A New Outlook on Mental Illnesses: Glial Involvement Beyond the Glue.

Mental illnesses have long been perceived as the exclusive consequence of abnormalities in neuronal functioning. Until recently, the role of glial cells in the pathophysiology of mental diseases has largely been overlooked. However recently, multiple lines of evidence suggest more diverse and significant functions of glia with behavior-altering effects. The newly ascribed roles of astrocytes, oligodendrocytes and microglia have led to their examination in brain pathology and mental illnesses. Indeed, abnormalities in glial function, structure and density have been observed in postmortem brain studies of subjects diagnosed with mental illnesses. In this review, we discuss the newly identified functions of glia and highlight the findings of glial abnormalities in psychiatric disorders. We discuss these preclinical and clinical findings implicating the involvement of glial cells in mental illnesses with the perspective that these cells may represent a new target for treatment.

Microglial cells in astroglial cultures: a cautionary note

Primary rodent astroglial-enriched cultures are the most popular model to study astroglial biology in vitro. From the original methods described in the 1970's a great number of minor modifications have been incorporated into these protocols by different laboratories. These protocols result in cultures in which the astrocyte is the predominant cell type, but astrocytes are never 100% of cells in these preparations. The aim of this review is to bring attention to the presence of microglia in astroglial cultures because, in my opinion, the proportion of and the role that microglial cells play in astroglial cultures are often underestimated. The main problem with ignoring microglia in these cultures is that relatively minor amounts of microglia can be responsible for effects observed on cultures in which the astrocyte is the most abundant cell type. If the relative contributions of astrocytes and microglia are not properly assessed an observed effect can be erroneously attributed to the astrocytes. In order to illustrate this point the case of NO production in activated astroglial-enriched cultures is examined. Lipopolysaccharide (LPS) induces nitric oxide (NO) production in astroglial-enriched cultures and this effect is very often attributed to astrocytes. However, a careful review of the published data suggests that LPS-induced NO production in rodent astroglial-enriched cultures is likely to be mainly microglial in origin. This review considers cell culture protocol factors that can affect the proportion of microglial cells in astroglial cultures, strategies to minimize the proportion of microglia in these cultures, and specific markers that allow the determination of such microglial proportions.

Cytokine-induced sleep: Neurons respond to TNF with production of chemokines and increased expression of Homer1a in vitro.

Interactions of neurons with microglia may play a dominant role in sleep regulation. TNF may exert its somnogeneic effects by promoting attraction of microglia and their processes to the vicinity of dendrites and synapses. We found TNF to stimulate neurons (i) to produce CCL2, CCL7 and CXCL10, chemokines acting on mononuclear phagocytes and (ii) to stimulate the expression of the macrophage colony stimulating factor (M-CSF/Csf1), which leads to elongation of microglia processes. TNF may also act on neurons by affecting the expression of genes essential in sleep-wake behavior. The neuronal expression of Homer1a mRNA, increases during spontaneous and enforced periods of wakefulness. Mice with a deletion of Homer1a show a reduced wakefulness with increased non-rapid eye movement (NREM) sleep during the dark period. Recently the TNF-dependent increase of NREM sleep in the dark period of mice with CD40-induced immune activation was found to be associated with decreased expression of Homer1a. In the present study we investigated the effects of TNF and IL-1β on gene expression in cultures of the neuronal cell line HT22 and cortical neurons. TNF slightly increased the expression of Homer1a and IL-1β profoundly enhanced the expression of Early growth response 2 (Egr2). The data presented here indicate that the decreased expression of Homer1a, which was found in the dark period of mice with CD40-induced increase of NREM sleep is not due to inhibitory effects of TNF and IL-1β on the expression of Homer1a in neurons.

Spinal Cord T-Cell Infiltration in the Rat Spared Nerve Injury Model: A Time Course Study.

