Replication of Japanese encephalitis virus in mouse brain induces alterations in lymphocyte response

The experimental model using intracerebral (i.c.) challenge was employed in many studies evaluating the protection against disease induced by Japanese encephalitis virus (JEV). We investigated alterations in peripheral lymphocyte response caused by i.c. infection of mice with JEV. Splenocytes from the i.c.-infected mice showed suppressed proliferative response to concanavalin A (con A) and anti-CD3 antibody stimulation. At the same time, the expression of CD25 (IL-2R) and production of IL-2 was inhibited. Addition of anti-CD28 antibody restored the decreased anti-CD3 antibody-mediated proliferation in the splenocytes. Moreover, the number of con A-stimulated cells secreting IL-4 was significantly reduced in splenocytes from i.c.-infected mice. These studies suggested that the i.c. infection with JEV might involve additional immune modulation effects due to massive virus replication in the brain.

Absence of systemic toxicity in mouse model towards BaTiO3 nanoparticulate based eluate treatment

One of the existing issues in implant failure of orthopedic biomaterials is the toxicity induced by the fine particles released during long term use in vivo, leading to acute inflammatory response. In developing a new class of piezobiocomposite to mimic the integrated electrical and mechanical properties of bone, bone-mimicking physical properties as well as in vitro cytocompatibility properties have been achieved with spark plasma sintered hydroxyapatite (HA)-barium titanate (BaTiO3) composites. However, the presence of BaTiO3 remains a concern towards the potential toxicity effect. To address this issue, present work reports the first result to conclusively confirm the non-toxic effect of HA-BaTiO3 piezobiocomposite nanoparticulates, in vivo. Twenty BALB/c mice were intraarticularly injected at their right knee joints with different concentrations of HA-BaTiO3 composite of up to 25 mg/ml. The histopathological examination confirmed the absence of any trace of injected particles or any sign of inflammatory reaction in the vital organs, such as heart, spleen, kidney and liver at 7 days post-exposure period. Rather, the injected nanoparticulates were found to be agglomerated in the vicinity of the knee joint, surrounded by macrophages. Importantly, the absence of any systemic toxicity response in any of the vital organs in the treated mouse model, other than a mild local response at the site of delivery, was recorded. The serum biochemical analyses using proinflammatory cytokines (TNF-alpha and IL-1 beta) also complimented to the non-immunogenic response to injected particulates. Altogether, the absence of any inflammatory/ adverse reaction will open up myriad of opportunities for BaTiO3 based piezoelectric implantable devices in biomedical applications.

Efeito de ExoU na ativação de NF-κB e na secreção de IL-8 por células humanas infectadas por Pseudomonas aeruginosa

ExoU, uma citotoxina produzida pelo patógeno oportunista Pseudomonas aeruginosa e translocada para o citossol de células hospedeiras via sistema de secreção do tipo III, é associada à gravidade de infecções agudas. Estudos anteriores realizados em nosso laboratório relataram a potente atividade pró-inflamatória de ExoU, responsável por um intenso recrutamento de neutrófilos para o sítio de infecção. No presente trabalho, o efeito de ExoU na modulação da ativação do fator transcricional NF-κB e na regulação da expressão e da secreção da quimiocina para neutrófilos IL-8 foi avaliado em culturas de células epiteliais respiratórias e endoteliais humanas infectadas com a cepa PA103 de P. aeruginosa (produtora de ExoU) ou com a mutante deletada no gene exoU, PA103κexoU. Análises por RT-PCR semi-quantitativo mostraram que a infecção pela cepa produtora de ExoU levou ao aumento dos níveis de mRNA de IL-8, enquanto ensaios de alteração da mobilidade eletroforética (EMSA), supershift e com gene repórter mostraram que ExoU induziu a translocação nuclear do heterodímero transativador p65/p50 de NF-κB e a ativação da transcrição de genes dependente deste fator transcricional. Adicionalmente, o tratamento das culturas celulares com um inibidor de NF-κB antes da infecção bacteriana reduziu significativamente os níveis de mRNA de IL-8 e da secreção desta quimiocina. Em conjunto, estes resultados mostram que ExoU ativa NF-κB e, consequentemente, estimula a expressão e a secreção de IL-8 por células epiteliais respiratórias e células endoteliais infectadas com P. aeruginosa

