Streptocoque de groupe B et lésions cérébrales périnatales : effets de genre et traits autistiques dans la progéniture

U niversité de Sherbrooke

Streptocoque de groupe B et lésions céréb rales périn atales : effets de gen re et traits a utistiq ues d a n s la progéniture

Par Julie B ergeron D épartem ent de pédiatrie

M ém oire présenté à la Faculté de m édecine et des sciences de la santé en vue de l’obtention du grade de m aître ès sciences (M . Sc.)

en physiologie

Sherbrooke, Q uébec, C anada M ars, 2013

M em bre du ju ry d ’évaluation

Professeur G uillaum e Sébire, Program m e de Physiologie Professeur Louis G endron, Program m e de Physiologie Professeur M arek R ola-P leszczynski, Program m e d ’im m unologie

1+1

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Streptocoque de groupe B et lésions cérébrales p érin atales : effets de gen re et traits a u tistiq u es d a n s la progéniture

Par Julie B ergeron D épartem ent de pédiatrie

M ém oire présenté à la Faculté de m édecine et des sciences de la santé en vue de l'obtention du diplôm e de m aître ès sciences (M . Sc.) en physiologie, Faculté de

m édecine et des sciences de la santé,

U niversité de Sherbrooke, Sherbrooke, Q uébec, C anada, J1H 5N 4

Bien que le streptocoque de groupe B (SG B ) soit une des bactéries les plus fréquentes au cours de la grossesse, l’im pact de l’inflam m ation m aternelle induite par le SG B sur le cerveau en développem ent n ’a jam a is été étudié. Selon notre hypothèse, l’activation im m unitaire m aternelle relevant de la présence du SG B en fin de grossesse jo u e un rôle dans la genèse des dom m ages cérébraux périn atau x et des troubles neuro- développem entaux qui en découlent, par exem ple l’autism e. D ’ailleurs, la génétique ne perm et d ’expliquer q u ’environ 10 à 20% des cas d ’autism e. De plus en plus d ’études épidém iologiques tendent à m ontrer que les facteurs environnem entaux sont aussi à considérer dans les origines de l’autism e. N os résultats, issus d ’un nouveau m odèle anim al pré-clinique d ’inflam m ation m aternelle induite chez le rat par le SG B, m ontrent des dom m ages à la fois placentaires et cérébraux ainsi que des troubles com portem entaux dans la progéniture. C ontrairem ent aux résultats obtenus à l’aide d ’autres m odèles d ’inflam m ation prénatale induite par des bactéries G ram négatives (agissant principalem ent via le T oll-like receptor (T L R )-4) ou par des com posants viraux (TLR -3), l’inflam m ation m aternelle induite par la bactérie G ram positive (T L R - 2) SGB entraîne un patron d istin ctif de chorioam nionite et de lésions cérébrales. Une dysm yélinisation sous-corticale est observée dans le prosencéphale m ais toutefois, il n ’y a aucune prolifération des cellules gliales. Des traits com portem entaux associés à l’autism e, notam m ent des déficits de la com m unication et d e la socialisation, ont été rem arqués dans la progéniture exposée au SG B. C ette com binaison de tra its associés à l’autism e est présente seulem ent chez les m âles. N o s résultats m ontrent pour la prem ière fois que la réponse inflam m atoire m aternofoetale au SGB jo u e un rôle dans l’induction de lésions placentaires et cérébrales, et récapitule plusieurs caractéristiques cardinales de l’autism e chez l’hum ain telle que la susceptibilité liée au genre, la dysconnectivité cérébrale ainsi que plusieurs traits com portem entaux typiques. C ela dem eure un défi de m odéliser les troubles du sp ectre autistique, cependant, ce s résultats appuient les théories selon lesquelles, au-delà de l’influence génétique, les facteurs environnem entaux jo u en t un rôle dans l’autism e et sa prévalence selon le genre.

M ots-clés : Streptocoque de groupe B, N euroinflam m ation, A utism e, L ésions cérébrales périnatales, Prém aturité, C horioam nionite

Strep tocoque de groupe B et lésions céréb ra les p érin atales : effets d e gen re et traits autistiq u es dans la progéniture

Par Julie B ergeron D épartem ent de pédiatrie

M ém oire présenté à la Faculté de m édecine et des sciences de la santé en vue de l’obtention du diplôm e de m aître ès sciences (M . Sc.) en physiologie, Faculté de

m édecine et des sciences de la santé,

U niversité de Sherbrooke, Sherbrooke, Q uébec, C anada, J IH 5N4

Paradoxically, the impact o f group B streptococcus (G B S )-induced m aternai inflam m ation on ofFspring’s brain has not yet been investigated despite G B S being one o f the m ost fréquent bacteria colonizing o r infecting pregnant wom en. A ccording to our hypothesis G B S-induced maternai im m une activation plays a rôle in offspring périnatal brain dam age and subséquent neurodisabilities such as autism . O ur results using a new preclinical m odel o f m aternai inflam m ation triggered by inactivated G B S uncovered its placental, neuropathological, and behavioral im pacts on offspring. G B S-exposed placentas presented cystic lésions and polym orphonuclear infiltration located w ithin the decidual/m aternal side o f the placenta, contrasting w ith m acrophagic infiltration and necrotic areas located in the labyrinth/fetal com partm ent o f the p lacenta follow ing lipopolysaccharide (L PS)-induced m aternai inflam m ation. Brain d am age featured latéral ventricles w idening, predom inating in m aie, réduction o f periventricular external capsules thickness, oligodendrocyte loss, and disorganization o f fronto-pariétal sub­ cortical connectivity w ithout any glial prolifération. A utistic hallm arks w ere found in offspring exposed to GBS, nam ely déficits in m o to r behavior variability, social and com m unicative im pairm ents, i.e. profound defects in the intégration and response to both acoustic and Chemical signais that are both prédom inant m odes o f com m unication in rats. Surprisingly, only maie offspring w ere affected by these com bined autistic-like traits. O ur results show for the first tim e that m aterno-fetal inflam m atory response to GBS plays a rôle in th e induction o f placental and cérébral insults, rem arkably recapitulating cardinal features o f hum an autism , such as gender dichotom y, brain dysconnectivity, and neurobehavioral traits. As opposed to other m odels o f prénatal inflam m atory brain dam age - driven by viral/toll-like recep to r (TLR) 3 - or Gram - negative/TLR 4 -, m aternai inflam m ation resulting from G B S/T L R 2 interactions induced a distinctive pattern o f chorioam nionitis and cérébral injuries. T hese results also provide im portant evidence that beyond genetic influences, m odifiable environm ental factors play a rôle in both the occurrence o f autism , and in its gender unbalance.

Key words: G roup B Streptococcus, N euroinflam m ation, A utism , P érinatal cérébral lésions, Prem aturity, C horioam nionitis

Il m ’aura peut-être fallu un peu plus de temps, certainement plus d ’efforts, mais ça en aura valu la peine

Table des m atières

Résumé (français)...Il Résumé (anglais)... III Table des m atières...VI Liste de figures... VII Liste des tableaux ... VIII Liste des abbréviations... IX

Chapitre 1. Introduction... 1

1.1. Dommages cérébraux périnataux... 1

1.1.1. Caractéristiques neuropathologiques des dommages de la substance blanche cérébrale des nouveau-nés prématurés... 3

1.1.2. Conséquences cliniques des dommages périnatals de la substance blanche...6

1.1.3. Hypothèses physiopathologiques concernant les dommages périnataux de la substance blanche cérébrale... 7

1.2. De l’inflammation gestationnelle aux dommages cérébraux... 9

1.2.1. Modélisation animale d ’inflammations gestationnelles mimant les dommages de la substance blanche périnatale, et leurs conséquences cliniques... 9

