Clostridium difficile ribotypes in humans and animals in Brazil

Clostridium difficile is an emerging enteropathogen responsible for pseudomembranous colitis in humans and diarrhoea in several domestic and wild animal species. Despite its known importance, there are few studies about C. difficile polymerase chain reaction (PCR) ribotypes in Brazil and the actual knowledge is restricted to studies on human isolates. The aim of the study was therefore to compare C. difficile ribotypes isolated from humans and animals in Brazil. Seventysix C. difficile strains isolated from humans (n = 25), dogs (n = 23), piglets (n = 12), foals (n = 7), calves (n = 7), one cat, and one manned wolf were distributed into 24 different PCR ribotypes. Among toxigenic strains, PCR ribotypes 014/020 and 106 were the most common, accounting for 14 (18.4%) and eight (10.5%) samples, respectively. Fourteen different PCR ribotypes were detected among human isolates, nine of them have also been identified in at least one animal species. PCR ribotype 027 was not detected, whereas 078 were found only in foals. This data suggests a high diversity of PCR ribotypes in humans and animals in Brazil and support the discussion of C. difficile as a zoonotic pathogen.

Role of phospholipase A(2) and tyrosine kinase in Clostridium difficile toxin A-induced disruption of epithelial integrity, histologic inflammatory damage and intestinal secretion

Clostridium difficile-associated disease causes diarrhea to fulminant colitis and death. We investigated the role of phospholipase A(2) (PLA(2)) inhibitors, aristolochic acid (AA), bromophenacyl bromide BPB and quinacrine (QUIN) on the C. difficile toxin A-induced disruption of epithelial integrity, histologic inflammatory damage and intestinal secretion. Toxin A caused severe hemorrhagic and inflammatory fluid secretion at 6-8 h in rabbit ileal segments, an effect that was significantly inhibited by QUIN (71%, P < 0.01), AA (87%, P < 0.0001) or by BPB (51%, P < 0.01). The secretory effect of toxin A was also inhibited in segments adjacent to those with AA (89%, P < 0.01). Furthermore, QUIN or AA substantially reduced the histologic damage seen after 6-8 h in rabbit ileal segments. The cyclooxygenase inhibitor, indomethacin, also significantly inhibited (96%; n = 6) the secretory effects of toxin A in ligated rabbit intestinal segments. The destruction by toxin A of F-actin at the light junctions of T-84 cell monolayers was not inhibited by AA or BPB. AA or QUIN had no effect on the T-84 cell tissue resistance reduction over 8-24 h after toxin A exposure. All the inhibitors were shown to be effective in the doses administered direct in ileal loops to inhibit PLA(2) activity. The data suggest that PLA(2) is involved in the major pathway of toxin A-induced histologic inflammatory damage and hemorrhagic fluid secretion. Cop. right (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Methotrexate nanoparticle delivery system for treatment of inflammatory bowel disease in pediatric patients

Purpose: To evaluate the efficacy and safety of methotrexate (MTX) nanoparticles in pediatric patients with inflammatory bowel disease (IBD). Methods: In this randomized, open-label clinical study, 28 pediatric patients with moderate to severe IBD were randomly assigned to treatment (MTX nanoparticles,15 mg/week) or control (azathioprine, AZA, 2 mg/kg/day) group. Nanoparticles were synthesized by adding calcium chloride to sodium alginate solution containing MTX, and was further treated with poly-L-lysine aqueous solution. The nanoparticles were evaluated for particle size, zeta potential and drug encapsulation efficacy. Erythrocyte sedimentation rate, C-reactive protein, aspartate aminotransferase, alanine transaminase, and disease activity scores were used to assess IBD remission. Results: Nanoparticle size, zeta potential and encapsulation efficacy were 164.4 ± 6.9 nm, -32.6 ± 3.7 mV, and 97.8 ± 4.2 %, respectively. After 12 weeks of therapy, the mean Pediatric Crohn\'s Disease Activity Index (PCDAI) scores for control and treatment groups were 22.3 ± 2.14 and 16.8 ± 1.87, respectively, while mean Pediatric Ulcerative Colitis Activity (PUCAI) Index scores were 24.3 ± 1.47 and 18.7 ± 1.92, respectively. Eight patients in the treatment and five patients in the control group achieved remission. Biochemical parameters varied significantly between the groups. Conclusion: MTX nanoparticles are safe and more effective than standard first-line IBD therapy. However, further studies are required to determine the suitability of the formulation for therapeutic use.