Cytokine pathway disruption in a mouse model of schizophrenia induced by Munc18-1a overexpression in the brain

Background: An accumulating body of evidence points to the significance of neuroinflammation and immunogenetics in schizophrenia, and an imbalance of cytokines in the central nervous system (CNS) has been suggested to be associated with the disorder. Munc18-overexpressing mice (Munc18-OE) have provided a model for the study of the alterations that may underlie the symptoms of subjects with schizophrenia. The aim of the present study was to elucidate the involvement of neuroinflammation and cytokine imbalance in this model. Methods: Cytokines were evaluated in the cortex and the striatum of Munc18-OE and wild-type (WT) mice by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Protein levels of specific microglia and macrophage, astrocytic and neuroinflammation markers were quantified by western blot in the cortex and the striatum of Munc18-OE and WT mice. Results: Each cytokine evaluated (Interferon-gamma (IFN-gamma), Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-alpha), Interleukin-2 (IL-2) and CCL2 chemokine) was present at higher levels in the striatum of Munc18-OE mice than WT. Cortical TNF-alpha and IL-2 levels were significantly lower in Munc18-OE mice than WT mice. The microglia and macrophage marker CD11b was lower in the cortexes of Munc18-OE mice than WT, but no differences were observed in the striatum. Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) and Nuclear Factor-kappaB (NF-kappa B)p65 levels were not different between the groups. Interleukin-1beta (IL-1 beta) and IL-6 levels were beneath detection limits. Conclusions: The disrupted levels of cytokines detected in the brain of Munc18-OE mice was found to be similar to clinical reports and endorses study of this type for analysis of this aspect of the disorder. The lower CD11b expression in the cortex but not in the striatum of the Munc18-OE mice may reflect differences in physiological activity. The cytokine expression pattern observed in Munc18-OE mice is similar to a previously published model of schizophrenia caused by maternal immune activation. Together, these data suggest a possible role for an immune imbalance in this disorder.

The expression and regulation of pregnancy-specific glycoproteins in the mouse

Pregnancy-Specific Glycoproteins (PSG) are the most abundant fetally expressed proteins in the maternal bloodstream at term. This multigene family are immunoglobulin superfamily members and are predominantly expressed in the syncytiotrophoblast of human placenta and in giant cells and spongiotrophoblast of rodent placenta. PSGs are encoded by seventeen genes in the mouse and ten genes in the human. Little is known about the function of this gene family, although they have been implicated in immune modulation and angiogenesis through the induction of cytokines such as IL-10 and TGFβ1 in monocytes, and more recently, have been shown to inhibit the platelet-fibrinogen interaction. I provide new information concerning the evolution of the murine Psg genomic locus structure and organisation, through the discovery of a recent gene inversion event of Psg22 within the major murine Psg cluster. In addition to this, I have performed an examination of the expression patterns of individual Psg genes in placental and non-placental tissues. This study centres on Psg22, which is the most abundant murine Psg transcript detected in the first half of pregnancy. A novel alternative splice variant transcript of Psg22 lacking the protein N1-domain was discovered, and similar to the full length isoform induces TGFβ1 in macrophage and monocytic cell lines. The identification of a bidirectional antisense long non-coding RNA transcript directly adjacent to Psg22 and its associated active local chromatin conformation, suggests an interesting epigenetic gene-specific regulatory mechanism that may be responsible for the high level of Psg22 expression relative to the other Psg family members upon trophoblast giant cell differentiation

Immune and stress factors in the pathophysiology of the mdx mouse model of Duchenne Muscular Dystrophy

Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a fatal multi-system neuromuscular disease caused by loss of dystrophin. The loss of dystrophin from membranes of contractile muscle cells and the dysregulation of the DAPC, induces chronic inflammation due to tissue necrosis and eventual replacement with collagen which weakens muscular force and strength. Dystrophin deficiency may cause under-diagnosed features of DMD include mood disorders such as depression and anxiety and dysfunction of the gastrointestinal tract. The first study in the thesis examined mood in the dystrophin-deficient mdx mouse model of DMD and examined the effects of the tri-cyclic antidepressant, amitriptyline on behaviours. Amitriptyline had anti-depressant and anxiolytic effects in the mdx mice possibly through effects on stress factors such as corticotrophin-releasing factor (CRF). This antidepressant also reduced skeletal muscle inflammation and caused a reduction in circulating interleukin (IL)-6 levels. In the second and third studies, we specifically blocked IL-6 signalling and used Urocortin 2, CRFR2 agonist to investigate their potential as therapeutic targets in mdx mice pathophysiology. Isometric and isotonic contractile properties of the diaphragm, were compared in mdx mice treated with anti IL-6 receptor antibodies (anti IL-6R) and/or Urocortin 2. Deficits in force production, work and power detected in mdx mice were improved with treatment. In study three I investigated contractile properties in gastrointestinal smooth muscle. As compared to wild type mice, mdx mice had slower faecal transit times, shorter colons with thickened muscle layers and increased contractile activity in response to recombinant IL-6. Blocking IL-6 signalling resulted in an increase in colon length, normalised faecal output times and a reduction in IL-6-evoked contractile activity. The findings from these studies indicate that for both diaphragm and gastrointestinal function in a dystrophin-deficient model, targeting of IL-6 and CRFR2 signalling has beneficial therapeutic effects.

Characterization of a spontaneous mouse retinal pigment epithelial cell line B6-RPE07.

PURPOSE. A spontaneously arising retinal pigment epithelial (RPE) cell line (B6-RPE07) was cloned from a primary culture of mouse RPE cells and maintained in culture for more than 18 months. Morphologic and functional properties of this cell line have been characterized.

METHODS. The morphology of the B6-RPE07 cells was examined by phase-contrast light microscopy, electron microscopy, and confocal microscopy. Barrier properties were measured by the flux of fluorescence from the apical to the basolateral compartment of culture chambers. The abilities of the cells to bind/phagocytose photoreceptor outer segments (POS) were determined by confocal microscopy, electron microscopy, and flow cytometry. Cytokine/chemokine secretion was measured by cytometric bead array. The expression of visual cycle proteins was determined by RT-PCR and Western blotting.

RESULTS. In standard culture conditions, B6-RPE07 cells display cobblestone morphology. When cultured on three-dimensional (3D) collagen gel–coated membranes, B6-RPE07 cells exhibit a monolayer epithelial polarization with apical surface microvilli. Immunohistochemistry of B6-RPE07 cultures revealed a high expression of pan-cytokeratin. B6-RPE07 cells also expressed the retinal pigment epithelium-specific marker CRALBP, but not RPE65. Cell junction proteins ZO-1 and ß-catenin, but not claudin-1/3 or occludin-1, were observed in B6-RPE07 cells. B6-RPE07 cells are able to bind, phagocytose, and digest POS. Finally, B6-RPE07 cells produce high levels of IL-6 and CCL2.

CONCLUSIONS. This is the first report of a mouse RPE cell line with morphology, phenotype, and function similar to those of in vivo mouse RPE cells. This cell line will be a valuable resource for future RPE studies, in particular for in vivo gene modification and transplantation studies.