The immune system is involved in the development of neuropathic pain. In particular, the infiltration of T-lymphocytes into the spinal cord following peripheral nerve injury has been described as a contributor to sensory hypersensitivity. We used the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain in Sprague Dawley adult male rats to assess proliferation, and/or protein/gene expression levels for microglia (Iba1), T-lymphocytes (CD2) and cytotoxic T-lymphocytes (CD8). In the dorsal horn ipsilateral to SNI, Iba1 and BrdU stainings revealed microglial reactivity and proliferation, respectively, with different durations. Iba1 expression peaked at D4 and D7 at the mRNA and protein level, respectively, and was long-lasting. Proliferation occurred almost exclusively in Iba1 positive cells and peaked at D2. Gene expression observation by RT-qPCR array suggested that T-lymphocytes attracting chemokines were upregulated after SNI in rat spinal cord but only a few CD2/CD8 positive cells were found. A pronounced infiltration of CD2/CD8 positive T-cells was seen in the spinal cord injury (SCI) model used as a positive control for lymphocyte infiltration. Under these experimental conditions, we show early and long-lasting microglia reactivity in the spinal cord after SNI, but no lymphocyte infiltration was found.

The L-type voltage-gated calcium channel modulates microglial pro-inflammatory activity

Under pathological conditions, microglia, the resident CNS immune cells, become reactive and release pro-inflammatory cytokines and neurotoxic factors. We investigated whether this phenotypic switch includes changes in the expression of the L-type voltage-gated calcium channel (VGCC) in a rat model of N-methyl-d-aspartate-induced hippocampal neurodegeneration. Double immunohistochemistry and confocal microscopy evidenced that activated microglia express the L-type VGCC. We then analyzed whether BV2 microglia express functional L-type VGCC, and investigated the latter's role in microglial cytokine release and phagocytic capacity. Activated BV2 microglia express the CaV1.2 and CaV1.3 subunits of the L-type VGCC determined by reverse transcription-polymerase chain reaction, Western blot and immunocytochemistry. Depolarization with KCl induced a Ca2+ entry facilitated by Bay k8644 and partially blocked with nifedipine, which also reduced TNF-α and NO release by 40%. However, no nifedipine effect on BV2 microglia viability or phagocytic capacity was observed. Our results suggest that in CNS inflammatory processes, the L-type VGCC plays a specific role in the control of microglial secretory activity.

Proliferation of differentiated glial cells in the brain stem

Classical studies of macroglial proliferation in muride rodents have provided conflicting evidence concerning the proliferating capabilities of oligodendrocytes and microglia. Furthermore, little information has been obtained in other mammalian orders and very little is known about glial cell proliferation and differentiation in the subclass Metatheria although valuable knowledge may be obtained from the protracted period of central nervous system maturation in these forms. Thus, we have studied the proliferative capacity of phenotypically identified brain stem oligodendrocytes by tritiated thymidine radioautography and have compared it with known features of oligodendroglial differentiation as well as with proliferation of microglia in the opossum Didelphis marsupialis. We have detected a previously undescribed ephemeral, regionally heterogeneous proliferation of oligodendrocytes expressing the actin-binding, ensheathment-related protein 2'3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNPase), that is not necessarily related to the known regional and temporal heterogeneity of expression of CNPase in cell bodies. On the other hand, proliferation of microglia tagged by the binding of Griffonia simplicifolia B4 isolectin, which recognizes an alpha-D-galactosyl-bearing glycoprotein of the plasma membrane of macrophages/microglia, is known to be long lasting, showing no regional heterogeneity and being found amongst both ameboid and differentiated ramified cells, although at different rates. The functional significance of the proliferative behavior of these differentiated cells is unknown but may provide a low-grade cell renewal in the normal brain and may be augmented under pathological conditions.