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Vitamine D et prévention du cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse : modèles murins

Les patients atteints de maladies inflammatoires de l'intestin (MII) ont un risque accru de développer un cancer colorectal dû aux lésions épithéliales secondaires à l’inflammation chronique. La vitamine D (vD) régule NOD2, gène impliqué dans la réponse inflammatoire et dans la susceptibilité aux MII, et induit son expression dans les monocytes et dans l’épithélium intestinal. Dans ce projet, nous avons d’abord induit le cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse (CAC) en administrant un traitement combiné d’azoxyméthane (AOM) et de dextran de sulfate de sodium (DSS) aux souris C57BL/6J. Par la suite, nous avons étudié l'effet d’une carence en vD3 sur le développement du CAC et évalué la capacité préventive d’une supplémentation en vD3 sur la tumorigenèse, et vérifié si cet effet est médié par NOD2, en utilisant les souris Nod2-/-. Les C57BL/6J et les Nod2-/-, ayant reçu une diète déficiente en vD3, étaient moins résistantes au CAC par rapport aux souris supplémentées. Le pourcentage de perte de poids, l’indice d’activation de la maladie (DAI), le taux de mortalité et le poids relatif du côlon (mg/cm) chez les souris déficientes en vD3 étaient plus élevés en comparaison avec celles supplémentées en vD3. Une augmentation du score d'inflammation et de la multiplicité tumorale corrélait avec une expression accentuée de l’Il6 dans les colonocytes des souris déficientes en vD3. La vD3 régulait l’expression génétique de Cyp24, Vdr et de gènes pro-inflammatoires chez les C57BL/6, comme chez les Nod2-/-. En conclusion, la supplémentation en vD3 peut prévenir le développement du CAC indépendamment de NOD2.

Hydroxylases regulate intestinal fibrosis through the suppression of ERK mediated TGF-β1 signaling

Fibrosis is a complication of chronic inflammatory disorders such as inflammatory bowel disease (IBD), a condition which has limited therapeutic options and often requires surgical intervention. Pharmacologic inhibition of oxygen-sensing prolyl hydroxylases (PHD), which confer oxygen-sensitivity upon the hypoxia inducible factor (HIF) pathway, has recently been shown to have therapeutic potential in colitis, although the mechanisms involved remain unclear. Here, we investigated the impact of hydroxylase inhibition on inflammation-driven fibrosis in a murine colitis model. Mice exposed to dextran sodium sulfate followed by period of recovery developed intestinal fibrosis characterized by alterations in the pattern of collagen deposition and infiltration of activated fibroblasts. Treatment with the hydroxylase inhibitor dimethyloxalylglycine (DMOG) ameliorated fibrosis. TGF-β1 is a key regulator of fibrosis which acts through the activation of fibroblasts. Hydroxylase inhibition reduced TGF-β1-induced expression of fibrotic markers in cultured fibroblasts suggesting a direct role for hydroxylases in TGF-β1 signalling. This was at least in part due to inhibition of non-canonical activation of extracellular signal-regulated kinase (ERK) signalling. In summary, pharmacologic hydroxylase inhibition ameliorates intestinal fibrosis, through suppression of TGF-β1-dependent ERK activation in fibroblasts. We hypothesize that in addition to previously reported immunosupressive effects, hydroxylase inhibitors independently suppress pro-fibrotic pathways

Déterminer le rôle de C1orf106, un gène associé aux maladies inflammatoires de l’intestin