1.2.2. SGB en périnatal...20

1.3. L’autisme : un problème de santé publique... 22

1.3.1. Risques prénataux... 23

1.3.2. Risques périnataux... 23

1.4. Modélisation animale de l’autisme... 24

Chapitre 2. Hypothèse de recherche et objectifs...28

2.1 Hypothèse de recherche... 28

2.2 Objectif 1 ... 28

2.3 Objectif 2 ... 28

Chapitre 3. Article... 29

Chapitre 4. Discussion... 63

4.1. Pertinence des résultats...63

4.2. Unicité des lésions obtenues dans le modèle anim al... 64

4.3. SGB et potentiel inflamm atoire... 65

4.4. Différences de genre : hypothèses de causes potentielles?... 66

4.5. Traits autistiques et modélisation anim ale... 67

4.6. Modèle animal d’exposition au SGB et pratiques médicales...68

4.7. Limitations du modèle animal...69

Chapitre 5. Conclusion... 71

Chapitre 6. Remerciements... 72

Chapitre 7. Références... 74

Liste de figures

Figure 1. Inter-relations présum ées entre infections, inflam m ation, p rém aturité et dom m ages cé ré b rau x ...2 Figure 2. Leucom alacies périventriculaires d ’un cerveau hum ain n é o n a ta l... 3 Figure 3. Leucom alacies périventriculaires dans un cerveau hum ain de nouveau-né prém aturé... 4 Figure 4. Effet du renforcem ent des m esures thérapeutiques, en l’occu rren ce la

césarienne, sur les conséquences cliniques telles que la paralysie c é ré b r a le ...9 Figure 5. Schém a d e la signalisation cellulaire suite à la liaison du lipopolysaccharide (LPS) au Toll-like récepteur (T L R ) 4 ... 11 Figure 6. Signalisation intracellulaire du Toll-like receptor (TLR)-4 ju s q u ’à l’activation de la transcription de gènes de la réponse im m u n itaire... 12 Figure 7. Lésions cavitaires p la c e n ta ire s ...14 Figure 8. M arquage im m unohistochim ique (A c C D 68) d ’une coupe de placenta suite à une exposition systém ique au L P S ...15 Figure 9. É largissem ent des ventricules céréb rau x laté ra u x ... 16 Figure 10. C oupes coronales de cerveau de ratons (P25) exp o sés à une inflam m ation m aternelle induite par le lipopolysaccharide d ’E. c o li ... 16 Figure 11. Schém a récap itu latif de la réaction inflam m atoire m aternelle d éclenchée par le LPS et néonatale (systém ique néonatale et cérébrale n é o n a ta le )... 19 Figure 12. Retard de reconnaissance d e (ou d ’attraction/intérêt pour) l’o d e u r m aternelle des ratons à P9 suite à l’exposition m aternelle au valproate à G 12.5 ...25 Figure 13. Test de l’inhibition du réflexe de sursaut à l’adolescence et à l’âge adulte chez les rats exposés au valproate... 26 Figure 14. D im inution du com portem ent exploratoire chez les rats exp o sés au valproate autant à l’adolescence q u ’à l’âge a d u lte ... 26

Liste des tableaux

Tableau 1. Facteurs de risques associés au x troubles du spectre au tistiq u e... 7 Tableau 2. Réponse inflam m atoire des annexes fœ tales et du foetus suite à F exposition gestationnelle au lipopolysaccharide (L PS) d ’/s. coli... 13 Tableau 3. Déficits com portem entaux résultants d ’une exposition g estationnelle au lipopolysaccharide (LPS) é'E. coli à différents m om ents au cours de la g e sta tio n ... 17

L iste des abbréviations

p g m icrogram m e

A c anticorps

ce corps calleux

C D cluster différentiation (utilisé en com binaison avec un chiffre)

C on contrôle

E . coli Escherichia coli

g gram m e

G jo u r de gestation

G F A P glial fibrillary acidic protein

H & E hém atoxyline et éosine

ic internai capsule

IL interleukine (utilisé en com binaison avec un chiffre)

I L - l r a interleukin-1 receptor antagonist

IR A K interleukin-1 receptor-associated kinase

IR M im agerie par résonance m agnétique

jc tz zone jo nctionnelle

kg kilogram m e

L b labyrinthe

L P S lipopolysaccharide

M -C H A T the modified checklist fo r autism in toddlers

m in m inute

M M P -9 matrix metallopeptidase 9

m s m illiseconde

NFKp nuclear factor kappa bêta

N O oxyde nitrique

P jo u r post-natal

P oly (I : C) polyinosinic: polycytidylic acid

P P I prepulse inhibition

s seconde

S G B streptocoque de groupe B

T D A H trouble de l’attention avec o u sans hyperactivité

T L R toll-like receptor (utilisé en com binaison avec un chiffre)

T N F tumor necrosis factor

T R A F tumor necrosis factor receptor associatedfactor (utilisé en com binaison avec un chiffre)

T S A troubles du spectre autistique

C hapitre 1. Introduction

1.1. D om m ages cérébraux périnataux

Bien que les soins prodigués aux n o uveau-nés prém aturés se soient grandem ent am éliorés au cours des dernières décennies, des questions surgissent quant à la qualité de vie de ces enfants nés trop tôt. La prém aturité, par définition, survient quand la naissance a lieu avant la 37e sem aine d ’am énorrhée versus la 4 1 e sem aine, qui correspond à la durée norm ale de la grossesse chez l’hom m e. Une étu d e prospective contrôlée, l’étude EPIPA G E (É tude épidém iologique sur les Petits  ges G estationnels), a investigué le développem ent neurologique d ’enfants âgés de 5 ans, nés avant 33 sem aines de gestation, souvent appelés « grands prém aturés » (L arroque et al., 2011). Près de 50% de ces enfants nés grands prém aturés (24-32 sem aines de gestation) conservent à l’âge de 5 ans des difficultés neuro-développem entales, incluant des séquelles neurologiques sévères qui perdureront à long term e, com parativem ent à 10% des nouveau-nés à term e (L arroque et al., 2008). C es séquelles vont de problém atiques relativem ent bénignes com m e les troubles d ’attention avec ou sans hyperactivité (TD A H ), à d ’autres plus sévères com m e les troubles du spectre autistique (T SA ) ou la paralysie cérébrale (L arroque et al., 2008; K uban et al., 2009; Pinto-M artin et al., 2011 ; A tladottir et al., 2012; Stephens et al., 2012). L ’am élioration des soins intensifs en néonatalogie perm et la survie d ’environ 90% des 50.000 enfants nés prém aturém ent aux États-Unis, chaque année, avec un poids de naissance inférieur à 1500 g. M ais, environ 5 à 10% des survivants auront des déficits m oteurs im portants alors que 25% à 50% des autres vivront avec des déficits cognitifs et neuro-développem entaux (D eng et a l, 2008).

Les m écanism es physiopathologiques déterm inant les dom m ages cérébraux des nouveau-nés, prém aturés ou à term e, restent m al connus. O utre la prém aturité, un autre facteur de risque associé aux dom m ages cérébraux périnataux est l’inflam m ation gestationnelle, souvent déclenchée par des infections m aternelles. L ’inflam m ation gestationnelle est aussi associée à la prém aturité, et sem ble jo u e r un rôle m ajeur dans son déclenchem ent (voir lien 1, figure 1). T el que m ontré sur le schém a suivant (Figure

2

1), il existe une hypothèse selon laquelle les m orbidités neurologiques et les troubles m oteurs et neuro-développem entaux associés dériveraient de dom m ages à la substance blanche cérébrale form és suite à une infection intra-utérine et à l’inflam m ation qui en découle (voir lien 3, figure 1).

infection intra-utérine

i

réponse inflammatoire foetale

&

3

y

dommages à la 4 > substance blanche

Figure 1. Inter-relations présum ées en tre infections, inflam m ation , prém aturité et dom m ages cérébraux. Les liens 1 à 4 rep résen ten t les associations déco u lan t d ’études épidém iologiques. La flèche correspondant au chiffre 5 est hachurée puisque peu d e publications sont disponibles p o u r d o cum enter le lien direct entre l’infection/l’inflam m ation et les déficits co m p o rtem en tau x et/ou cognitifs com m e déficit m ajeur. A dapté de D am m ann et al. 2002.

Le risque de souffrir de dom m ages à la substance blanche d ’un enfant dont le placenta de la m ère présentait des signes de chorioam nionite histologique (infiltration de polym orphonucléaires s ’étendant ju s q u ’au cordon om bilical et à la plaque chorionique) est 11 fois plus élevé que pour un enfant dont le placenta ne présente aucune trace d ’infection/inflam m ation (Leviton et al., 1999). Plusieurs autres études subséquentes ont confirm é que l’inflam m ation gestationnelle périnatale, soit d ’origine infectieuse (placentaire, voies urinaires, gingivite, p ar exem ples), soit d ’origine au tre (m aladies auto-im m unes) est un facteur de risque indépendant de dom m ages cérébraux périnataux (G irard et al., 2009). Ces résultats ont ouvert une avenue d e recherche intéressante afin d ’étudier si cette association dém ontrée épidém iologiquem ent chez l’hom m e est de nature causale. L ’approche de recherche fondée su r des m odèles anim aux pré-cliniques offre la possibilité de tester une telle hypothèse.

