SM
Stephanie Montgomery
Author with expertise in Coronavirus Disease 2019 Research
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
25
(92% Open Access)
Cited by:
5,880
h-index:
43
/
i10-index:
79
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Effect of Hydrocortisone on Mortality and Organ Support in Patients With Severe COVID-19

Derek Angus et al.Sep 2, 2020
Evidence regarding corticosteroid use for severe coronavirus disease 2019 (COVID-19) is limited.To determine whether hydrocortisone improves outcome for patients with severe COVID-19.An ongoing adaptive platform trial testing multiple interventions within multiple therapeutic domains, for example, antiviral agents, corticosteroids, or immunoglobulin. Between March 9 and June 17, 2020, 614 adult patients with suspected or confirmed COVID-19 were enrolled and randomized within at least 1 domain following admission to an intensive care unit (ICU) for respiratory or cardiovascular organ support at 121 sites in 8 countries. Of these, 403 were randomized to open-label interventions within the corticosteroid domain. The domain was halted after results from another trial were released. Follow-up ended August 12, 2020.The corticosteroid domain randomized participants to a fixed 7-day course of intravenous hydrocortisone (50 mg or 100 mg every 6 hours) (n = 143), a shock-dependent course (50 mg every 6 hours when shock was clinically evident) (n = 152), or no hydrocortisone (n = 108).The primary end point was organ support-free days (days alive and free of ICU-based respiratory or cardiovascular support) within 21 days, where patients who died were assigned -1 day. The primary analysis was a bayesian cumulative logistic model that included all patients enrolled with severe COVID-19, adjusting for age, sex, site, region, time, assignment to interventions within other domains, and domain and intervention eligibility. Superiority was defined as the posterior probability of an odds ratio greater than 1 (threshold for trial conclusion of superiority >99%).After excluding 19 participants who withdrew consent, there were 384 patients (mean age, 60 years; 29% female) randomized to the fixed-dose (n = 137), shock-dependent (n = 146), and no (n = 101) hydrocortisone groups; 379 (99%) completed the study and were included in the analysis. The mean age for the 3 groups ranged between 59.5 and 60.4 years; most patients were male (range, 70.6%-71.5%); mean body mass index ranged between 29.7 and 30.9; and patients receiving mechanical ventilation ranged between 50.0% and 63.5%. For the fixed-dose, shock-dependent, and no hydrocortisone groups, respectively, the median organ support-free days were 0 (IQR, -1 to 15), 0 (IQR, -1 to 13), and 0 (-1 to 11) days (composed of 30%, 26%, and 33% mortality rates and 11.5, 9.5, and 6 median organ support-free days among survivors). The median adjusted odds ratio and bayesian probability of superiority were 1.43 (95% credible interval, 0.91-2.27) and 93% for fixed-dose hydrocortisone, respectively, and were 1.22 (95% credible interval, 0.76-1.94) and 80% for shock-dependent hydrocortisone compared with no hydrocortisone. Serious adverse events were reported in 4 (3%), 5 (3%), and 1 (1%) patients in the fixed-dose, shock-dependent, and no hydrocortisone groups, respectively.Among patients with severe COVID-19, treatment with a 7-day fixed-dose course of hydrocortisone or shock-dependent dosing of hydrocortisone, compared with no hydrocortisone, resulted in 93% and 80% probabilities of superiority with regard to the odds of improvement in organ support-free days within 21 days. However, the trial was stopped early and no treatment strategy met prespecified criteria for statistical superiority, precluding definitive conclusions.ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02735707.