Participation of adult mouse bone marrow cells in reconstitution of skin

Results of recent studies have indicated that bone marrow cells can differentiate into various cells of ectodermal, mesodermal, and endodermal origins when transplanted into the body. However, the problems associated with those experiments such as the long latent period, rareness of the event, and difficulty in controlling the processes have hampered detailed mechanistic studies. In the present study, we examined the potency of mouse bone marrow cells to differentiate into cells comprising skin tissues using a skin reconstitution assay. Bone marrow cells from adult green fluorescent protein (GFP)-transgenic mice were transplanted in a mixture of embryonic mouse skin cells (17.5 days post-coitus) onto skin defects made on the backs of nude mice. Within 3 weeks, fully differentiated skin with hair was reconstituted. GFP-positive cells were found in the epidermis, hair follicles, sebaceous glands, and dermis. The localization and morphology of the cells, results of immunohistochemistry, and results of specific staining confirmed that the bone marrow cells had differentiated into epidermal keratinocytes, sebaceous gland cells, follicular epithelial cells, dendritic cells, and endothelial cells under the present conditions. These results indicate that this system is suitable for molecular and cellular mechanistic studies on differentiation of stem cells to various epidermal and dermal cells.

Chronic IL9 and IL-13 Exposure Leads to an Altered Differentiation of Ciliated Cells in a Well-Differentiated Paediatric Bronchial Epithelial Cell Model

Asthma is a chronic inflammatory disease characterised by airways remodelling. In mouse models IL-9 and IL-13 have been implicated in airways remodelling including mucus hypersecretion and goblet cell hyperplasia. Their role, especially that of IL-9, has been much less studied in authentic human ex vivo models of the bronchial epithelium from normal and asthmatic children. We assessed the effects of IL-9, IL-13 and an IL-9/IL-13 combination, during differentiation of bronchial epithelial cells from normal (n?=?6) and asthmatic (n?=?8) children. Cultures were analysed for morphological markers and factors associated with altered differentiation (MUC5AC, SPDEF and MMP-7). IL-9, IL-9/IL-13 combination and IL-13 stimulated bronchial epithelial cells from normal children had fewer ciliated cells [14.8% (SD 8.9), p?=?0.048, 12.4 (SD 6.1), p?=?0.016 and 7.3% (SD 6.6), p?=?0.031] respectively compared with unstimulated [(21.4% (SD 9.6)]. IL-9 stimulation had no effect on goblet cell number in either group whereas IL-9/IL-13 combination and IL-13 significantly increased goblet cell number [24.8% (SD 8.8), p?=?0.02), 32.9% (SD 8.6), p?=?0.007] compared with unstimulated normal bronchial cells [(18.6% (SD 6.2)]. All stimulations increased MUC5AC mRNA in bronchial epithelial cells from normal children and increased MUC5AC mucin secretion. MMP-7 localisation was dysregulated in normal bronchial epithelium stimulated with Th2 cytokines which resembled the unstimulated bronchial epithelium of asthmatic children. All stimulations resulted in a significant reduction in transepithelial electrical resistance values over time suggesting a role in altered tight junction formation. We conclude that IL-9 does not increase goblet cell numbers in bronchial epithelial cell cultures from normal or asthmatic children. IL-9 and IL-13 alone and in combination, reduce ciliated cell numbers and transepithelial electrical resistance during differentiation of normal epithelium, which clinically could inhibit mucociliary clearance and drive an altered repair mechanism. This suggests an alternative role for IL-9 in airways remodelling and reaffirms IL-9 as a potential therapeutic target.© 2013 Parker et al.

Intravitreal Injection of Normal Saline Induces Retinal Degeneration in the C57BL/6J Mouse

Purpose: To investigate the adverse effect of intravitreal injection of normal saline (NS) and phosphate buffered saline (PBS) in mouse eyes.

Methods: NS or PBS was injected intravitreally into C57BL/6J mouse eyes. Retinal lesions were monitored by fundus imaging, spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT), and histological investigations. Retinal immune gene expression was determined by real-time polymerase chain reaction (PCR). The toxic effect of NS and PBS or retinal protein from NS- or PBS-injected eyes on retinal pigment epithelium (RPE) was tested in B6-RPE-07 mouse RPE cell cultures.