Distribution of microglial cells in the cerebral hemispheres of embryonic and neonatal chicks

The distribution, morphology and morphometry of microglial cells in the chick cerebral hemispheres from embryonic day 4 (E4) to the first neonatal day (P1) were studied by histochemical labeling with a tomato (Lycopersicon esculentum) lectin. The histochemical analysis revealed lectin-reactive cells in the nervous parenchyma on day E4. Between E4 (5.7 ± 1.35 mm length) and E17 (8.25 ± 1.2 mm length), the lectin-reactive cells were identified as ameboid microglia and observed starting from the subventricular layer, distributed throughout the mantle layer and in the proximity of the blood vessels. After day E13, the lectin-reactive cells exhibited elongated forms with small branched processes, and were considered primitive ramified microglia. Later, between E18 (5.85 ± 1.5 mm cell body length) and P1 (3.25 ± 0.6 mm cell body length), cells with more elongated branched processes were observed, constituting the ramified microglia. Our findings provide additional information on the migration and differentiation of microglial cells, whose ramified form is observed at the end of embryonic development. The present paper focused on the arrangement of microglial cells in developing cerebral hemispheres of embryonic and neonatal chicks, which are little studied in the literature. Details of morphology, morphometry and spatial distribution of microglial cells contributed to the understanding of bird and mammal central nervous system ontogeny. Furthermore, the identification and localization of microglial cells during the normal development could be used as a morphological guide for embryonic brain injury researches.

Imaging Neuroinflammation in Progressive Multiple Sclerosis

Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system CNS), where inflammation and neurodegeneration lead to irreversible neuronal damage. In MS, a dysfunctional immune system causes auto‐reactive lymphocytes to migrate into CNS where they initiate an inflammatory cascade leading to focal demyelination, axonal degeneration and neuronal loss. One of the hallmarks of neuronal injury and neuroinflammation is the activation of microglia. Activated microglia are found not only in the focal inflammatory lesions, but also diffusely in the normal‐appearing white matter (NAWM), especially in progressive MS. The purine base, adenosine is a ubiquitous neuromodulator in the CNS and also participates in the regulation of inflammation. The effect of adenosine mediated via adenosine A2A receptors has been linked to microglial activation, whereas modulating A2A receptors may exert neuroprotective effects. In the majority of patients, MS presents with a relapsing disease course, later advancing to a progressive phase characterised by a worsening, irreversible disability. Disease modifying treatments can reduce the severity and progression in relapsing MS, but no efficient treatment exists for progressive MS. The aim of this research was to investigate the prevalence of adenosine A2A receptors and activated microglia in progressive MS by using in vivo positron emission tomography (PET) imaging and [11C]TMSX and [11C](R)‐PK11195 radioligands. Magnetic resonance imaging (MRI) with diffusion tensor imaging (DTI) was performed to evaluate structural brain damage. Non‐invasive input function methods were also developed for the analyses of [11C]TMSX PET data. Finally, histopathological correlates of [11C](R)‐PK11195 radioligand binding related to chronic MS lesions were investigated in post‐mortem samples of progressive MS brain using autoradiography and immunohistochemistry. [11C]TMSX binding to A2A receptors was increased in NAWM of secondary progressive MS (SPMS) patients when compared to healthy controls, and this correlated to more severe atrophy in MRI and white matter disintegration (reduced fractional anisotropy, FA) in DTI. The non‐invasive input function methods appeared as feasible options for brain [11C]TMSX images obviating arterial blood sampling. [11C](R)‐PK11195 uptake was increased in the NAWM of SPMS patients when compared to patients with relapsing MS and healthy controls. Higher [11C](R)‐PK11195 binding in NAWM and total perilesional area of T1 hypointense lesions was associated with more severe clinical disability, increased brain atrophy, higher lesion load and reduced FA in NAWM in the MS patients. In autoradiography, increased perilesional [11C](R)‐PK11195 uptake was associated with increased microglial activation identified using immunohistochemistry. In conclusion, brain [11C]TMSX PET imaging holds promise in the evaluation of diffuse neuroinflammation in progressive MS. Being a marker of microglial activation, [11C](R)‐ PK11195 PET imaging could possibly be used as a surrogate biomarker in the evaluation of the neuroinflammatory burden and clinical disease severity in progressive MS.