2

_______________ \_f_______ cognitif < > moteur \ ? / déficits comportementaux naissance prématurée

5

la substance blanche, un am incissem ent du co rps calleux, associés à une ventriculom égalie, soit un élargissem ent des ventricules dit a vacuo, ce qui signifie que l'élargissem ent ventriculaire équilibre partiellem ent la perte de volum e tissulaire adjacente.

D 'u n point de vu plus physiopathologique, la form ation d e la lésion cavitaire débute par une nécrose de coagulation caractérisée par une perte de l’architecture cellulaire du tissu ainsi que de tous les types cellulaires et la présence d ’axones en flés et nécrotiques. Une dim inution drastique du nom bre d ’oligodendrocytes im m atures est observée ainsi q u ’une augm entation très précoce et im portante de m icroglies activées dès la phase initiale des lésions, ce qui suggère un rôle a c tif de ces cellules inflam m atoires dans l’induction des dom m ages (Friede, 1989). La production de m olécules toxiques tels que les radicaux libres, les cytokines pro-inflam m atoires, le NO, relâchées suite à l’activation des m icroglies pourrait contribuer à la m ort des oligodendrocytes (K adhim et al., 2001; Folkerth, 2006; D eng et al., 2008). En m arquage im m unohistochim ique, on rem arque une augm entation de la prolifération des m icroglies et des astrocytes, supportée par une augm entation du m arquage C D 68 (m arqueur des granules lysosom iales des m acrophages) et glial fibrillary acidic protein - G F A P (m arqueur du cytosquelette des astrocytes) (Folkerth, 2006).

Les leucom alacies périventriculaires, en raison d e leur distribution m ultifocale, voire diffuse, vont endom m ager les faisceaux de connections neuronales, donc les réseaux neuronaux sous-tendant un vaste spectre de fonctions cérébrales appartenant autant à la cognition, au com portem ent, q u ’aux fonctions m otrices ou sensorielles. Le profil des désordres neurocom portem entaux induits dépendra de la distribution et de l’étendue des lésions au sein du cerveau. L ’atteinte postérieure, pariétooccipitale affectera surtout l’intégration et le traitem ent des inform ations sensorielles, y com pris les fonctions visuospatiales. Des dom m ages plus m édians toucheront la voie corticospinale soit une des voies principales du contrôle m oteur, im pliquées particulièrem ent chez l’hom m e dans le contrôle des segm ents distaux des m em bres incluant l’habileté m anuelle et la m arche. L ’atteinte des régions antérieures ffonto-tem porales, et de leurs boucles cortico-striato-corticales produira des désordres cognitifs et com portem entaux, touchant

6

notam m ent les fonctions exécutives frontales (attention, m ém oire de travail, planification) et le langage.

1.1.2. C onséquences clin iq u es d es d om m ages périn atals d e la su b sta n ce blanche

Les leucom alacies périventriculaires sont la cause la plus com m une de paralysie cérébrale chez les enfants prém aturés (D eng et al., 2008). L ’ incidence de la paralysie cérébrale est d ’environ 3/1000, avec une incidence 10 fois plus haute chez les prém aturés que chez les nouveaux nés à term e, bien que les deux populations soient affectées. Les garçons sont deux à tro is fois plus touchés que les filles, p o u r des raisons qui restent encore incom prises (G irard et al., 2009; D evesa et al., 2010). Environ 5 à 10% des enfants prém aturés présentant des lésions à la substance blanche auront pour conséquences des déficits m oteurs m ajeurs (V olpe, 2009). Selon le patron de distribution des lésions, les conséquences cliniques peuvent être différentes. Par exem ple, les form es unilatérales et focales seront associées davantage à une hém iplégie, soit la paralysie des m em bres d ’un côté du corps seulem ent, alors que les form es diffuses seront associées à la quadriplégie, soit la paralysie des q u atre m em bres du corps. C ependant, les déficits cognitifs sans déficits m oteurs m ajeurs sont de loin les conséquences les plus répandues chez les enfants présentant des lésions périnatales à la substance blanche. L a dysconnectivité associée aux form es diffuses m ais d ’intensité m odérée est plutôt associée aux dysfonctionnem ents des réseaux neuronaux supportant les capacités d ’apprentissage, le com portem ent social et la com m unication, produisant donc certaines form es d ’autism e. Ces d éficits cognitifs et/o u com portem entaux, incluant les déficits d'attention, affectent 25 à 50% des patients (V olpe, 2009), soit de façon isolés, soit en association avec des difficultés neurologiques autres. Parm i l’ensem ble des troubles neuro-développem entaux touchant l’enfant, c ’est l’autism e qui est le plus prévalent. Ainsi, L im peropoulos et al. o nt m ontré une association entre les dom m ages périnataux de la substance blanche diagnostiqués par IRM et les troubles du spectre de l’autism e (TSA ). Sur une cohorte de 85 enfants nés prém aturém ent et âgés entre 9 et 10 m ois (39,2 ± 3,9 sem aines), 67% ont des IRM cérébrales norm ales alors que 33% ont obtenus des résultats anorm aux incluant des leucom alacies périventriculaires diffuses et un élargissem ent des ventricules cérébraux latéraux (L im peropoulos et al., 2008). L 'évaluation de cette cohorte d ’enfants avec le M -C H A T (un outil diagnostique des

7

TSA ) entre l’âge de 16 et 30 m ois, m ontre une association significative {odds ratio : 0.1) entre les anom alies IRM et le développem ent de TSA , tel que m ontré à la table 1.

Univariate Predictors of Abnormal M-CHAT Screening

Scores

(n

= 91 )

Variable

OR

95% Cl

P

MRI

0.133

0.047-0.382

.0002

Gender

3.016

1.004-9.059

.0491

Chorioamnionitis

9.669

3.302-28.310

<.0001

Maternai température < 100.4°F

2.538

0.834-7.724

.1011

Acute intrapartum or antepartum

3.729

1.275-10.904

.0162

hemorrhage

Preterm labor

1.840

0.606-5.588

.2820

Gestational âge

0.731

0.541-0.987

.0406

Birth weight

0.996

0.994-0.999

.0044

SNAP-II

1.276

1.145-1.422

<.0001

Maternai âge

1.017

0.947-1.093

.6356

Length of oxygen requirement

1.018

1.003-1.033

.0174

OR indicates o d d s ratio; Cl, co n fid en ce interval.

Tableau 1. F acteurs de risques associés aux trou bles du spectre a u tistiq u e. Parm i les différents facteurs de risque reliés à l’autism e, les résultats anorm aux obtenus suite à un exam en d ’im agerie par résonance m agnétique ainsi que les chorioam nionites augm entent tous deux significativem ent les risques de l’enfant de souffrir de troubles du spectre autistique. Tiré de L im peropoulos et al. 2008.

Selon cette m êm e étude, les enfants nés prém aturém ent dont la m ère a souffert d ’une chorioam nionite durant la grossesse sont aussi significativem ent plus à risque (risque m ultiplié par facteur 10) de développer des TSA .