Results: Intravitreal injection of NS dose-dependently induced localized retinal lesion in mice. Histological investigations revealed multiple vacuoles in photoreceptor outer segments and RPE cells. The lesions recovered over time and by 3 weeks post injection the majority of lesions vanished in eyes receiving 1 μl NS. Inflammatory genes, including TNF-α, IL-1β, IL-6, iNOS, and VEGF were upregulated in NS injected eyes. Intravitreal injection of PBS did not cause any pathology. The treatment of B6-RPE07 cells with 30% PBS or 30% NS did not affect RPE viability. However, incubation of 1-μg/ml retinal protein from NS-injected eyes, but not PBS-injected eyes induced RPE cell death.

Conclusion: NS is toxic to the C57BL/6J mouse retina and should not be used as a vehicle for intraocular injection. PBS is not toxic to the retina and is a preferred vehicle.

Translational Relevance: NS is not a physiological solution for intraocular injection in the C57BL/6J mice and questions its suitability for intraocular injection in other species, including human.

Wnt signaling in age-related macular degeneration: human macular tissue and mouse model

BACKGROUND: The wingless-type MMTV integration site (Wnt) signaling is a group of signal transduction pathways. In canonical Wnt pathway, Wnt ligands bind to low-density lipoprotein receptor-related protein 5 or 6 (LRP5 or LRP6), resulting in phosphorylation and activation of the receptor. We hypothesize that canonical Wnt pathway plays a role in the retinal lesion of age-related macular degeneration (AMD), a leading cause of irreversible central visual loss in elderly.

METHODS: We examined LRP6 phosphorylation and Wnt signaling cascade in human retinal sections and plasma kallistatin, an endogenous inhibitor of the Wnt pathway in AMD patients and non-AMD subjects. We also used the Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (-/-) /rd8 and Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (gfp/gfp) mouse models with AMD-like retinal degeneration to further explore the involvement of Wnt signaling activation in the retinal lesions in those models and to preclinically evaluate the role of Wnt signaling suppression as a potential therapeutic option for AMD.

RESULTS: We found higher levels of LRP6 (a key Wnt signaling receptor) protein phosphorylation and transcripts of the Wnt pathway-targeted genes, as well as higher beta-catenin protein in AMD macula compared to controls. Kallistatin was decreased in the plasma of AMD patients. Retinal non-phosphorylated-β-catenin and phosphorylated-LRP6 were higher in Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (-/-) /rd8 mice than that in wild type. Intravitreal administration of an anti-LRP6 antibody slowed the progression of retinal lesions in Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (-/-) /rd8 and Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (gfp/gfp) mice. Electroretinography of treated eyes exhibited larger amplitudes compared to controls in both mouse models. A2E, a retinoid byproduct associated with AMD was lower in the treated eyes of Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (-/-) /rd8 mice. Anti-LRP6 also suppressed the expression of Tnf-α and Icam-1 in Ccl2 (-/-) /Cx3cr1 (-/-) /rd8 retinas.

CONCLUSIONS: Wnt signaling may be disturbed in AMD patients, which could contribute to the retinal inflammation and increased A2E levels found in AMD. Aberrant activation of canonical Wnt signaling might also contribute to the focal retinal degenerative lesions of mouse models with Ccl2 and Cx3cr1 deficiency, and intravitreal administration of anti-LRP6 antibody could be beneficial by deactivating the canonical Wnt pathway.

Cortical origin of functional recovery in the somatosensory cortex of the adult mouse after thalamic lesion