Les maladies inflammatoires de l’intestin (MIIs, [MIM 266600]) sont caractérisées par une inflammation chronique au niveau du tube gastro-intestinal. Les deux principales formes sont la maladie de Crohn (MC) et la colite ulcéreuse (CU). Les MIIs résulteraient d’un défaut du système immunitaire et de l’épithélium intestinal. Ce dernier forme une barrière physique et biochimique qui sépare notre système immunitaire des microorganismes commensaux et pathogènes de la microflore intestinale. Un défaut dans la barrière épithéliale intestinale pourrait donc mener à une réponse immunitaire soutenue contre notre microflore intestinale. Les études d’association pangénomiques (GWAS) ont permis d’identifier 201 régions de susceptibilité aux MIIs. Parmi celles-ci, la région 1q32 associée à la MC (p<2x10-11) et à la CU (p<6x10-7) contient 4 gènes, dont C1orf106, un gène codant pour une protéine de fonction inconnue. Le re-séquençage de la région 1q32 a permis d’identifier une variante génétique rare de C1orf106 (MAF˂1%) associée aux MIIs (p=0,009), Y333F. Nous avons démontré que la substitution de la tyr333 par une phénylalanine semble avoir un effet sur la stabilité protéique de C1orf106 tel que démontré lors de l’inhibition de la synthèse protéique induite par le cycloheximide. Nous avons déterminé que C1orf106 est exprimé dans le côlon et l’intestin grêle. De plus, son expression est augmentée lors de la différenciation des cellules épithéliales Caco-2 en épithélium intestinal polarisé. Son profil d’expression correspond aux types cellulaires et tissulaires affectés dans les MIIs. De plus, C1orf106 est partiellement co-localisée avec le marqueur des jonctions serrées, ZO-1. Toutefois, son marquage reproduit parfaitement celui du marqueur des jonctions adhérentes, E-cadhérine. Les jonctions serrées et adhérentes sont localisées du côté apical de la jonction intercellulaire et sont toutes deux impliquées dans l’établissement de la barrière épithéliale. Nous avons donc testé l’impact de C1orf106 sur la perméabilité de l’épithélium intestinal. Nous avons observé une augmentation de la perméabilité épithéliale chez un épithélium intestinal formé par des cellules Caco-2 sous-exprimant C1orf106. Nos résultats suggèrent que C1orf106 pourrait être le gène causal de la région 1q32.

Vitamine D et prévention du cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse : modèles murins

Les patients atteints de maladies inflammatoires de l'intestin (MII) ont un risque accru de développer un cancer colorectal dû aux lésions épithéliales secondaires à l’inflammation chronique. La vitamine D (vD) régule NOD2, gène impliqué dans la réponse inflammatoire et dans la susceptibilité aux MII, et induit son expression dans les monocytes et dans l’épithélium intestinal. Dans ce projet, nous avons d’abord induit le cancer colorectal associé à la colite ulcéreuse (CAC) en administrant un traitement combiné d’azoxyméthane (AOM) et de dextran de sulfate de sodium (DSS) aux souris C57BL/6J. Par la suite, nous avons étudié l'effet d’une carence en vD3 sur le développement du CAC et évalué la capacité préventive d’une supplémentation en vD3 sur la tumorigenèse, et vérifié si cet effet est médié par NOD2, en utilisant les souris Nod2-/-. Les C57BL/6J et les Nod2-/-, ayant reçu une diète déficiente en vD3, étaient moins résistantes au CAC par rapport aux souris supplémentées. Le pourcentage de perte de poids, l’indice d’activation de la maladie (DAI), le taux de mortalité et le poids relatif du côlon (mg/cm) chez les souris déficientes en vD3 étaient plus élevés en comparaison avec celles supplémentées en vD3. Une augmentation du score d'inflammation et de la multiplicité tumorale corrélait avec une expression accentuée de l’Il6 dans les colonocytes des souris déficientes en vD3. La vD3 régulait l’expression génétique de Cyp24, Vdr et de gènes pro-inflammatoires chez les C57BL/6, comme chez les Nod2-/-. En conclusion, la supplémentation en vD3 peut prévenir le développement du CAC indépendamment de NOD2.