1.1.3. H ypothèses physiopathologiqu es concern ant les dom m ages p érin ataux de la substance blanche cérébrale

Ju sq u ’au m ilieu de la décennie 90, les m édecins présum aient que la m ajorité des dom m ages à la substance blanche des nouveaux nés prém aturés étaient causés par des m écanism es hypoxiques-ischém iques, résultant principalem ent d ’asphyxies et de désordres circulatoires périnatals. Les m écanism es hypoxiques-ischém iques périnatals

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au sens strict com prennent principalem ent la procidence du cordon om bilical, et le décollem ent placentaire souvent via un hém atom e rétro-placentaire. La procidence du cordon est sa sortie par le col de l'u té ru s lors de la rupture de la poche des eaux. Le cordon peut alors se trouver com prim é entre les os du bassin et la tête ou une autre partie du corps du bébé et la circulation sanguine d an s le cordon peut être bloquée, privant ainsi le bébé d ’apport en nutrim ents, dont l’oxygène, et l’entraînant dans un état ischém ique. Un autre exem ple de m écanism e hypoxique-ischém ique est le décollem ent placentaire. Puisque le placenta est l’organe responsable des échanges m aterno-fœ taux, lorsqu’il y a décollem ent, ces échanges sont perturbés et le fœ tus peut se retro u v er en situation de m anque d ’apport sanguin, donc en défaut de circulation cérébrale (ischém ie) et en m anque d ’oxygène (hypoxie voire anoxie). C ependant, des études épidém iologiques s ’interrogeant sur les origines de la paralysie cérébrale ont m ontré que seulem ent 5-10% des cas de paralysie cérébrale étaient associés à d es m écanism es de ce type (N elson, 2002; N elson, 2003). De plus, les m esures activem ent adoptées dans les centres hospitaliers afin d e prévenir, ou du m oins am oindrir, les ép isodes d ’hypoxie- ischém ie chez les nouveaux nés lors de l’accouchem ent, notam m ent via la césarienne, n ’ont pas significativem ent réduits l’incidence des dom m ages céréb rau x et de leurs conséquences neuro-fonctionnelles (N elson, 2003). La figure 4 présente la dichotom ie existant entre l’augm entation en flèche du recours à la césarienne à travers les dernières décennies versus le taux de paralysie cérébrale, qui lui, dem eure constant m algré tout. Tout ceci indique que d ’autres facteurs q u ’h ypoxiques-ischém iques - facteurs dont la nature reste à découvrir - jo u en t un rôle m ajeur dans le déterm inism e des lésions cérébrales périnatales.

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à m aintes reprises (N elson et W illoughby, 2000; D am m ann et a i, 2002; E dw ards et Tan, 2006; L im peropoulos et al., 2008; A tladottir et a i, 2012; H agberg et a i, 2012). La m odélisation anim ale perm et, au-delà des associations dém ontrées par ces approches épidém iologiques, d ’investiguer les éventuels liens de cause à effet qui tard en t à être dém ontré. La m ajorité des m odèles an im au x visant à déterm iner l'e ffe t de l’inflam m ation gestationnelle sur le développem ent cérébral périnatal de la progéniture sont faits chez le rongeur, soit la souris ou le rat. D ans le cadre de ce m ém oire, nous nous intéresserons seulem ent aux m odèles de rats. Trois principaux co m p o san ts de pathogènes, ou m olécules les m im ant, ont été utilisées dans les m odèles d ’inflam m ation gestationnelle, soit le lipopolysaccharide (L PS) d e E. coli, le virus influenza ou encore le polyinosinic :polycytidylic acid (poly (I : C )), un com posé de synthèse m im ant les acides nucléiques viraux. C ependant, le virus influenza et le poly (I : C) induisant plutôt un phénotype schizophrénique q u ’autistique, et n ’étant pas connu p o u r induire des lésions bien notables de la substance blanche périnatale, nous nous concentrerons sur les m odèles anim aux d ’inflam m ation gestationnelle im pliquant le LPS p uisque ceu x -ci reconstituent assez fidèlem ent chez le rongeur les lésions cérébrales du prém aturé humain. Les m odèles d ’inflam m ation systém ique adulte (sepsis) induite p a r le LPS, ou d ’activation par le LPS de cellules du systèm e im m unitaire en culture, sont des m odèles d ’inflam m ation bien caractérisés sur le plan m écanistique et clinique. L’injection systém ique de LPS chez la fem elle g estan te m ène à l’activation du systèm e im m unitaire inné qui entraîne la production de cytokines pro-inflam m atoires, d ’activation de la cascade du com plém ent, l’activation de l’axe hypothalam o- hypophysaire puis des glandes surrénales p o u r m ener aux sym ptôm es clin iq u es des m aladies inflam m atoires, telles que par exem ple la fièvre, puis à leur résolution. C ette réaction systém ique chez la m ère est potentiellem ent dom m ageable p o u r le cerveau en développem ent du fœ tus et susceptible de provoquer des séquelles neurologiques à long term e. D ’abord, exam inons la cascade inflam m atoire déclenchée par une exposition au LPS. Tel que m ontré sur le schém a de la figure 5, le LPS sera « opsonisé » par la protéine LBP (LPS-Binding Protein) puis le com plexe se liera au récepteur d ’ « opsonisation » CD 14. Le com plexe tertiaire L PS -L B P-C D 14 activera ainsi le Toll- like receptor (TLR) 4, qui signalera via la protéine M yD 88 et la sérine kinase IR A K (Aderem et U levitch, 2000).

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fin de gestation, les déficits observés touchent plutôt la m otricité, avec des déficits m oteurs précoces rappelant ceux de la paralysie cérébrale. Le développem ent cérébral in utero couvre naturellem ent une période de changem ents im portants où l'o rg an isatio n cérébrale évolue énorm ém ent et très rapidem ent, avec des spécificités propres à chaque phase du développem ent que l’on peut brièvem ent segm enter en phases de prolifération neuronale puis gliale (prem ier tiers de gestation), phase m igratoire des cellules neurales (m ilieu de gestation), phase d ’extension des réseaux de connexions et synaptogenèse (fin de gestation, puis phase de m yélinisation axonale (déjà en très grande partie p o st­ natale)). Il n ’est donc pas surprenant q u ’une m êm e agression ou une agression sim ilaire survenant à différents m om ents au co urs de la gestation m ène à des effets neuro- développem entaux et com portem entaux distincts.

Lorsque l’on confronte le tableau 2 au tableau 3, on note que peu d ’études se sont intéressées à la fois à la réaction inflam m atoire survenant dans l’environnem ent fœtal ainsi q u ’aux liens entre cette inflam m ation et, à la fois, le développem ent m orphologique et com portem ental cérébral de la progéniture. C ependant, les études déjà m enées au sein du laboratoire, publiées par G irard et al. , et d ’autres (C ai et al., 2003) ont perm is par exem ple de dém o n trer l’im plication m écanistique de l’IL-1 via l’utilisation de son antagoniste naturel, soit l’antagoniste du récepteur de l’I L -l( IL - lr a ).

En résum é, tel que proposé sur la figure 11, l’exposition m aternelle au LPS entraîne une activation du systèm e im m unitaire de la m ère, p u is : (1) des dom m ages au placenta incluant une augm entation de l’IL -ip , (2) une infiltration m acrophagique, et enfin (3) une perte de l’intégrité du tissu foetal. Le développem ent cérébral sera altéré notam m ent via une relâche de cytokines pro-inflam m atoires, notam m ent l’IL -ip , en réaction à la fois à la réaction inflam m atoire déclenchée d u rant la gestation ainsi q u ’à l’épisode d ’hypoxie-ischém ie cérébral survenant peu ap rès la naissance. L’I L -ip sem ble jo u e r un rôle clé dans la pathophysiologie des dom m ages cérébraux dans ce co ntexte puisque l’adm inistration m aternelle d ’antagoniste au récep teu r de l’I L - 1 (6), l’IL -lra , a m ontré des effets m ajeurs de protection placentaires et aussi sur le cerveau d e s ratons en développem ent (G irard, 2010).

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Dans un contexte de m orbidité neurologique néonatale, on ne peut faire abstraction de ce sex ratio débalancé - dans le sens d ’une nette surm orbidité m asculine - dans plusieurs entités résultant en grande partie des dom m ages cérébraux périnataux, bien que telles que les TSA {sex ratio 1 :4) et la paralysie cérébrale (1 :2) (K uban et Leviton,

1994).

- Bien q u ’£. coli soit une bactérie responsable d ’une partie des chorioam nionites, elle n ’est pas la bactérie la plus couram m ent présente dans un contexte de grossesse. En effet, le streptocoque de groupe B (SG B ) est plus prévalente. Ceci supporte, dans le cadre de ce projet de recherche, l’induction de l’inflam m ation gestationnelle par exposition au SGB.

- L ’effet direct ou purem ent indirect - via les cy tokines - du LPS sur le p lacenta n ’est pas com plètem ent clarifié. Il est possible aussi que le LPS franchisse la barrière placentaire enflam m ée, et agisse ainsi directem ent sur le cerveau fœ tal. N éanm oins, les expériences m enées sur le placenta sain indiquent plutôt q u ’il ne perm et pas le passage fœtal du LPS (D ahlgren et al., 2006).

