Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

16/6-idiotype expressing antibodies induce brain inflammation and cognitive impairment in mice: the mosaic of central nervous system involvement in lupus

Background: The 16/6-idiotype (16/6-Id) of the human anti-DNA antibody was found to induce experimental lupus in naive mice, manifested by production of autoantibodies, leukopenia and elevated inflammatory markers, as well as kidney and brain involvement. We assessed behavior and brain pathology of naive mice injected intracerebra-ventricularly (ICV) with the 16/6-Id antibody. Methods: C3H female mice were injected ICV to the right hemisphere with the human 16/6-Id antibody or commercial human IgG antibodies (control). The mice were tested for depression by the forced swimming test (FST), locomotor and explorative activity by the staircase test, and cognitive functions were examined by the novel object recognition and Y-maze tests. Brain slices were stained for inflammatory processes. Results: 16/6-Id injected mice were cognitively impaired as shown by significant differences in the preference for a new object in the novel object recognition test compared to controls (P = 0.012). Similarly, the preference for spatial novelty in the Y-maze test was significantly higher in the control group compared to the 16/6-Id-injected mice (42% vs. 9%, respectively, P = 0.065). Depression-like behavior and locomotor activity were not significantly different between the16/6-Id-injected and the control mice. Immunohistochemistry analysis revealed an increase in astrocytes and microglial activation in the hippocampus and amygdala, in the 16/6-Id injected group compared to the control. Conclusions: Passive transfer of 16/6-Id antibodies directly into mice brain resulted in cognitive impairments and histological evidence for brain inflammation. These findings shed additional light on the diverse mosaic pathophysiology of neuropsychiatric lupus.

Expression of AmphiCoe, an amphioxus COE/EBF gene, in the developing central nervous system and epidermal sensory neurons

The COE/EBF gene family marks a subset of prospective neurons in the vertebrate central and peripheral. nervous system; including neurons deriving from some ectodermal placodes. Since placodes are often considered unique to vertebrates, we have characterised an amphioxus COE/EBF gene with the aim of using it as a marker to examine the timing and location of peripheral neuron differentiation. A single COE/EBF family member, AmphiCoe, was isolated from the amphioxus Branchiostoma floridae: AmphiCoe lies basal to the vertebrate COE/EBF genes in molecular phylogenetic analysis, suggesting that the duplications that formed the vertebrate COE/EBF family were specific to the vertebrate lineage. AmphiCoe is expressed in the central nervous system and in a small number of scattered ectodermal cells on the flanks of neurulae stage embryos. These cells become at least largely recessed beneath the ectoderm. Scanning electron microscopy was used to examine embryos in which the ectoderm had been partially peeled away. This revealed that these cells have neuronal morphology, and we infer that they are the precursors of epidermal primary sensory neurons. These characters lead us to suggest that differentiation of some ectodermal cells into sensory neurons with a tendency to sink beneath the embryonic surface represents a primitive feature that has become incorporated into placodes during vertebrate evolution. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

Pax gene expression in the developing central nervous system of Ciona intestinalis

We compare the expression patterns in Ciona intestinalis of three members of the Pax gene family, CiPax3/7, CiPax6 and Cipax2/5/8. All three genes are expressed in restricted patterns in the developing central nervous system. At the tailbud stage, CiPax3/7 is present in three patches in the brain and along the posterior neural tube, CiPax6 throughout the anterior brain and along the posterior neural tube and CiPax2/5/8 in a restricted region of the posterior brain. Double in situ hybridisations were used to identify areas of overlap between the expression of different genes. This showed that CiPax3/7 overlaps with the boundaries of CiPax6 expression in the anterior brain, and with CiPax2/5/8 in the posterior brain. The overlap between CiPax3/7 and CiPax2/5/8 is unlike that described in the ascidian Halocynthia rorezti. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Extending the human nervous system through Internet implants - Experimentation and impact

It is now possible to directly link the human nervous system to a computer and thence onto the Internet. From an electronic and mental viewpoint this means that the Internet becomes an extension of the human nervous system (and vice versa). Such a connection on a regular or mass basis will have far reaching effects for society. In this article the authors discuss their own practical implant self-experimentation, especially insofar as it relates to extending the human nervous system. Trials involving an intercontinental link up are described. As well as technical aspects of the work, social, moral and ethical issues, as perceived by the authors, are weighed against potential technical gains. The authors also look at technical limitations inherent in the co-evolution of Internet implanted individuals as well as the future distribution of intelligence between human and machine.