Glial cell activity is maintained during prolonged inflammatory challenge in rats

We evaluated the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), glutamine synthetase (GS), ionized calcium binding adaptor protein-1 (Iba-1), and ferritin in rats after single or repeated lipopolysaccharide (LPS) treatment, which is known to induce endotoxin tolerance and glial activation. Male Wistar rats (200-250 g) received ip injections of LPS (100 µg/kg) or saline for 6 days: 6 saline (N = 5), 5 saline + 1 LPS (N = 6) and 6 LPS (N = 6). After the sixth injection, the rats were perfused and the brains were collected for immunohistochemistry. After a single LPS dose, the number of GFAP-positive cells increased in the hypothalamic arcuate nucleus (ARC; 1 LPS: 35.6 ± 1.4 vs control: 23.1 ± 2.5) and hippocampus (1 LPS: 165.0 ± 3.0 vs control: 137.5 ± 2.5), and interestingly, 6 LPS injections further increased GFAP expression in these regions (ARC = 52.5 ± 4.3; hippocampus = 182.2 ± 4.1). We found a higher GS expression only in the hippocampus of the 6 LPS injections group (56.6 ± 0.8 vs 46.7 ± 1.9). Ferritin-positive cells increased similarly in the hippocampus of rats treated with a single (49.2 ± 1.7 vs 28.1 ± 1.9) or repeated (47.6 ± 1.1 vs 28.1 ± 1.9) LPS dose. Single LPS enhanced Iba-1 in the paraventricular nucleus (PVN: 92.8 ± 4.1 vs 65.2 ± 2.2) and hippocampus (99.4 ± 4.4 vs 73.8 ± 2.1), but had no effect in the retrochiasmatic nucleus (RCA) and ARC. Interestingly, 6 LPS increased the Iba-1 expression in these hypothalamic and hippocampal regions (RCA: 57.8 ± 4.6 vs 36.6 ± 2.2; ARC: 62.4 ± 6.0 vs 37.0 ± 2.2; PVN: 100.7 ± 4.4 vs 65.2 ± 2.2; hippocampus: 123.0 ± 3.8 vs 73.8 ± 2.1). The results suggest that repeated LPS treatment stimulates the expression of glial activation markers, protecting neuronal activity during prolonged inflammatory challenges.

Chronic mild social stress increases neurogenesis in adolescent male rats

Once thought to occur only during specific periods of development, it is now clear that neurogenesis occurs in the rat hippocampus into adulthood. It is wellestablished that stress during adulthood decreases the rate of neurogenesis, but during adolescence, the effects of stress are much less understood. I investigated the effect of short-term or chronic stress during adolescence (daily lhr isolation and change of cage partner from postnatal day (PND) 30-32 or 30-45) on hippocampal neurogenesis. In experiment 1, rats were administered Bromodeoxyuridine (BrdU) daily on PND 30-32, or 46-48, to mark neurogenesis at the beginning of the stressor or after the stressor had ceased, respectively. Neither short-term nor chronic stress had an effect on proliferation or survival (evidenced by BrdU and Doublecortin (Dcx) immunohistochemistry respectively) of cells born at the beginning of the stress procedure. Compared to controls, BrdU-labeling showed chronic stress significantly increased proliferation of cells generated after the stressor had ceased, but survival of new neurons was not supported (Dcx-Iabeling). However, it may be that BrdU injections are inherently stressful. In experiment 2, the stressor (described above) was applied in the absence of BrdU injections. Ki67 (a marker of proliferation) showed that stress transiently increased cell proliferation. Dcx-Iabeling showed that stress also increased neuron survival into adulthood. Labeling with OX.,.42 (a marker of macro phages) suggested that the immune system plays a role in neurogenesis, as stress transiently decreased the number of activated microglia in the hippocampus. It can be concluded that in the adolescent male rat, chronic mild stress increases neurogenesis.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Cerebral edema and acute liver failure : pathophysiological mechanisms and new therapeutic approaches