Résumé L'accident vasculaire cérébral sensoriel pur est un des syndromes lacunaires, dû à l'occlusion de petits vaisseaux cérébraux, souvent dans le cadre d'une lésion intéressant le noyau ventro-caudal du thalamus. Il produit un hémisyndrome sensitif pur, et parfois un syndrome douloureux se développe à distance de l'événement aigu. Afin d'étudier la récupération fonctionnelle dans le cortex somatosensoriel (SI) après une telle lésion dans le thalamus, un modèle de lésion excitotoxique a été développé dans le système somatosensoriel de la souris adulte, caractérisé par la présence de formations cytoarchitectoniques dans SI appelées "tonneaux". Chacun de ces tonneaux correspond à la représentation corticale d'une vibrisse du museau. L'activité métabolique a été mesurée dans SI à différents intervalles après la lésion, à l'aide de déoxyglucose marqué radioactivement. Dans les deux premiers jours suivant celle-ci, l'activité métabolique diminue de manière importante dans toutes les couches corticales, avec une atteinte plus marquée dans la couche IV, principale projection des axones thalamo-corticaux. Une récupération de l'activité métabolique se produit ensuite, d'autant plus marquée que le délai après la lésion est grand. Cette récupération s'observe dans toutes les couches coticales, les couches I et Vb récupérant plus rapidement que les couches II, III, IV, Va et VI. Cinq semaines après la lésion, l'absence des vibrisses correspondant à la partie déafférentée de SI diminue l'activité métabolique corticale de 32% et démontre l'activation par la périphérie de cette partie de l'écorce, malgré la perte des axones thalamo-corticaux provenant du noyau ventro-caudal. Des expériences de traçage rétrograde ont montré une augmentation des projections intracorticales sur la partie déafférentée de l'écorce, en particulier de longue distance, ainsi que des projections interhémisphériques, mais n'ont pas permis de mettre en évidence de nouvelle projection thalamique, indiquant une origine corticale à la récupération fonctionnelle observée. Abstract To study the degree and time course of the functional recovery in the somatosensory cortex (SI) after an excitotoxic lesion in the adult mouse thalamus, metabolic activity was determined in SI at various times points post lesion. Immediately after the lesion, metabolic activity in the thalamically deafferented part of SI was at its lowest value but increased progressively at subsequent time points. This was seen in all cortical layers, however, layers I and Vb recover more rapidly than layers II, III, IV, Va and VI. Removal of the mystacial whiskers corresponding to the deafferented area, 5 weeks after cortical recovery, produced a subsequent 32% drop in metabolic activity, demonstrating peripheral sensory activation of this part of the cortex. Tracing experiments revealed that the deafferented cortex did not receive a novel thalamic input, but cortico-cortical and contralateral barrel cortex projections to this area were reinforced. We conclude that the cortical functional recovery after a thalamic lesion is, at least partially, due to modified cortico-cortical and callosal projections to the deafferented cortical area.

Innate Immune Sensing of Fusarium culmorum by Mouse Dendritic Cells.

Chronic inhalation of grain dust is associated with asthma and chronic bronchitis in grain worker populations. Exposure to fungal particles was postulated to be an important etiologic agent of these pathologies. Fusarium species frequently colonize grain and straw and produce a wide array of mycotoxins that impact human health, necessitating an evaluation of risk exposure by inhalation of Fusarium and its consequences on immune responses. Data showed that Fusarium culmorum is a frequent constituent of aerosols sampled during wheat harvesting in the Vaud region of Switzerland. The aim of this study was to examine cytokine/chemokine responses and innate immune sensing of F. culmorum in bone-marrow-derived dendritic cells and macrophages. Overall, dendritic cells and macrophages responded to F. culmorum spores but not to its secreted components (i.e., mycotoxins) by releasing large amounts of macrophage inflammatory protein (MIP)-1α, MIP-1β, MIP-2, monocyte chemoattractant protein (MCP)-1, RANTES, and interleukin (IL)-12p40, intermediate amounts of tumor necrosis factor (TNF), IL-6, IL-12p70, IL-33, granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), and interferon gamma-induced protein (IP-10), but no detectable amounts of IL-4 and IL-10, a pattern of mediators compatible with generation of Th1 or Th17 antifungal protective immune responses rather than with Th2-dependent allergic responses. The sensing of F. culmorum spores by dendritic cells required dectin-1, the main pattern recognition receptor involved in β-glucans detection, but likely not MyD88 and TRIF-dependent Toll-like receptors. Taken together, our results indicate that F. culmorum stimulates potently innate immune cells in a dectin-1-dependent manner, suggesting that inhalation of F. culmorum from grain dust may promote immune-related airway diseases in exposed worker populations.

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.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.