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.

Expression and function of the bile acid receptor GpBAR1 (TGR5) in the murine enteric nervous system

BACKGROUND: Bile acids (BAs) regulate cells by activating nuclear and membrane-bound receptors. G protein coupled bile acid receptor 1 (GpBAR1) is a membrane-bound G-protein-coupled receptor that can mediate the rapid, transcription-independent actions of BAs. Although BAs have well-known actions on motility and secretion, nothing is known about the localization and function of GpBAR1 in the gastrointestinal tract. METHODS: We generated an antibody to the C-terminus of human GpBAR1, and characterized the antibody by immunofluorescence and Western blotting of HEK293-GpBAR1-GFP cells. We localized GpBAR1 immunoreactivity (IR) and mRNA in the mouse intestine, and determined the mechanism by which BAs activate GpBAR1 to regulate intestinal motility. KEY RESULTS: The GpBAR1 antibody specifically detected GpBAR1-GFP at the plasma membrane of HEK293 cells, and interacted with proteins corresponding in mass to the GpBAR1-GFP fusion protein. GpBAR1-IR and mRNA were detected in enteric ganglia of the mouse stomach and small and large intestine, and in the muscularis externa and mucosa of the small intestine. Within the myenteric plexus of the intestine, GpBAR1-IR was localized to approximately 50% of all neurons and to >80% of inhibitory motor neurons and descending interneurons expressing nitric oxide synthase. Deoxycholic acid, a GpBAR1 agonist, caused a rapid and sustained inhibition of spontaneous phasic activity of isolated segments of ileum and colon by a neurogenic, cholinergic and nitrergic mechanism, and delayed gastrointestinal transit. CONCLUSIONS & INFERENCES: G protein coupled bile acid receptor 1 is unexpectedly expressed in enteric neurons. Bile acids activate GpBAR1 on inhibitory motor neurons to release nitric oxide and suppress motility, revealing a novel mechanism for the actions of BAs on intestinal motility.

Nitric oxide release using natural rubber latex as matrix

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

Modeling a system of phosphated cross-linked high amylose for controlled drug release. Part 1: Synthesis and polymer characterization

High amylose was cross-linked with sodium trimetaphosphate (STMP) using 2% and 4% solutions of NaOH at room temperature with reaction contact times of 0.5, 1, 2 and 4 h. The different polymers obtained were analyzed by FT IR, C-13 and P-31 solid state NMR, SEM and C, H and P elemental analysis. The results were used to propose a two-stage mechanism for phosphate incorporation, the first being kinetically controlled. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Physicochemical aspects involved in methotrexate release kinetics from biodegradable spray-dried chitosan microparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Protein-Protein Interactions That Regulate Neurotransmitter Release from Retinal Ribbon Synapses

Protein-Protein Interactions That Regulate Neurotransmitter Release from Retinal Ribbon Synapses Photoreceptors and bipolar cells in the retina form specialized chemical synapses called ribbon synapses. This type of synapse differs physiologically from “conventional” chemical synapses. While “conventional” synapses exocytose neurotransmitter-filled vesicles in an all-or-none fashion in response to an action potential, a retinal ribbon synapse can release neurotransmitter tonically (sustained) in response to graded changes in membrane potential or phasically (transient) in response to a large change in membrane potential. Synaptic vesicle exocytosis is a tightly controlled process involving many protein-protein interactions. Therefore, it is likely that the dissimilarity in the release properties of retinal ribbon synapses and conventional synapses is the result of molecular differences between the two synapse types. Consistent with this idea, previous studies have demonstrated that ribbon synapses in the retina do not contain the t-SNARE (target-soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor) syntaxin 1A that is found in conventional synapses of the nervous system. In contrast, ribbon synapses of the mammalian retina contain the related isoform, syntaxin 3B. Given that SNARE proteins play an important role in neurotransmitter release in conventional synapses, the purpose of this study was to characterize syntaxin 3B in order to elucidate what role this protein plays in neurotransmitter release from retinal ribbon synapses. Using molecular and biochemical techniques, it was demonstrated that syntaxin 3B is a binding partner of several presynaptic proteins that play a important role in synaptic vesicle exocytosis from retinal ribbon synapses and it is an evolutionarily conserved protein.

A repressible female-specific lethal genetic system for making transgenic insect strains suitable for a sterile-release program

We have developed a tetracycline-repressible female-specific lethal genetic system in the vinegar fly Drosophila melanogaster. One component of the system is the tetracycline-controlled transactivator gene under the control of the fat body and female-specific transcription enhancer from the yolk protein 1 gene. The other component consists of the proapoptotic gene hid under the control of a tetracycline-responsive element. Males and females of a strain carrying both components are viable on medium supplemented with tetracycline, but only males survive on normal medium. A strain with such properties would be ideal for a sterile-insect release program, which is most effective when only males are released in the field.

Functional disorders of the sympathetic nervous system in mice lacking the α1B subunit (Cav 2.2) of N-type calcium channels

N-type voltage-dependent Ca2+ channels (VDCCs), predominantly localized in the nervous system, have been considered to play an essential role in a variety of neuronal functions, including neurotransmitter release at sympathetic nerve terminals. As a direct approach to elucidating the physiological significance of N-type VDCCs, we have generated mice genetically deficient in the α1B subunit (Cav 2.2). The α1B-deficient null mice, surprisingly, have a normal life span and are free from apparent behavioral defects. A complete and selective elimination of N-type currents, sensitive to ω-conotoxin GVIA, was observed without significant changes in the activity of other VDCC types in neuronal preparations of mutant mice. The baroreflex response, mediated by the sympathetic nervous system, was markedly reduced after bilateral carotid occlusion. In isolated left atria prepared from N-type-deficient mice, the positive inotropic responses to electrical sympathetic neuronal stimulation were dramatically decreased compared with those of normal mice. In contrast, parasympathetic nervous activity in the mutant mice was nearly identical to that of wild-type mice. Interestingly, the mutant mice showed sustained elevation of heart rate and blood pressure. These results provide direct evidence that N-type VDCCs are indispensable for the function of the sympathetic nervous system in circulatory regulation and indicate that N-type VDCC-deficient mice will be a useful model for studying disorders attributable to sympathetic nerve dysfunction.

Controlled release of heparin from poly(epsilon-caprolactone) electrospun fibers

Sustained delivery of heparin to the localized adventitial surface of grafted blood vessels has been shown to prevent the vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation that can lead to graft occlusion and failure. In this study heparin was incorporated into electrospun poly(epsilon-caprolactone) (PCL) fiber mats for assessment as a controlled delivery device. Fibers with smooth surfaces and no bead defects could be spun from polymer solutions with 8% w/v PCL in 7:3 dichloromethane: methanol. A significant decrease in fiber diameter was observed with increasing heparin concentration. Assessment of drug loading, and imaging of fluorescently labeled heparin showed homogenous distribution of heparin throughout the fiber mats. A total of approximately half of the encapsulated heparin was released by diffusional control from the heparin/PCL fibers after 14 days. The fibers did not induce an inflammatory response in macrophage cells in vitro and the released heparin was effective in preventing the proliferation of VSMCs in culture. These results suggest that electrospun PCL fibers are a promising candidate for delivery of heparin to the site of vascular injury. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.