1.2.2. SG B en périnatal

Le SGB est une bactérie gram p o sitif qui co lo n ise 10 à 30% des fem m es enceintes au niveau du tractus vaginal et gastro-intestinal. Elle est responsable d ’infections néonatales sévères lorsque contractées durant la période périnatale par le nouveau-né et pouvant m ener à des conséquences catastrophiques telles que m éningite, sepsis et éventuellem ent décès du nouveau-né (0-28 jo u rs de vie), voire du nourrisson dan s les form es tardives, se produisant ju sq u ’au 3 e mois. Les infections néonatales peuvent se produire de différentes m anières. Par exem ple, s ’il y a rupture prolongée des m em branes, la bactérie peut accéder au liquide am niotique et infecter le fœ tus. Il a été dém ontré que le SG B peut aussi transloquer dans le com partim ent utérin m êm e si les m em branes sont intactes (D esa et T revenen, 1984; Katz et Bow es, 1988). Le fœ tus peut alors s ’infecter après la déglutition du liquide am niotique contam iné. Le SG B peut aussi être inhalé par les poum ons dans lesquels circule le liquide am niotique. Le nouveau-né peut aussi s ’infecter par contact cutané lors de son passage dan s la filière vaginale. A ux Etats-U nis en 1970, le SGB était la prem ière cau se infectieuse de m orbidité et m ortalité infantile dans la prem ière semaine de vie. Près de 50% des nourrissons infectés par le

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SGB décédaient des conséquences de l’infection. D ans les années 1980, d es études ont m ontré que l’adm inistration d ’antibiotiques à la m ère durant le travail pouvait réduire de m anière rem arquable les risques d ’infections du nouveau-né d an s la prem ière sem aine de vie. Grâce aux e ffo rts des professionnels de la santé, une recom m andation officielle d ’adm inistration d ’antibiotiques est lancée en 1996 par American Collège o f Obstetricians and Gynecologists (ACOGj, puis par le C en ter for disease control (C D C ) et VAmerican Academy o f Pediatrics (APP). En 2002, lors de l’évaluation des m esures adoptées en 1996, une m esure de dépistage vaginal du SG B entre la 35'eme et la 37ieme sem aine de grossesse est instaurée afin d ’o p tim iser l’identification des fem m es colonisées afin q u ’elles reçoivent le traitem ent antibiotique lors de l’accouchem ent à term e (41 sem aines), donc plusieurs sem aines a p rè s la détection de la colonisation (voir figure 2 ; CD C 2010). T el que m ontré sur la figure 1, les cas d ’infections du nouveau-né dans la prem ière sem aine de vie a chuté de m anière considérable suite à la m ise en place des recom m andations préventives via l’adm inistration m aternelle d ’antibiotiques. Pour ce qui est des infections au SGB qui surviennent après la prem ière sem aine de vie du nouveau-né, l’incidence est dem eurée stable depuis les 20 dernières années.

C ependant, bien que le dépistage systém atique puis le traitem ent antibiotique couvrent le risque de transm ission néonatale d ’une colonisation par le SGB du nouveau-né à term e, aucune prise en charge n ’est actuellem ent effectu ée concernant le potentiel inflam m atoire n o c if de l’exposition durant la grossesse. Puisque le SG B est aussi associé au développem ent de chorioam nionite (inflam m ation du placen ta et/ou des m em branes fœ tales), on peut se questionner sur l’effet d ’une exposition gestationnelle au SG B sur le développem ent fœ tal et les co n séquences à long term e d ’une telle exposition.

De plus, tel q u ’expliqué ci-dessus, en cas de m enace d ’accouchem ent prém aturé les infections/inflam m ations, notam m ent placentaires, étant souvent présentes, les fem m es reçoivent le plus souvent, outre les m esures classiques visant à stopper les contractions utérines, un traitem ent antibiotique. Or, l’essai thérapeutique random isé contrôlé m ené en G rande B retagne m ontre que cette adm inistration d ’antibiotique ne réduit pas le risque de com plication neuro-développem entale dans la progéniture, voire m êm e l’augm ente (K enyon et al., 2008). Cet accroissem ent paradoxal d ’incidence de

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m orbidité neurologique pourrait, selon notre hypothèse, s ’expliquer par un pic m ajeur de relâche de fragm ents bactériens post-antibiotique et le déclenchem ent d ’un « orage » inflam m atoire (« cytokine slorm ») délétère pour le cerveau fœtal.

En conclusion, m algré la prédom inance du SG B dans l’environnem ent fœtal com parativem ent aux autres bactéries do n t E. coli, les effets de cette bactérie sur l’inflam m ation m aterno-foetale n ’ont fait l’objet d ’aucune m odélisation anim ale à ce jour.

1.3. L ’autism e : un problèm e de sa n té publique

Léo K anner fut le prem ier à décrire cliniquem ent le syndrom e de l’autism e en 1943 (K anner, 1968). Les TSA , tels que décrits par l’A m erican Psychiatrie A ssociation et les critères diagnostic du D SM -IV , sont un tro u b le global du développem ent qui se traduit par des anom alies dans trois sphères du com portem ent d e l’enfant : déficit de la com m unication (verbale et non-verbale), déficit dans les interactions sociales et une augm entation des com portem ents répétitifs/stéréotypés (G uinchat et al., 2012). Les TSA sont très hétérogènes, dû à la présence fréquente de co-m orbidités très variées chez l’enfant, dont déficit intellectuel, troubles de l’attention, agressivité, troubles affectifs et troubles de m odulation sensorielle (M atson et N ebel-Schw alm , 2007; M aski et al., 2011).

Parmi tous les troubles neuro-développem entaux chez l’enfant, ce sont les T S A qui sont le plus fréquents. L’autism e a connu une hausse m arquée au cours des dernières années. Environ 1 enfant sur 110 était atteint en 2006, alo rs que la prévalence a aug m en tée à 1 enfant sur 88 en 2012, aux É tats-U nis (Center fo r Disease Control). Q uant aux statistiques canadiennes, il est très difficile de connaître l’évolution globale actuelle de la prévalence de l’autism e au C anada p u isq u ’aucun systèm e hom ogène et populationnel de surveillance national n ’existe (Société C anadienne sur l’A utism e). C ependant, les données fragm entaires obtenues dans certaines provinces com m e T erre-N euve, le Labrador ainsi que l’île du Prince E douard suivent les m êm es tendances que les données provenant des É tats-U nis, ce qui appuie que les T SA représentent un problèm e

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de santé publique non seulem ent m ajeur p ar sa fréquence, m ais aussi en accroissem ent très rapide durant la dernière d écade. Les progrès du diagnostic précoce, et l’aide d 'o u tils plus sensibles, ne sem blent pas expliquer à eux seuls des hausses aussi grandes de prévalence des TSA : 39% à 204% de hausses entre 2003 et 2008, dépendant des groupes d ’âge (Société C anadienne sur l’A utism e). Une telle pente d ’accroissem ent ne peut pas non plus être expliquée que p a r des déterm inants purem ent génétiques, et soulève plutôt la question de l’influence de facteurs environnem entaux infectieux/inflam m atoires ou toxiques. De plus, on parle de quatre garçons atteints pour une fille ; dans certaines form es d ’autism e, ce sex ratio peut m êm e être débalancé ju s q u ’à 9 : 1 , pour des raisons qui ne peuvent être élucidées par la seule contribution des

rem aniem ents génétiques liés au chrom osom e X, affectant plus les garçons.

De toutes ces statistiques naissent deux q uestions : quels sont les facteurs de risque et les causes non-génétiques des T S A ? Pourquoi ce syndrom e affecte-t-il plus les garçons que les filles?

1.3.1. R isques prénataux

Plusieurs facteurs de risques p rénataux sont souvent associés à l’autism e, par exem ple l’âge avancé des parents, la prim iparité, les m étrorragies ainsi que la pré-éclam psie font aussi partie des facteurs de risques. La génétique, longtem ps suspectée d ’être en partie responsable d ’autism e, perm et en l’état des connaissances actuelles, pourtant très avancées (plusieurs centaines de gènes déterm inant des TSA ont été découverts), d ’expliquer q u ’environ 10 à 20% des cas d ’autism e (D evlin et Scherer, 2012). Q uant aux autres facteurs énum érés ci-haut, il s ’agit d ’associations, m ais le lien de causalité n ’est pas dém ontré.