Trafficking and signaling of G protein-coupled receptors in the nervous system: implications for disease and therapy

G protein-coupled receptors (GPCRs) are expressed throughout the nervous system where they regulate multiple physiological processes, participate in neurological diseases, and are major targets for therapy. Given that many GPCRs respond to neurotransmitters and hormones that are present in the extracellular fluid and which do not readily cross the plasma membrane, receptor trafficking to and from the plasma membrane is a critically important determinant of cellular responsiveness. Moreover, trafficking of GPCRs throughout the endosomal system can initiate signaling events that are mechanistically and functionally distinct from those operating at the plasma membrane. This review discusses recent advances in the relationship between signaling and trafficking of GPCRs in the nervous system. It summarizes how receptor modifications influence trafficking, discusses mechanisms that regulate GPCR trafficking to and from the plasma membrane, reviews the relationship between trafficking and signaling, and considers the implications of GPCR trafficking to drug development.

Signaling via NF-kappaB in the nervous system

Nuclear factor kappa B (NF-kappaB) is an inducible transcription factor present in neurons and glia. Recent genetic models identified a role for NF-kappaB in neuroprotection against various neurotoxins. Furthermore, genetic evidence for a role in learning and memory is now emerging. This review highlights our current understanding of neuronal NF-kappaB in response to synaptic transmission and summarizes potential physiological functions of NF-kappaB in the nervous system. This article contains a listing of NF-kappaB activators and inhibitors in the nervous system, furthermore specific target genes are discussed. Synaptic NF-kappaB activated by glutamate and Ca2+ will be presented in the context of retrograde signaling. A controversial role of NF-kappaB in neurodegenerative diseases will be discussed. A model is proposed explaining this paradox as deregulated physiological NF-kappaB activity, where novel results are integrated, showing that p65 could be turned from an activator to a repressor of anti-apoptotic genes.

Frontonasal Dysplasia, Severe Neuropsychological Delay, and Midline Central Nervous System Anomalies: Report of 10 Brazilian Male Patients

Here we report on 10 male patients with frontonasal dysplasia, cleft lip/palate, mental retardation, lack of language acquisition, and severe central nervous system involvement. Imaging studies disclosed absence of the corpus callosum, midline cysts, and an abnormally modeled cerebellum. Neuronal heterotopias were present in five patients and parieto-occipital encephalocele in three patients. We suggest that this pattern found exclusively in males, most likely represents a newly recognized syndrome distilled from the group of disorders subsumed under frontonasal dysplasia. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

The Central Nervous System as Target for Antihypertensive Actions of a Proline-Rich Peptide from Bothrops jararaca Venom

Pyroglutamyl proline-rich oligopeptides, present in the venom of the pit viper Bothrops jararaca (Bj-PROs), are the first described naturally occurring inhibitors of the angiotensin I-converting enzyme (ACE). The inhibition of ACE by the decapeptide Bj-PRO-10c (nervous system. In agreement with its supposed neuronal action, this peptide dose-dependently evoked elevations of intracellular calcium concentration ([Ca(2+)](i)) in primary culture from postnatal rat brain. The N-terminal sequence of the peptide was not essential for induction of calcium fluxes, while any changes of C-terminal Pro or Ile residues affected Bj-PRO-10c`s activity. Using calcium imaging by confocal microscopy and fluorescence imaging plate reader analysis, we have characterized Bj-PRO-10c-induced [Ca(2+)](i) transients in rat brain cells as being independent from bradykinin-mediated effects and ACE inhibition. Bj-PRO-10c induced pertussis toxin-sensitive G(i/o)-protein activity mediated through a yet unknown receptor, influx and liberation of calcium from intracellular stores, as well as reduction of intracellular cAMP levels. Bj-PRO-10c promoted glutamate and GABA release that may be responsible for its antihypertensive activity and its effect on HR. (C) 2010 International Society for Advancement of Cytometry

Fos-like immunoreactivity in central nervous system of mice simultaneously exposed to the elevated plus-maze and nociception

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Multicentric lymphoma with metastasis in the central nervous system in a dog

Linfoma multicêntrico foi diagnosticado em um cão com dois anos de idade que apresentava insuficiência respiratória, aumento de volume abdominal (ascite) e linfoadenopatia generalizada. O exame imunoistoquímico revelou origem de células T com expressão CD3+ e CD79-. Após cinco semanas, o cão apresentou déficits neurológicos progressivos, sendo identificada a presença de linfócitos neoplásicos no líquor. O exame histopatológico demonstrou invasão de células neoplásicas no baço, linfonodos, cérebro e cerebelo.