0

A mouse-adapted model of SARS-CoV-2 to test COVID-19 countermeasures

Kenneth Dinnon et al.Aug 27, 2020
Coronaviruses are prone to transmission to new host species, as recently demonstrated by the spread to humans of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), the causative agent of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic1. Small animal models that recapitulate SARS-CoV-2 disease are needed urgently for rapid evaluation of medical countermeasures2,3. SARS-CoV-2 cannot infect wild-type laboratory mice owing to inefficient interactions between the viral spike protein and the mouse orthologue of the human receptor, angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2)4. Here we used reverse genetics5 to remodel the interaction between SARS-CoV-2 spike protein and mouse ACE2 and designed mouse-adapted SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2 MA), a recombinant virus that can use mouse ACE2 for entry into cells. SARS-CoV-2 MA was able to replicate in the upper and lower airways of both young adult and aged BALB/c mice. SARS-CoV-2 MA caused more severe disease in aged mice, and exhibited more clinically relevant phenotypes than those seen in Hfh4-ACE2 transgenic mice, which express human ACE2 under the control of the Hfh4 (also known as Foxj1) promoter. We demonstrate the utility of this model using vaccine-challenge studies in immune-competent mice with native expression of mouse ACE2. Finally, we show that the clinical candidate interferon-λ1a (IFN-λ1a) potently inhibits SARS-CoV-2 replication in primary human airway epithelial cells in vitro-both prophylactic and therapeutic administration of IFN-λ1a diminished SARS-CoV-2 replication in mice. In summary, the mouse-adapted SARS-CoV-2 MA model demonstrates age-related disease pathogenesis and supports the clinical use of pegylated IFN-λ1a as a treatment for human COVID-196.
0
Citation601
0
Save
0

A Gnotobiotic Mouse Model Demonstrates That Dietary Fiber Protects against Colorectal Tumorigenesis in a Microbiota- and Butyrate-Dependent Manner

Dallas Donohoe et al.Sep 30, 2014
Abstract Whether dietary fiber protects against colorectal cancer is controversial because of conflicting results from human epidemiologic studies. However, these studies and mouse models of colorectal cancer have not controlled the composition of gut microbiota, which ferment fiber into short-chain fatty acids such as butyrate. Butyrate is noteworthy because it has energetic and epigenetic functions in colonocytes and tumor-suppressive properties in colorectal cancer cell lines. We used gnotobiotic mouse models colonized with wild-type or mutant strains of a butyrate-producing bacterium to demonstrate that fiber does have a potent tumor-suppressive effect but in a microbiota- and butyrate-dependent manner. Furthermore, due to the Warburg effect, butyrate was metabolized less in tumors where it accumulated and functioned as a histone deacetylase (HDAC) inhibitor to stimulate histone acetylation and affect apoptosis and cell proliferation. To support the relevance of this mechanism in human cancer, we demonstrate that butyrate and histone-acetylation levels are elevated in colorectal adenocarcinomas compared with normal colonic tissues. Significance: These results, which link diet and microbiota to a tumor-suppressive metabolite, provide insight into conflicting epidemiologic findings and suggest that probiotic/prebiotic strategies can modulate an endogenous HDAC inhibitor for anticancer chemoprevention without the adverse effects associated with synthetic HDAC inhibitors used in chemotherapy. Cancer Discov; 4(12); 1387–97. ©2014 AACR. See related commentary by Sebastián and Mostoslavsky, p. 1368 This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 1355
0
Citation371
0
Save
0

A Mouse Model of Chikungunya Virus–Induced Musculoskeletal Inflammatory Disease

Thomas Morrison et al.Jan 1, 2011