New prophylactic and therapeutic treatments to combat pathogenic Enterohaemorrhagic Escherichia coli

Bacterial diarrhoeal diseases have significant influence on global human health, and are a leading cause of preventable death in the developing world. Enterohaemorrhagic Escherichia coli (EHEC), pathogenic strains of E. coli that carry potent toxins, have been associated with a high number of large-scale outbreaks caused by contaminated food and water sources. This pathotype produces diarrhoea and haemorrhagic colitis in infected humans, and in some patients leads to the development of haemolytic uremic syndrome (HUS), which can result in mortality and chronic kidney disease. A major obstacle to the treatment of EHEC infections is the increased risk of HUS development that is associated with antibiotic treatment, and rehydration and renal support are often the only options available. New treatments designed to prevent or clear E. coli infections and reduce symptoms of illness would therefore have large public health and economic impacts. The three main aims of this thesis were: to explore mouse models for pre-clinical evaluation in vivo of small compounds that inhibit a major EHEC colonisation factor, to assess the production and role of two proteins considered promising candidates for a broad-spectrum vaccine against pathogenic E. coli, and to investigate a novel compound that has recently been identified as a potential inhibitor of EHEC toxin production. As EHEC cannot be safely tested in humans due to the risk of HUS development, appropriate small animal models are required for in vivo testing of new drugs. A number of different mouse models have been developed to replicate different features of EHEC pathogenesis, several of which we investigated with a focus on colonisation mediated by the Type III Secretion System (T3SS), a needle-like structure that translocates bacterial proteins into host cells, resulting in a tight, intimate attachment between pathogen and host, aiding colonisation of the gastrointestinal tract. As E. coli models were found not to depend significantly on the T3SS for colonisation, the Citrobacter rodentium model, a natural mouse pathogen closely related to E. coli, was deemed the most suitable mouse model currently available for in vivo testing of T3SS-targeting compounds. Two bacterial proteins, EaeH (an outer membrane adhesin) and YghJ (a putative secreted lipoprotein), highly conserved surface-associated proteins recently identified as III protective antigens against E. coli infection of mice, were explored in order to determine their suitability as candidates for a human vaccine against pathogenic E. coli. We focused on the expression and function of these proteins in the EHEC O157:H7 EDL933 strain and the adherent-invasive E. coli (AIEC) LF82 strain. Although expression of EaeH by other E. coli pathotypes has recently been shown to be upregulated upon contact with host intestinal cells, no evidence of this upregulation could be demonstrated in our strains. Additionally, while YghJ was produced by the AIEC strain, it was not secreted by bacteria under conditions that other YghJ-expressing E. coli pathotypes do, despite the AIEC strain carrying all the genes required to encode the secretion system it is associated with. While our findings indicate that a vaccine that raises antibodies against EaeH and YghJ may have limited effect on the EHEC and AIEC strains we used, recent studies into these proteins in different E. coli pathogens have suggested they are still excellent candidates for a broadly effective vaccine against E. coli. Finally, we characterised a small lead compound, identified by high-throughput screening as a possible inhibitor of Shiga toxin expression. Shiga toxin production causes both the symptoms of illness and development of HUS, and thus reduction of toxin production, release, or binding to host receptors could therefore be an effective way to treat infections and decrease the risk of HUS. Inhibition of Shiga toxin production by this compound was confirmed, and was shown to be caused by an inhibitory effect on activation of the bacterial SOS response rather than on the Shiga toxin genes themselves. The bacterial target of this compound was identified as RecA, a major regulator of the SOS response, and we hypothesise that the compound binds covalently to its target, preventing oligomerisation of RecA into an activated filament. Altogether, the results presented here provide an improved understanding of these different approaches to combating EHEC infection, which will aid the development of safe and effective vaccines and anti-virulence treatments against EHEC.