1.3.2. R isques périnataux

La prém aturité, la présentation du nouveau-né par le siège et les césariennes planifiées sont des facteurs de risques associés à l’autism e, to u t com m e le petit poids de naissance, le faible score d ’A pgar (sco re de vitalité néonatale), l’hyperbilirubiném ie, le

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retard de croissance et la survenue d ’une encéphalopathie néonatale. C ependant, un lien de causalité entre l’autism e et aucun de ces facteurs pris individuellem ent n ’a pu être encore dém ontré (G uinchat et al., 2012).

En som m e, ces résultats indiquent q u ’une fraction im portante des T S A pou rrait résulter de facteurs environnem entaux encore mal connus. Les associations épidém iologiques entre l’autism e, les infections gestationnelles, et la prém aturité - qui est aussi souvent associée aux infections par le SG B - fournissent le rationnel supportant l’hypothèse de travail de notre projet de recherche.

1.4. M odélisation anim ale de l’autism e

À ce jour, plusieurs m odèles anim aux d ’autism e ont été développés. Plusieurs s’appuient sur des défauts génétiques, cependant, puisque le travail faisant objet du présent m ém oire porte sur l’hypothèse de d éterm inants environnem entaux, nous lim iterons notre revue de la littérature aux principaux m odèles d ’origine non génétique. O utre les traits autistiques versus schizophréniques induits par le LPS déjà décrits ci- dessus ( c f C hapitre 1, section 1.2.1), c ’est l’exposition gestationnelle à un m édicam ent (acide valproïque (valproate)) qui a donné naissance à un m odèle de référence d ’autism e chez le rat. C e m odèle classique a été décrit p o u r la prem ière fois en 2005 (Schneider et Przew locki, 2005). Le valproate est injecté à raison de 600m g/kg à G 12 à des rates W istar, par voie intra-péritonéale. Les ratons issus des m ères exposées au valproate ont un retard de croissance staturo-pondérale persistant et aussi un retard de développem ent neurologique, notam m ent au niveau de l’ouverture des yeux. L ors de tests com portem entaux, ces m êm es ratons ont révélés des traits associés à l’autism e. D’abord, dans un test de reconnaissance d ’o d eu r m aternelle, les ratons ex posés au valproate avaient un tem ps de latence plus élevée avant de rejoindre le com partim ent correspondant à l’odeur m aternelle (figure 12) à P9.

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poking) ont été com ptabilisés pendant 3 m inutes dans le test de Vopen field, qui consiste en l’exploration par les rats d ’un nouvel en v ironnem ent. Con : C ontrôle; V P A : V alproate. Tiré de Schneider et Przew locki, 2005.

Lors des tests d ’interactions sociales, les rats exposés au valproate ont m ontré un déficit dans leurs com portem ents d ’exploration sociale (S chneider et Przew locki, 2005).

Bien sûr, m odéliser l’autism e n ’est pas une tâche facile. Plusieurs des résultats présentés ci-haut pourraient relever de d ’autres types de d ésordres psychiatriques, par exem ple les troubles anxieux ou encore la schizophrénie. D ’un point de vue observationnel clinique hum ain, les troubles anxieux sont relativem ent m oins présents, ou m oins sévères, au sein des patients juvéniles com parativem ent aux adolescents et adultes, y com pris ceux atteints de TSA . La schizophrénie, quant à elle, est généralem ent déclenchée et diagnostiquée vers le début de la vie adulte. Le m odèle d ’exposition au valproate est reconnu com m e un m odèle d ’autism e puisque la plupart des anom alies com portem entales sont présentes et décelées à un jeu n e âge, la m ajorité d ’en tre eux étant constaté avant la puberté, ce qui corrèle bien avec l’autism e, dont les prem iers signes cliniques apparaissent autour de 12 à 18 m ois chez les bam bins.

C hapitre 2. H ypothèse de recherche et o b jectifs

2.1 H ypothèse de recherche

L ’inflam m ation gestationnelle induite par le SG B inactivé entraîne, via une réaction inflam m atoire m aternelle, des dom m ages au placenta ainsi que des lésions cérébrales périnatales dans la progéniture causant des troubles neuro-développem entaux.

2.2 O b jectif 1

Étudier les lésions placentaires et cérébrales subséquentes à l’exposition au SG B inactivé en fin de gestation.

2.3 O b jectif 2

C aractériser les troubles neuro-développem entaux présents d an s la progéniture selon le genre.

C h a p itr e 3 . A r tic le

D y sc o n n e c tiv ity a n d a u tism in m a ie fo llo w in g B str e p to c o c c a l in fla m m a tio n

Ju lie D L B e rg e ro n , J e ssic a D e sla u rie rs, S y lv a in G rig n o n , L o u is -C h a rle s F o rtie r, C la ire P o y a rt et G u illa u m e S ébire.

A rtic le s o u m is à A n n a ls o f N e u ro lo g y

L a c o n c e p tio n d e l ’é tu d e a été faite p a r le d ire c te u r d e re c h e rc h e e n c o lla b o ra tio n a c tiv e a v e c l’é tu d ia n te . L a to ta lité d e s e x p é rim e n ta tio n s p ré s e n té e s d a n s c e t a rtic le o n t été réa lisé e s p a r l’é tu d ia n te . L ’é tu d ia n te s ’e st c h a rg é e d e to u te l’a n a ly se d e s ré s u lta ts e t d e la p ré p a ra tio n d e s fig u re s so u s la s u p e rv is io n d u D r S é b ire . L a p re m iè re v e rs io n d e l’a rticle a é té réd ig ée p a r l’é tu d ia n te , p u is é la b o ré e e t fin a lis é e p a r le s so in s d e l’é tu d ia n te , s o u s la s u p e rv isio n de D r S ébire e t des a u tre s c o -a u te u rs .

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R ésu m é

P a ra d o x a le m e n t, l’im p a c t de l’in fla m m a tio n m a te rn e lle in d u ite p a r le s tre p to c o q u e d e g ro u p e B (S G B ) su r le c e rv e a u en d é v e lo p p e m e n t d u n o u v e a u -n é n ’a ja m a is é té é tu d ié m alg ré le fait q u e le S G B so it la b a c té rie c o lo n is a n t, o u in fe c ta n t, le p lu s fré q u e m m e n t les fem m es e n c e in te s et leur p ro g é n itu re . S e lo n n o tre h y p o th è se , l’a c tiv a tio n im m u n ita ire m ate rn e lle re le v a n t d e la p ré se n c e d u S G B d u ra n t la g ro ss e s s e jo u e u n rô le d a n s les d o m m a g e s c é ré b ra u x p é rin a ta u x e t les tro u b le s n e u ro -d é v e lo p p e m e n ta u x s u b s é q u e n ts , co m m e p a r e x e m p le l’au tism e. N o s ré s u lta ts , issu s d ’u n n o u v e a u m o d è le m u rin - c o n ç u et d é v e lo p p é p a r n o s so in s - d ’in fla m m a tio n m a te rn e lle in d u ite c h e z le ra t p a r le S G B , rév è len t d e s d o m m a g e s à la fois p la c e n ta ire s e t c é ré b ra u x a in si q u e d e s tro u b le s c o m p o rte m e n ta u x d a n s la p ro g é n itu re . C o n tra ire m e n t a u x ré s u lta ts é ta b lis à l’a id e d e m o d èle s c la s s iq u e s d ’in fla m m a tio n p ré n a ta le in d u ite p a r d e s b a c té rie s G ra m n é g a tiv e s (em p ru n ta n t p rin c ip a le m e n t la v oie d e tra n s d u c tio n d e sig n a l Toll-like receptor (T L R ) 4 ) o u p a r d e s c o m p o s a n ts v ira u x (v o ie T L R 3 ), l’in fla m m a tio n m a te rn e lle in d u ite p a r la b a c té rie G ra m p o sitiv e (T L R 2 ) S G B e n tra în e u n p a tro n d is tin c tif d e c h o rio a m n io n ite e t d e lésio n s cé ré b rale s. U n e d y s m y é lin is a tio n s o u s -c o rtic a le , a ffe c ta n t p rin c ip a le m e n t la c a p su le ex tern e, e st o b se rv é e , sa n s a u c u n e p ro lifé ra tio n d e s c e llu le s g lia le s . D e s tra its c o m p o rte m e n ta u x a s so c ié s à l’a u tism e , n o ta m m e n t d e s d é fic its d ’in té g ra tio n s e n so rie lle , de co m m u n ic a tio n , et d e so c ia lisa tio n , s o n t p ré s e n ts d a n s la p ro g é n itu re e x p o s é e a u S G B . C e s d é fic its tra d u ise n t d e p ro fo n d s d é fa u ts d a n s l’in té g ra tio n e t la ré p o n s e à d e s stim u li s e n sitifs a c o u stiq u e s o u c h im iq u e s qui so n t d e s sig n a u x p ré d o m in a n ts dans la c o m m u n ic a tio n d es rats. C e tte c o m b in a is o n d e tra its a s so c ié s à l ’a u tis m e n ’a é té d é te c té e q u e c h e z les m âle s. N o s ré s u lta ts m o n tre n t d o n c p o u r la p re m iè re fo is q u e la ré p o n s e in fla m m a to ire m a te rn o - fo etale a u S G B jo u e u n rô le d a n s l’in d u c tio n d e lé sio n s p la c e n ta ire s e t c é ré b ra le s, et réc a p itu le p lu sie u rs tra its c a rd in a u x d u p h é n o ty p e a u tis tiq u e h u m a in te ls q u e : sa v u ln é ra b ilité n e u ro -d é v e lo p p e m e n ta le lié e au g e n re m a sc u lin , ses d é fa u ts c é ré b ra u x d e ty p e d y sc o n n e c tifs p ro se n c é p h a liq u e s, ain si q u e s e s tra its c o m p o rte m e n ta u x s e n s o rim o te u rs et so c io -c o m m u n ic a tio n n e ls. C e s ré s u lta ts a m è n e n t d e s é v id e n c e s c o m m e q u o i, a u -d e là de l’in flu e n c e g é n é tiq u e , les fa c te u rs e n v iro n n e m e n ta u x jo u e n t u n rô le d a n s l’a u tis m e e t d a n s sa p ré v a le n c e se lo n le genre.