Chikungunya virus (CHIKV), an emerging mosquito-borne Alphavirus, causes debilitating rheumatic disease in humans that can last for weeks to months. Starting in 2004, a CHIKV outbreak in the Indian Ocean region affected millions of people, and infected travelers introduced CHIKV to new regions. The pathogenesis of CHIKV is poorly understood, and no approved vaccines or specific therapies exist. A major challenge to the study of CHIKV disease is the lack of a small animal model that recapitulates the major outcomes of human infection. In this study, the pathogenesis of CHIKV in C57BL/6J mice was investigated using biological and molecular clones of CHIKV isolated from human serum (CHIKV SL15649). After 14-day-old mice were inoculated with CHIKV SL15649 in the footpad, they displayed reduced weight gain and swelling of the inoculated limb. Histologic analysis of hind limb sections revealed severe necrotizing myositis, mixed inflammatory cell arthritis, chronic active tenosynovitis, and multifocal vasculitis. Interestingly, these disease signs and viral RNA persisted in musculoskeletal tissues for at least 3 weeks after inoculation. This work demonstrates the development of a mouse model of CHIKV infection with clinical manifestations and histopathologic findings that are consistent with the disease signs of CHIKV-infected humans, providing a useful tool for studying viral and host factors that drive CHIKV pathogenesis and for evaluating potential therapeutics against this emerging viral disease. Chikungunya virus (CHIKV), an emerging mosquito-borne Alphavirus, causes debilitating rheumatic disease in humans that can last for weeks to months. Starting in 2004, a CHIKV outbreak in the Indian Ocean region affected millions of people, and infected travelers introduced CHIKV to new regions. The pathogenesis of CHIKV is poorly understood, and no approved vaccines or specific therapies exist. A major challenge to the study of CHIKV disease is the lack of a small animal model that recapitulates the major outcomes of human infection. In this study, the pathogenesis of CHIKV in C57BL/6J mice was investigated using biological and molecular clones of CHIKV isolated from human serum (CHIKV SL15649). After 14-day-old mice were inoculated with CHIKV SL15649 in the footpad, they displayed reduced weight gain and swelling of the inoculated limb. Histologic analysis of hind limb sections revealed severe necrotizing myositis, mixed inflammatory cell arthritis, chronic active tenosynovitis, and multifocal vasculitis. Interestingly, these disease signs and viral RNA persisted in musculoskeletal tissues for at least 3 weeks after inoculation. This work demonstrates the development of a mouse model of CHIKV infection with clinical manifestations and histopathologic findings that are consistent with the disease signs of CHIKV-infected humans, providing a useful tool for studying viral and host factors that drive CHIKV pathogenesis and for evaluating potential therapeutics against this emerging viral disease. Chikungunya virus (CHIKV), O'nyong-nyong virus, Mayaro virus, and Ross River virus are among a group of mosquito-transmitted alphaviruses that cause debilitating pain and inflammation of musculoskeletal tissue in humans.1Griffin D.E. Alphaviruses.in: Knipe D.M. Howley P.M. Fields Virology. 5th edition. Williams, & Wilkins, Philadelphia, Lippincott2007: 1023-1067Google Scholar, 2Staples J.E. Breiman R.F. Powers A.M. Chikungunya fever: an epidemiological review of a re-emerging infectious disease.Clin Infect Dis. 2009; 49: 942-948Crossref PubMed Scopus (466) Google Scholar, 3Harley D. Sleigh A. Ritchie S. Ross River virus transmission, infection, and disease: a cross-disciplinary review.Clin Microbiol Rev. 2001; 14: 909-932Crossref PubMed Scopus (327) Google Scholar, 4Tesh R.B. Watts D.M. Russell K.L. Damodaran C. Calampa C. Cabezas C. Ramirez G. Vasquez B. Hayes C.G. Rossi C.A. Powers A.M. Hice C.L. Chandler L.J. Cropp B.C. Karabatsos N. Roehrig J.T. Gubler D.J. Mayaro virus disease: an emerging mosquito-borne zoonosis in tropical South America.Clin Infect Dis. 1999; 28: 67-73Crossref PubMed Scopus (139) Google Scholar These viruses are an emerging threat because of their ability to initiate explosive epidemics,3Harley D. Sleigh A. Ritchie S. Ross River virus transmission, infection, and disease: a cross-disciplinary review.Clin Microbiol Rev. 2001; 14: 909-932Crossref PubMed Scopus (327) Google Scholar, 5Johnston R.E. Peters C.J. Alphaviruses.in: Fields B.N. Knipe D.M. Howley P.M. Fields Virology. 