-gamma was almost completely produced by CD4+ T cells. Furthermore, the production of collagen-specific IgG2a and IgG2b antibodies was upregulated 10- to 100-fold. As a consequence, the incidence of arthritis in the group of mice immunized with collagen plus IL-12 was very high (80-100%). The developing arthritis was severe, involving approximately 50% of all limbs with strongly increased footpad thickness in most cases. Furthermore, histological examination revealed massive, mainly polymorphonuclear cell infiltration, synovial hyperplasia, cartilage and bone destruction, as well as new bone formation. In many cases, this resulted in the complete loss of joint structure. Neutralization of IFN-gamma in vivo prevented the development of arthritis in collagen-immunized and IL-12-treated mice. In conclusion, our data show that in vivo administered IL-12 can profoundly upregulate a T helper I-type autoimmune response, resulting in severe joint disease in DBA/1 mice.

Comportamento social na adolescência: as normas e a rotina na regulação da conduta delituosa

O envolvimento de adolescentes com a prática de atos infracionais, no Brasil, ocupa espaço significativo no debate público. No entanto, tal debate carece de profundidade, pois pouco se relaciona ao conhecimento cientificamente produzido sobre o fenômeno. De acordo com a literatura acadêmica especializada no tema, um melhor conhecimento dos fatores associados à pratica de atos infracionais permitiria não só auxiliar na proposição de políticas públicas voltadas à prevenção deste problema, mas também no desenvolvimento de formas mais eficientes de intervenção, baseadas nas necessidades específicas apresentadas pelos adolescentes em conflito com a lei. Em meio aos diferentes fatores que devem ser pesquisados, no presente trabalho focalizam-se especificamente aqueles subentendidos sob o conceito de Normas e de Rotina, no referencial da Teoria da Regulação Social e Pessoal da Conduta, cujo autor principal é Marc Le Blanc. Divide-se assim o presente trabalho em dois estudos. O Estudo 1 trata de regulação normativa que opera por meio do mecanismo de socialização, e se refere à internalização, pelo adolescente, das normas sociais de conduta tidas como convencionais, o que promoveria um nível de constrangimento interno capaz de atuar como barreira ao envolvimento em atividades delituosas. Nesse sentido, maior adesão às normas, menos atitudes favoráveis ao comportamento divergente, mais atitudes de respeito a figuras de autoridade, maior percepção de risco de apreensão e menor utilização de técnicas de neutralização das barreiras psicológicas à emissão do comportamento indicariam um maior índice de constrangimento interno e, portanto, uma probabilidade reduzida de se engajar persistentemente em atividades divergentes/infracionais. O objetivo geral deste Estudo foi caracterizar a regulação da conduta em adolescentes pelas normas, no contexto sociocultural brasileiro. Utilizou-se o questionário de Normas proposto por Le Blanc, um questionário de caracterização sociodemográfica e a Entrevista de Delinquência Autorrevelada. Os dados foram coletados junto a 48 adolescentes Infratores e a 102 Escolares. Os resultados reforçam a importância do aspecto normativo para o melhor entendimento acerca dos fatores que explicam a conduta divergente em adolescentes. No Estudo 2 focalizou-se as atividades de rotina que podem se associar ao comportamento delituoso por meio do mecanismo de aprendizagem, na medida em que as diversas atividades nas quais o adolescente investe seu tempo constituem-se em contexto onde o comportamento divergente/infracional pode ser adquirido e reforçado. De acordo com a literatura, as atividades sem objetivos específicos, acompanhadas por pares de idade e que ocorrem na ausência de alguma figura de autoridade são aquelas que melhor explicam o comportamento delituoso de um adolescente. O objetivo geral deste Estudo foi caracterizar a regulação da conduta pela rotina em adolescentes, no contexto sociocultural brasileiro. Foram utilizados 3 instrumentos: o questionário de Rotina proposto por Le Blanc, um questionário de caracterização sociodemográfica e a Entrevista de Delinquência Autorrevelada. As análises foram feitas com base nas respostas de 102 adolescentes recrutados em escolas públicas. Os resultados comprovam a relevância das Atividades de Rotina como fator explicativo para o comportamento delituoso, com ênfase para os efeitos provocados pelos Pares, pela Família e pela frequentação de Lugares destinados aos adultos. Em síntese, ambos estudos reforçam a importância dos sistemas de regulação estudados e colocam em pauta a necessidade de outros trabalhos, que possam avançar nas questões apontadas dentro da Regulação pela Rotina e pelas Normas.