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A b str a c t

P a rad o x ic ally , th e im p a c t o f g ro u p B s tre p to c o c c u s (G B S )-in d u c e d m a te rn a i in fla m m a tio n o n o ffs p rin g ’s b rain h a s n o t y et b e e n in v e s tig a te d d e sp ite G B S b e in g o n e o f th e m o st fré q u e n t b a c te ria c o lo n iz in g o r in fe c tin g p re g n a n t w o m e n . A c c o rd in g to o u r h y p o th e s is G B S -in d u c e d m a te rn a i im m u n e a c tiv a tio n p la y s a rô le in o ffs p rin g p é rin a ta l b ra in d a m a g e an d su b séq u e n t n e u ro d is a b ilitie s su c h a s a u tism . O u r re s u lts using a n e w p re c lin ic a l m o d e l o f m ate rn a i in fla m m a tio n trig g e re d b y in a c tiv a te d G B S u n c o v e re d its p la c e n ta l, n e u ro p a th o lo g ic a l, a n d b e h a v io ra l im p a c ts o n o ffs p rin g . A s o p p o s e d to o th e r m o d e ls o f p ré n a ta l in fla m m a to ry b ra in d a m a g e d riv e n b y v ira l/to ll-lik e r e c e p to r (T L R )3 - o r G ra m - n e g a tiv e /T L R 4 -, m a te rn a i in fla m m a tio n in d u c e d b y G ra m -p o s itiv e c o c c i a n d d r iv e n b y T L R 2 p ro d u c e d a d istin ctiv e p a tte m o f c h o rio a m n io n itis and c é ré b ra l in ju rie s. B ra in d a m a g e fe a tu re d su b c o rtic a l d y s m y e lin a tio n , w ith o u t any glial p ro lifé ra tio n . A u tistic h a llm a rk s w e re fo u n d in o ffsp rin g e x p o s e d to G B S , n a m e ly d é fic its in m o to r b e h a v io r v a ria b ility , so cial an d c o m m u n ic a tiv e im p a irm e n ts , i.e. p ro fo u n d d e fe c ts in th e in té g ra tio n an d re sp o n se to a c o u stic a s w ell a s C hem ical s ig n a is w h ic h a re bo th p ré d o m in a n t m o d e s o f c o m m u n ic a tio n in rats. S u rp risin g ly , o n ly m a ie o ffs p rin g w e re a ffe c te d b y th e s e c o m b in e d au tistic -lik e tra its. O u r re su lts s h o w fo r th e first tim e th a t m a te rn o fe ta l in fla m m a to ry re sp o n se to G B S p lay s a rô le in th e in d u c tio n o f p la c e n ta l a n d c é ré b ra l in su lts, re m a rk a b ly re c a p itu la tin g c a rd in a l fe a tu re s o f h u m a n a u tis m , su c h a s g e n d e r d ic h o to m y , b ra in d y sc o n n e c tiv ity , a n d n e u ro b e h a v io ra l tra its . T h e s e re s u lts a lso p ro v id e im p o rta n t e v id e n c e th a t b ey o n d g e n e tic in flu en ces, m o d ifia b le e n v iro n m e n ta l fa c to rs p lay a rô le in b o th th e o c c u rre n c e o f a u tism , an d in its g e n d e r u n b a la n c e .

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Dysconnective white matter injury and autistic-like behavior

predominantly affecting maie offspring exposed to group B

streptococcal maternai inflammation

Bergeron J.D.L.3, Deslauriers J.b, Grignon S.b c, Fortier L.C.d, Poyart C.e' f' ë,

Sébire G.a

a D é p a rte m e n t d e P é d iatrie , b D é p a rte m e n t d e P h y s io lo g ie e t B i o p h y s iq u e ,c D é p a rte m e n t de P s y c h ia tr ie ,d D é p a rte m e n t d e M ic ro b io lo g ie , U n iv e rs ité d e S h e rb ro o k e , Q c , C a n a d a ; e In stitu t C o ch in , U n iv e rsité S o rb o n n e P a ris D e s c a rte s, I n s titu t N a tio n a l d e la S a n té e t de la R e c h e rc h e M é d ic a le , IN S E R M U 1 0 1 6 , g A s s ista n c e P u b liq u e H ô p ita u x d e P aris, S erv ice d e B a c té rio lo g ie , C e n tre N a tio n a l d e R é fé re n c e d e s S tre p to c o q u e s , H ô p ita u x U n iv e rsita ire s P a ris C e n tre C o c h in -H ô te l D ie u -B ro c a , F -7 5 0 1 4 , P aris, F ra n ce .

R u n n in g h ead. B ra in d y s c o n n e c tiv ity a n d a u tis m -lik e b e h a v io r in m aie fo lio w in g B

s tre p to c o c c a l in fla m m atio n

C o r r e s p o n d in g au th o r: G u illa u m e S é b ire , 3001 12èm e a v e n u e N o rd , J 1 H 5 N 4

S h e rb ro o k e , C an ad a. P hone: +1 8 19 3 4 6 1110 ext. 14132. Fax: +1 819 5 6 4 5 3 98. E -m ail: G u illa u m e .S e b ire @ U S h e rb ro o k e .c a

