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.

Caractérisation et régulation du métabolisme des acides gras dans l’hypothalamus

Un déséquilibre de la balance énergétique constitue la principale cause du développement des pathologies métaboliques telles que l’obésité et le diabète de type 2. Au sein du cerveau, l’hypothalamus joue un rôle primordial dans le contrôle de la prise alimentaire et du métabolisme périphérique via le système nerveux autonome. Ce contrôle, repose sur l’existence de différentes populations neuronales au sein de l’hypothalamus médio-basal (MBH), neurones à neuropeptide Y (NPY)/Agouti-related peptide (AgRP), et neurones a proopiomelanocortine (POMC), dont l’activité est directement modulée par les variations des taux circulants des nutriments tels que le glucose et les acides gras (FA). Alors que les mécanismes de détection et le métabolisme intracellulaire du glucose ont été largement étudiés, l’implication du métabolisme intracellulaire des FA dans leurs effets centraux, est très peu comprise. De plus, on ignore si le glucose, module le métabolisme intracellulaire des acides gras à longue chaine (LCFA) dans le MBH. Le but de notre première étude est, de déterminer l'impact du glucose sur le métabolisme des LCFA, le rôle de l’AMP-activated protein kinase (AMPK), kinase détectrice du statut énergétique cellulaire, et d'établir s’il y a des changements dans le métabolisme des LCFA en fonction de leur structure, du type cellulaire et de la région cérébrale. Nos résultats montrent que le glucose inhibe l'oxydation du palmitate via l’AMPK dans les neurones et les astrocytes primaires hypothalamiques, in vitro, ainsi que dans les explants du MBH, ex vivo, mais pas dans les astrocytes et les explants corticaux. De plus, le glucose augmente l'estérification du palmitate et non de l’oléate dans les neurones et les explants du MBH, mais pas dans les astrocytes hypothalamiques. Ces résultats décrivent le devenir métabolique de différents LCFA dans le MBH, ainsi que, la régulation AMPK - dépendante de leur métabolisme par le glucose dans les astrocytes et les neurones, et démontrent pour la première fois que le métabolisme du glucose et des LCFA est couplé spécifiquement dans les noyaux du MBH, dont le rôle est critique pour le contrôle de l'équilibre énergétique. Le deuxième volet de cette thèse s’est intéressé à déterminer les mécanismes intracellulaires impliqués dans le rôle de la protéine de liaison ACBP dans le métabolisme central des FA. Nous avons démontré que le métabolisme de l’oléate et non celui du palmitate est dépendant de la protéine ACBP, dans les astrocytes hypothalamiques ainsi que dans les explants du MBH. Ainsi, nos résultats démontrent qu’ACBP, protéine identifiée originellement au niveau central, comme un modulateur allostérique des récepteurs GABA, agit comme un régulateur du métabolisme intracellulaire des FA. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes de recherche liées à la régulation du métabolisme des acides gras au niveau central, ainsi que, la nouvelle fonction de la protéine ACBP dans la régulation du métabolisme des FA au niveau du système nerveux central. Ceci aiderait à identifier des cibles moléculaires pouvant contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques de pathologies telles que l’obésité et le diabète de type 2.

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.

Toxina botulínica en manejo de síntomas del tracto urinario bajo en pacientes con hiperplasia prostática benigna - revisión sistemática de la literatura

Revisión sistemática de la literatura tomando ensayos clínicos aleatorizados sobre el uso de la inyección intraprostática de la toxina botulínica en los pacientes con hiperplasia prostática benigna evaluando una escala validada de síntomas del tracto urinario bajo como desenlace primario

Autonomic dysfunction in patients with migrane associated dizziness (MAD)

The goal of this project is to identify what effect vestibular stimulation has on the reaction of the autonomic nervous system, as measured by blood pressure, blood-oxygen saturation levels, and heart rate monitoring, on subjects with migraine associated dizziness (MAD) as compared to healthy non-MAD subjects.

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.

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.

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 reactions of specific neuron types to intestinal ischemia in the guinea pig enteric nervous system

Damage following ischemia and reperfusion (I/R) is common in the intestine and can be caused during abdominal surgery, in several disease states and following intestinal transplantation. Most studies have concentrated on damage to the mucosa, although published evidence also points to effects on neurons. Moreover, alterations of neuronally controlled functions of the intestine persist after I/R. The present study was designed to investigate the time course of damage to neurons and the selectivity of the effect of I/R damage for specific types of enteric neurons. A branch of the superior mesenteric artery supplying the distal ileum of anesthetised guinea pigs was occluded for 1 h and the animals were allowed to recover for 2 h to 4 weeks before tissue was taken for the immunohistochemical localization of markers of specific neuron types in tissues from sham and I/R animals. The dendrites of neurons with nitric oxide synthase (NOS) immunoreactivity, which are inhibitory motor neurons and interneurons, were distorted and swollen by 24 h after I/R and remained enlarged up to 28 days. The total neuron profile areas (cell body plus dendrites) increased by 25%, but the sizes of cell bodies did not change significantly. Neurons of type II morphology (intrinsic primary afferent neurons), revealed by NeuN immunoreactivity, were transiently reduced in cell size, at 24 h and 7 days. These neurons also showed signs of minor cell surface blebbing. Calretinin neurons, many of which are excitatory motor neurons, were unaffected. Thus, this study revealed a selective damage to NOS neurons that was observed at 24 h and persisted up to 4 weeks, without a significant change in the relative numbers of NOS neurons.

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

Analysis of cardiovascular system responses to forced vital capacity in COPD

CONTEXTUALIZAÇÃO: O teste de capacidade vital forçada (CVF) é rotineiramente realizado na avaliação da função pulmonar de pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC). Entretanto, permanece pouco compreendida a influência do teste de CVF sobre o sistema cardiovascular de pacientes com DPOC. OBJETIVOS: Analisar o comportamento da frequência cardíaca (FC), pressão arterial (PA) e variabilidade da frequência cardíaca (VFC) no teste de CVF na DPOC. MÉTODOS: Dezenove homens com DPOC (72 ± 7 anos, no estágio de gravidade GOLD I=3, II=5, III=7 e IV=4 pacientes) realizaram a manobra de CVF e tiveram sua FC monitorada durante todo o exame, e a VFC analisada nos domínios do tempo (rMSSD) e da frequência (BF, AF e BF/AF) durante o repouso, antes e após a melhor manobra de CVF. A PA foi analisada no repouso, imediatamente ao final da manobra de CVF e 10 minutos após o término de todos os testes. RESULTADOS: Ao início da manobra de CVF, a FC reduziu (p<0,001) e, em seguida, aumentou progressivamente até o final do teste (p<0,001). Após término da manobra, a FC continuou a aumentar até atingir um pico (p<0,001) e depois caiu rapidamente a valores inferiores aos de repouso (p<0,001) e retornou ao seu valor basal. A PA e os índices da VFC não sofreram alterações nos períodos analisados. CONCLUSÃO: O teste de CVF influencia o comportamento da FC, sem alterar o seu controle autonômico, bem como a PA em pacientes com DPOC nos períodos analisados.

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)