Estudo e implementação de sinais de excitação aplicados em identificação de sistemas multivariáveis.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Avaliação de oleuropeína e de sanitizantes químicos, isolados ou associados, para eliminação de biofilmes de Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes e Escherichia coli em superfícies inertes

Este estudo avaliou a eficiência da oleuropeína (OLE) (composto fenólico extraído das folhas de Oliveira) isolada e associada aos sanitizantes comerciais ácido peracético 2% (APA), hipoclorito de sódio 2% (HS), peróxido de hidrogênio 3% (PH), digluconato de clorexidina 2% (DC), cloreto de benzalcônio 1% (CB) e iodofor 2% (IO), para inativação de células em suspensão e biofilmes monoespécie e multiespécie formados em superfícies de aço inoxidável ou microplaca de poliestireno por Listeria monocytogenes (ATCC 7644), Staphylococcus aureus (ATCC 25923) e Escherichia coli (ATCC 25922), todas classificadas como fortes produtores de biofilmes. Os isolados foram semeados em caldo TSB (caldo tripticase soja), incubados (37°C/24h) e corrigidos a ~108células/mL (escala 0,5 McFarland). Para bactérias em suspensão, a resistência a sanitizantes foi determinada pela Concentração Inibitória Mínima (CIM) em tubos e pelo método de Disco Difusão em Ágar (DDA), no qual as bactérias foram plaqueadas em ágar TSA contendo discos de 6mm de papel filtro embebidos nos sanitizantes. Após a incubação, a medição dos halos de inibição foi feita com paquímetro. Para os ensaios de resistência dos biofilmes aos compostos sanitizantes, foram utilizadas microplacas de poliestireno 96 poços, as quais foram preparadas para incubação-fixação dos biofilmes e submetidas à leitura em espectrofotômetro de ELISA (600 nm). Em seguida, as placas foram lavadas com solução salina tamponada (PBS, pH 7.4) e os sanitizantes inseridos por 1 minuto. Após neutralização com tiossulfato de sódio (5 minutos), as placas foram lavadas com PBS e metanol, coradas com cristal violeta 1% e coradas com ácido acético glacial (33%) para nova leitura a 570nm. A eficácia da remoção do biofilme pelos sanitizantes foi comparada pelo índice de formação de biofilme (IFB). As imagens do aço inoxidável após tratamento com sanitizante foram feitas através de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Confocal, para visualizar a persistência dos biofilmes. Os valores de CIM (diluição 1:2) mostraram que OLE não teve atividade bactericida. No método DDA, L. monocytogenes, foi resistente à OLE, enquanto E. coli e S. aureus apresentaram resistência intermediária. Os sanitizantes comerciais apresentaram boa atividade bactericida nos ensaios de CIM e DDA, sendo que as associações de OLE aos sanitizantes comerciais aumentaram o efeito germicida. Nos ensaios com biofilmes em monoespécie, somente os sanitizantes comerciais, isolados ou associados com OLE, foram eficazes de reduzir o valor de BFI em microplaca de poliestireno. Em biofilmes multiespécie, OLE apresentou efeito antimicrobiano, sobretudo sobre a associação de L. monocytogenes + E. coli + S. aureus (redução: 91,49%). Nenhum dos compostos avaliados foi capaz de inativar completamente os biofilmes nas superfícies de aço inoxidável, uma vez que células viáveis foram observadas após os tratamentos com os sanitizantes, indicando persistência dos biofilmes. Os resultados indicam que a oleuropeína apresentou potencial para incrementar o efeito bactericida de sanitizantes comerciais para eliminação de biofilmes em superfícies inertes, sendo necessários estudos para compreender os mecanismos de ação dessas combinações.

Protection from experimental autoimmune encephalomyelitis by polyclonal IgG requires adjuvant-induced inflammation

BACKGROUND Intravenous immunoglobulin (IVIG) proved to be an efficient anti-inflammatory treatment for a growing number of neuroinflammatory diseases and protects against the development of experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a widely used animal model for multiple sclerosis (MS). METHODS The clinical efficacy of IVIG and IVIG-derived F(ab')2 fragments, generated using the streptococcal cysteine proteinase Ide-S, was evaluated in EAE induced by active immunization and by adoptive transfer of myelin-specific T cells. Frequency, phenotype, and functional characteristics of T cell subsets and myeloid cells were determined by flow cytometry. Antibody binding to microbial antigen and cytokine production by innate immune cells was assessed by ELISA. RESULTS We report that the protective effect of IVIG is lost in the adoptive transfer model of EAE and requires prophylactic administration during disease induction. IVIG-derived Fc fragments are not required for protection against EAE, since administration of F(ab')2 fragments fully recapitulated the clinical efficacy of IVIG. F(ab')2-treated mice showed a substantial decrease in splenic effector T cell expansion and cytokine production (GM-CSF, IFN-γ, IL-17A) 9 days after immunization. Inhibition of effector T cell responses was not associated with an increase in total numbers of Tregs but with decreased activation of innate myeloid cells such as neutrophils, monocytes, and dendritic cells. Therapeutically effective IVIG-derived F(ab')2 fragments inhibited adjuvant-induced innate immune cell activation as determined by IL-12/23 p40 production and recognized mycobacterial antigens contained in Freund's complete adjuvant which is required for induction of active EAE. CONCLUSIONS Our data indicate that F(ab')2-mediated neutralization of adjuvant contributes to the therapeutic efficacy of anti-inflammatory IgG. These findings might partly explain the discrepancy of IVIG efficacy in EAE and MS.