3rd edition. Lippincott-Raven, Philadelphia1996: 843-898Google Scholar including a 1979–1980 epidemic of Ross River fever in the South Pacific, which involved more than 60,000 patients,3Harley D. Sleigh A. Ritchie S. Ross River virus transmission, infection, and disease: a cross-disciplinary review.Clin Microbiol Rev. 2001; 14: 909-932Crossref PubMed Scopus (327) Google Scholar and a 1959–1962 epidemic of O'nyong-nyong fever in Africa, which involved at least 2 million patients.6Williams M.C. Woodall J.P. Gillett J.D. O'nyong-Nyong fever: an epidemic virus disease in East Africa: Vii virus isolations from man and serological studies up to July 1961.Trans R Soc Trop Med Hyg. 1965; 59: 186-197Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (39) Google Scholar In 2004, reemergence of CHIKV resulted in an epidemic that caused millions of cases in multiple countries in the Indian Ocean region, including 270,000 cases on Reunion Island and an estimated 1.4 million to 6.5 million cases in India.7Mavalankar D. Shastri P. Raman P. Chikungunya epidemic in India: a major public-health disaster.Lancet Infect Dis. 2007; 7: 306-307Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (146) Google Scholar, 8Charrel R.N. de Lamballerie X. Raoult D. Chikungunya outbreaks: the globalization of vectorborne diseases.N Engl J Med. 2007; 356: 769-771Crossref PubMed Scopus (350) Google Scholar The ability of these viruses to spread in a human to mosquito to human transmission cycle in the absence of animal reservoirs is particularly concerning because this increases the likelihood of establishing epidemics in new areas, including Europe and the Western Hemisphere. This possibility was demonstrated by a CHIKV outbreak in Italy in 2007 that resulted in more than 250 identified cases and included the detection of CHIKV in local mosquito populations.9ProMED-mail: Chikungunya-Italy (Emilia Romagna). ProMED mail 2007; 7 Sept: 20070907.2957. Available online at http://www.promedmail.org. Accessed October 2009.Google Scholar, 10Watson R. Chikungunya fever is transmitted locally in Europe for first time.BMJ. 2007; 335: 532-533Crossref PubMed Google Scholar The name chikungunya, from the Kimakonde language of Tanzania, which translates as “that which bends up the joints,” reflects the severe and debilitating rheumatic symptoms that are experienced by most individuals.11Ross R.W. The Newala epidemic, III: the virus: isolation, pathogenic properties and relationship to the epidemic.J Hyg (Lond). 1956; 54: 177-191Crossref PubMed Scopus (417) Google Scholar Although a small subset of people experience atypical outcomes, which include potentially life-threatening multiorgan failure and encephalitis, epidemiologic studies established unusually severe joint pain as the distinguishing and most common feature of CHIKV infection.12Powers A.M. Logue C.H. Changing patterns of chikungunya virus: re-emergence of a zoonotic arbovirus.J Gen Virol. 2007; 88: 2363-2377Crossref PubMed Scopus (581) Google Scholar, 13Brighton S.W. Prozesky O.W. de la Harpe A.L. Chikungunya virus infection: a retrospective study of 107 cases.S Afr Med J. 1983; 63: 313-315PubMed Google Scholar In addition to joint pain, recent studies have identified severe tenosynovitis and myositis as prominent clinical features of infection.14Simon F. Parola P. Grandadam M. Fourcade S. Oliver M. Brouqui P. Hance P. Kraemer P. Ali Mohamed A. de Lamballerie X. Charrel R. Tolou H. Chikungunya infection: an emerging rheumatism among travelers returned from Indian Ocean islands: report of 47 cases.Medicine (Baltimore). 2007; 86: 123-137Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar, 15Parola P. de Lamballerie X. Jourdan J. Rovery C. Vaillant V. Minodier P. Brouqui P. Flahault A. Raoult D. Charrel R.N. Novel chikungunya virus variant in travelers returning from Indian Ocean islands.Emerg Infect Dis. 2006; 12: 1493-1499Crossref PubMed Scopus (283) Google Scholar, 16Parola P. Simon F. Oliver M. Tenosynovitis and vascular disorders associated with Chikungunya virus-related rheumatism.Clin Infect Dis. 2007; 45: 801-802Crossref PubMed Scopus (10) Google Scholar, 17Ozden S. Huerre M. Riviere J.P. Coffey L.L. Afonso P.V. Mouly V. de Monredon J. Roger J.C. El Amrani M. Yvin J.L. Jaffar M.C. Frenkiel M.P. Sourisseau M. Schwartz O. Butler-Browne G. Despres P. Gessain A. Ceccaldi P.E. Human muscle satellite cells as targets of Chikungunya virus infection.PLoS ONE. 2007; 2: e527Crossref PubMed Scopus (208) Google Scholar The severe pain is chronic, typically lasting from weeks to months. Up to 57% of patients report persistent rheumatic symptoms 15 months after initial diagnosis.18Sissoko D. Malvy D. Ezzedine K. Renault P. Moscetti F. Ledrans M. Pierre V. Post-epidemic chikungunya disease on Reunion Island: course of rheumatic manifestations and associated factors over a 15-month period.PLoS Negl Trop Dis. 2009; 3: e389Crossref PubMed Scopus (263) Google Scholar The study of the pathogenesis of CHIKV disease has been hampered by the lack of a small animal model of disease, although several recent studies in mice have made progress. Neonatal mice and mice deficient in the type I interferon receptor were found to be highly susceptible to CHIKV infection.19Couderc T. Chretien F. Schilte C. Disson O. Brigitte M. Guivel-Benhassine F. Touret Y. Barau G. Cayet N. Schuffenecker I. Despres P. Arenzana-Seisdedos F. Michault A. Albert M.L. Lecuit M. A mouse model for Chikungunya: young age and inefficient type-I interferon signaling are risk factors for severe disease.PLoS Pathog. 