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A b str a c t

P arad o x ic ally , th e im p a c t o f g ro u p B s tre p to c o c c u s (G B S )-in d u c e d m a te rn a i

in fla m m a tio n o n o ffs p rin g ’s b ra in h a s not y et b e e n in v e s tig a te d d e sp ite G B S b e in g o n e o f th e m o st fré q u e n t b a c te ria c o lo n iz in g o r in fe c tin g p re g n a n t w o m e n . A c c o rd in g to o u r h y p o th e sis G B S -in d u c e d m atern ai im m u n e a c tiv a tio n p la y s a rô le in o ffs p rin g p é rin a ta l b ra in d a m a g e an d s u b sé q u e n t n e u ro d is a b ilitie s s u c h a s a u tism . O u r re s u lts u s in g a n e w p re c lin ic a l m o d e l o f m ate rn a i in fla m m a tio n trig g e re d by in a c tiv a te d G B S u n c o v e re d its p lac e n ta l, n e u ro p a th o lo g ic a l, and b e h a v io ra l im p a c ts o n o ffs p rin g . G B S -e x p o s e d

p la c e n ta s p re s e n te d cy stic lésio n s a n d p o ly m o rp h o n u c le a r in filtra tio n lo c a te d w ith in th e d e c id u a l/m a te rn a l sid e o f the p la c e n ta , c o n tra s tin g w ith m a c ro p h a g ic in filtra tio n a n d n e c ro tic a re a s lo ca ted in th e la b y rin th /fe ta l c o m p a rtm e n t o f th e p la c e n ta fo llo w in g lip o p o ly sa c c h a rid e (L P S )-in d u c e d m a te rn a i in fla m m a tio n . B ra in d a m a g e fe a tu re d laté ra l v e n tric le s w id e n in g , p re d o m in a tin g in m a ie , ré d u c tio n o f p e riv e n tric u la r e x te rn a l

c a p su le s th ic k n e ss, o lig o d e n d ro c y te lo ss, a n d d is o rg a n iz a tio n o f fro n to -p a rie ta l s u b ­ c o rtica l c o n n e c tiv ity w ith o u t any g lia l p ro lifé ra tio n . A u tistic h a llm a rk s w e re fo u n d in o ffsp rin g e x p o s e d to G B S , n am ely d é fic its in m o to r b e h a v io r v a ria b ility , so c ia l a n d c o m m u n ic a tiv e im p a irm en ts, i.e. p ro fo u n d d e fe c ts in th e in té g ra tio n a n d re s p o n s e to b o th a c o u stic and Chem ical sig n a is th a t a re b o th p ré d o m in a n t m o d e s o f c o m m u n ic a tio n in rats. S u rp risin g ly , o n ly m aie o ffsp rin g w e re a ffe c te d b y th e s e c o m b in e d a u tis tic -lik e tra its. O u r resu lts sh o w fo r th e first tim e th a t m a te m o -fe ta l in fla m m a to ry re s p o n s e to G B S p la y s a rô le in th e in d u c tio n o f p la c e n ta l an d c é ré b ra l in su lts, re m a rk a b ly re c a p itu la tin g

c a rd in al fe a tu re s o f h u m an a u tism , su c h a s g e n d e r d ic h o to m y , b ra in d y s c o n n e c tiv ity , an d n e u ro b e h a v io ra l traits. A s o p p o se d to o th e r m o d e ls o f p ré n a ta l in fla m m a to ry b ra in d a m a g e - d riv e n by v ira l/to ll-lik e re c e p to r (T L R ) 3 - o r G ra m -n e g a tiv e /T L R 4 -, m a te rn a i

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in fla m m a tio n re s u ltin g fro m G B S /T L R 2 in te ra c tio n s in d u c e d a d istin c tiv e p a tte m o f c h o rio a m n io n itis and c é ré b ra l in ju ries. T h e se re s u lts also p ro v id e im p o rta n t e v id e n c e th a t b e y o n d g e n e tic in flu e n ce s, m o d ifia b le e n v iro n m e n ta l fa c to rs p la y a rô le in b o th th e o c c u rre n c e o f a u tism , and in its g e n d e r u n b a la n c e .

Introduction

P é rin a ta l b ra in in ju ry is a m a jo r p u b lic h e a lth p ro b le m a ffe c tin g a b o u t 5 0 % o f v e ry p re te rm n e o n a te s, in a d d itio n to a s ig n ific a n t p ro p o rtio n o f m o re m a tu re n e w b o rn s [1], P é rin a tal b rain in ju ry is a s so c ia te d w ith a h ig h ris k o f life -lo n g n e u ro b e h a v io ra l

d isa b ilitie s su c h a s c é ré b ra l p a lsy , le a rn in g im p a irm e n ts , a n d a u tis m s p e c tru m d iso rd e rs (A S D ) [1-5]. F irst e sta b lish e d th a n k s to p re c lin ic a l d a ta , th e c a u sa l link b e tw e e n

p a th o g e n -in d u c e d g e sta tio n a l in fla m m a tio n a n d p é rin a ta l b ra in d a m a g e w a s a lso su p p o rte d by h u m a n e p id e m io lo g ic a l a n d o b s e rv a tio n a l e v id e n c e [6, 7]. H o w e v e r, th e p o ten tia lly d istin c t im p a c ts o n fetal b ra in s o f in d iv id u a l p a th o g e n s in v o lv e d in m a te rn a i in fla m m atio n , as w e ll a s th e m e c h a n istic p a th w a y s w h e re b y th e y e x e rt th e ir re s p e c tiv e n o x io u s e ffe c ts, re m a in larg e ly u n k n o w n [8, 9]. M o st e x p é rim e n ta l d e s ig n s h a v e u s e d e ith e r p o ly in o sin ic :p o ly c y tid y lic a c id (p o ly I:C ), a s y n th e tic a n a lo g o f d o u b le -s tra n d e d R N A , w h ic h m im ic s to ll like re c e p to r 3 (T L R 3 )-in d u c e d v ira l in fe c tio n , o r

lip o p o ly sa c c h a rid e (L P S ) ffo m E. coli as a p a ra d ig m o f G ra m -n e g a tiv e p a th o g e n -in d u c e d m a te rn a i in fla m m a tio n [6, 10-12]. L P S fro m E. coli a c ts m a in ly o n m o n o c y te -

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G ro u p B stre p to c o c c u s (G B S ) (Streptococcus agalactiae), a G ra m -p o s itiv e b a c te riu m , is th e m ost fre q u e n tly e n c o u n te re d p a th o g e n in th e fe ta l e n v iro n m e n t [13]. G B S c o lo n iz e s th e gén ital tra c t in 1 0 -3 0 % o f p re g n a n t w o m e n [14]. G B S in fe c tio n s, s u c h a s u rin a ry in fe c tio n s o r c h o rio a m n io n itis, a re m ajo r c a u s e s o f m a te rn a i in fe c tio n s, e s p e c ia lly a t th e end o f g e sta tio n [13]. P a ra d o x ic a lly , th e im p a c t o f G B S -in d u c e d m a te rn a i in fla m m a tio n o n o ffs p rin g ’s b rain has n o t y et b e e n in v e s tig a te d d e s p ite its c ru c ia l im p o rta n c e g iv e n th a t in sh a rp c o n tra st to E. coli, G B S m a in ly a c tiv â te s d istin c t T L R 2 d riv e n in fla m m a to ry p a th w a y s an d m ig h t th u s in flict its o w n sp é c ifie p a tte rn o f in su lt to th e im m a tu re b ra in [15]. A n e w p re c lin ic a l ra t m o d el o f m a te rn a i in fla m m a tio n trig g e re d b y in a c tiv a te d G B S w a s u sed to u n c o v e r its p la c e n ta l, n e u ro p a th o lo g ic a l, an d b e h a v io ra l im p a c ts o n

o ffsp rin g .

Materials and Methods

B a c te ria

A s tra in o f G ro u p B S tre p to c o c c u s (G B S ) s e ro ty p e la , iso la te d at C H U S -F le u rim o n t fro m a p re g n a n t p a tie n t, a n d a refe re n c e stra in A 9 0 9 (G B S la ) [16] w e re u se d th ro u g h o u t th e ex p e rim e n ts. B o th stra in s w e re sto re d at -8 0 °C in b ra in h e a rt in fu sio n (B H I) b ro th (B D B io sc ie n c es, C a lifo rn ia ) an d 15% g ly ce ro l. P rio r to th e in je c tio n o f d a m s, b a c te ria w e re g ro w n in B H I b ro th fo r 15 h at 37°C . C u ltu re w a s d ilu te d 1:100 an d g ro w n in B H I b ro th at 37°C until c u ltu re re a c h e s m id e x p o n e n tia l p h a s e (o p tic a l d e n s ity at 6 0 0 n m b e tw e e n 0.5 and 0.7). E n u m é ra tio n o f th e s u s p e n s io n w a s p e rfo rm e d b y c o u n tin g th e c o lo n y fo rm in g u n its (C F U ) o n B H I a g a r plates. T h e n , b a c te ria w e re h a rv e s te d by c e n trifu g a tio n at 3 2 2 0 g and in a c tiv a te d in a s o lu tio n o f fo rm a ld é h y d e 10% fo r 2 4 h o u rs (h ). B a c te ria