Role of nitric oxide and beta-adrenoceptors of the central nervous system on the salivary flow induced by pilocarpine injection into the lateral ventricle

Our studies have focused on the effect of L-NG-nitroarginine methyl ester (L-NAME), an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS), and L-arginine, the substrate of NOS, on salivary secretion induced by the administration of pilocarpine into the lateral cerebral ventricle (LV) of rats. The present study has also investigated the role of the beta-adrenergic agonists and antagonist injected into LV on the salivary secretion elicited by the injection of pilocarpine into LV. Male Holtzmann rats with a stainless-steel cannula implanted into the LV were used. The amount of salivary secretion was studied over a 7-min period after injection of pilocarpine, isoproterenol, propranolol, salbutamol, salmeterol, L-NAME and L-arginine. The injection of pilocarpine (10, 20, 40, 80 and 160 mug/mul) into LV produced a dose-dependent increase in salivary secretion. The injection of L-NAME (40 mug/mul) into LV alone produced an increase in salivary secretion. The injection of L-NAME into LV previous to the injection of pilocarpine produced an increase in salivary secretion. L-Arginine (30 mug/mul) injected alone into LV produced no change in salivary secretion. L-Arginine injected into LV attenuated pilocarpine-induced salivary secretion. The isoproterenol (40 nmol/mul) injected into LV increased into LV increased the salivary secretion. When injected previous to pilocarpine at a dose of 20 and 40 mug/mul, isoproterenol produced and additive effect on pilocarpine-induced salivary secretion. The 40-nmol/mul dose of propranolol injected alone or previous to pilocarpine into LV attenuated the pilocarpine-induced salivary secretion. The injection of salbutamol (40 nmol/mul), a specific beta-2 agonist, injected alone into LV produced no change in salivary secretion and when injected previous to pilocarpine produced and increase in salivary secretion. The 40-nmol/mul dose of salmeterol, a long-acting beta-2 agonist, injected into LV alone or previous to pilocarpine produced no change in salivary secretion. The results have shown that central injections of L-NAME and L-arginine interfere with the salivary secretion, which implies that might participate in pilocarpine-induced salivary secretion. The interaction between cholinergic and beta-adrenergic receptors of the central nervous system (CNS) for the control of salivary secretion can also be postulated. (C) 2002 Elsevier B.V. All rights reserved.

Effects of seasonal variation on the central nervous system activity of Ocimum gratissimum L. essential oil

Ocimum gratissimum L. (Lamiaceae) and other species of the same genus are used as medicines to treat central nervous system (CNS) diseases, commonly encountered in warm regions of the world. The chemical composition of Ocimum gratissimum essential oil varies according to their chemotypes: timol, eugenol or geraniol. In this study, the essential oil type eugenol was extracted by hydrodistillation in each of the four seasons of the year. Activity upon CNS was evaluated in the open-field and rota-rod tests; sleeping time induced by sodium pentobarbital (PBS, 40 mg/kg, intraperitoneally, i.p.) and anticonvulsant activity against seizures induced by both pentylenetetrazole (PTZ; 85 mg/kg, s.c.) and maximal electroshock (MES, 50 mA, 0.11 s) were determined. Essential oils obtained in each season were effective in increasing the sleeping duration and a preparation obtained in Spring was able to protect animals against tonic seizures induced by electroshock. In each season, eugenol and 1,8-cineole were the most abundant compounds, and in Spring the essential oil presented the greatest relative percentage of sesquiterpenes, suggesting that these compounds could explain the differences observed in the biological activity in essential oils obtained in different seasons of the year. (c) 2005 Elsevier B.V.. All rights reserved.