L’encéphalopathie hépatique (EH) se développe chez les patients atteints d’une maladie du foie et se caractérise par de nombreuses anomalies neuropsychiatriques. L’insuffisance hépatique aiguë (IHA) se caractérise par une perte progressive de l’état de conscience, par une augmentation rapide de l’œdème cérébral et une augmentation de la pression intracrânienne entraînant une herniation cérébrale et la mort. Plusieurs facteurs sont responsables du développement de l’EH mais depuis une centaine d’années, l’hyperammonémie qui peut atteindre des concentrations de l’ordre de plusieurs millimolaires chez les patients atteints d’IHA aux stades de coma est considérée comme un facteur crucial dans la pathogenèse de l’EH. La présente thèse comprend 4 articles suggérant l’implication de nouveaux mécanismes pathogéniques dans le développement de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA et tente d’expliquer l’effet thérapeutique de l’hypothermie et de la minocycline dans la prévention de l’EH et de l’œdème cérébral: 1. L’IHA induite par dévascularisation hépatique chez le rat se caractérise par une augmentation de la production de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (IL-6, IL-1, TNF-). Cette observation constitue la première évidence directe que des mécanismes neuro-inflammatoires jouent une rôle dans la pathogenèse de l’EH et de l’œdème cérébral associés à l’IHA (Chapitre 2.1, articles 1 et 2). 2. L’activation de la microglie telle que mesurée par l’expression de marqueurs spécifiques (OX42, OX-6) coïncide avec le développement de l’encéphalopathie (stade coma) et de l’œdème cérébral et s’accompagne d’une production accrue de cytokines pro-inflammatoires cérébrales (Chapitre 2.1, article 1 et 2). 3. Un stress oxydatif/nitrosatif causé par une augmentation de l’expression de l’oxyde nitrique synthétase et une augmentation de la synthèse d’oxyde nitrique cérébral participe à la pathogénèse des complications neurologiques de l’IHA (Chapitre 2.3, articles 3 et 4). 4. Des traitements anti-inflammatoires tels que l’hypothermie et la minocycline peuvent constituer de nouvelles approches thérapeutiques chez les patients atteints d’IHA (Chapitre 2.1, article 1; Chapitre 2.2, article 2). 5. Les effets bénéfiques de l’hypothermie et de la minocycline sur les complications neurologiques de l’IHA expérimentale s’expliquent, en partie, par une diminution du stress oxydatif/nitrosatif (Chapitre 2.3, article 3; Chapitre 2.4, article 4).

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.

Localisation, mécanisme d’induction et rôle physiopathologique du récepteur B1 des kinines dans de modèles expérimentaux de douleur chez le rat

Les kinines sont des peptides neuro- et vaso- actifs impliqués dans les processus hémodynamiques, inflammatoires et douloureux. Leurs effets biologiques sont produits par l’entremise de deux types de récepteurs couplés aux protéines G, soit B1 (B1R) et B2 (B2R). Le B1R est inductible, son expression est augmentée à la suite d’un dommage tissulaire ou de l’exposition à des endotoxines bactériennes (lipopolysaccharide bactérien (LPS)), à des cytokines pro-inflammatoires (interleukine-1β (IL-1β), facteur de nécrose tumorale-α (TNF-α)) ou à des espèces réactives oxygénées (ROS). Les travaux présentés dans cette thèse avaient pour objectif d’élucider et/ou de raffiner les connaissances sur 1) la localisation, 2) le mécanisme d’induction et 3) le rôle physiopathologique du B1R dans des modèles expérimentaux de douleur chez le rat. Nos données ont permis de démontrer pour la première fois que le B1R est augmenté de façon significative dans la moelle épinière du rat diabétique de type 1 où il est localisé sur les fibres sensorielles de type C, les astrocytes et les cellules de la microglie (1er article). Également, l’inhibition de l’activation des cellules de la microglie supprime les neuropathies diabétiques, l’expression de médiateurs pro-inflammatoires ainsi que l’activité pro-nociceptive du B1R (2e et 3e articles). Finalement, nous avons démontré que la stimulation systémique du TRPV1 par la capsaïcine induit une surexpression du B1R au niveau microgliale, via un mécanisme impliquant l’augmentation de la production de ROS et possiblement de cytokines (4e article). Ces données nous permettent de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’expression et l’activité du B1R. Aussi, elles nous permettent d’imaginer de nouvelles stratégies pour prévenir l’induction du B1R (inhibition du TRPV1) ou son activité délétère (inhibition de l’activation des cellules de la microglie) dans la douleur inflammatoire et neuropathique.