2008; 4: e29Crossref PubMed Scopus (454) Google Scholar Although CHIKV was detected in muscle and joint tissue in these mice, the pathological outcomes in these tissues were not addressed,19Couderc T. Chretien F. Schilte C. Disson O. Brigitte M. Guivel-Benhassine F. Touret Y. Barau G. Cayet N. Schuffenecker I. Despres P. Arenzana-Seisdedos F. Michault A. Albert M.L. Lecuit M. A mouse model for Chikungunya: young age and inefficient type-I interferon signaling are risk factors for severe disease.PLoS Pathog. 2008; 4: e29Crossref PubMed Scopus (454) Google Scholar and these models may be more relevant for studying the pathogenesis of atypical CHIKV disease. Ziegler et al20Ziegler S.A. Lu L. da Rosa A.P. Xiao S.Y. Tesh R.B. An animal model for studying the pathogenesis of chikungunya virus infection.Am J Trop Med Hyg. 2008; 79: 133-139PubMed Google Scholar described severe skeletal muscle necrosis and inflammation after CHIKV infection of outbred strains of mice. These studies were promising; however, whether infected mice developed other musculoskeletal conditions, such as arthritis, was not reported. In addition to studies in mice, CHIKV pathogenesis was recently investigated in cynomolgus macaques.21Labadie K. Larcher T. Joubert C. Mannioui A. Delache B. Brochard P. Guigand L. Dubreil L. Lebon P. Verrier B. de Lamballerie X. Suhrbier A. Cherel Y. Le Grand R. Roques P. Chikungunya disease in nonhuman primates involves long-term viral persistence in macrophages.J Clin Invest. 2010; 120: 894-906Crossref PubMed Scopus (374) Google Scholar Infected macaques developed features consistent with human disease, such as fever, rash, and swelling in wrist and ankle joints. However, musculoskeletal disease signs were only observed in animals inoculated with very high doses of virus (>107 PFU). Therefore, a critical need remains for a model system that will allow detailed molecular and genetic analyses of the major aspects of CHIKV-induced disease. In this report, we describe the development of a new small animal model in which infection of young C57BL/6J mice with a clinical isolate of CHIKV (CHIKV SL15649) led to gross swelling of the inoculated foot, induction of mixed inflammatory cell arthritis in the feet and tarsi, and severe tenosynovitis and myositis. Flow cytometric analyses of the musculoskeletal infiltrates identified natural killer cells, neutrophils, monocytes/macrophages, and lymphocytes as major cell infiltrates in musculoskeletal tissues. Similar to human infection, disease signs persisted for at least 3 weeks after inoculation. A full-length molecular clone of CHIKV SL15649 recapitulated the disease induced by the natural isolate, thereby providing us with the tools to study both viral and host determinants that drive CHIKV-induced musculoskeletal inflammatory disease. All studies with viable CHIKV were performed in certified BSL-3 laboratories in biological safety cabinets using biosafety protocols that were approved by the Institutional Biosafety Committees of the University of Colorado, Denver, and the University of North Carolina at Chapel Hill. Serum samples were collected from febrile patients in Sri Lanka during the 2006 CHIKV outbreak.22Seneviratne S.L. Perera J. Fever epidemic moves into Sri Lanka.BMJ. 2006; 333: 1220-1221Crossref PubMed Google Scholar Samples were confirmed to be CHIKV positive by a CHIKV-specific PCR assay. A total of 100 μL of serum was inoculated onto Vero cell (ATCC CCL-81) monolayers in 6-well dishes, cells were observed for the development of a cytopathic effect, and culture supernatants were collected at 72 hours after inoculation. These supernatants were diluted onto new Vero cell monolayers and overlayed with 0.5% immunodiffusion-grade agarose (MP Biomedical, Cleveland, OH); then individual, well isolated plaques were collected. Plaque-purified viruses were amplified 1× on Vero cells and viral titers determined by plaque assay on Vero cells. TRIzol reagent (Invitrogen, Carlsbad, CA) was added to an aliquot of infected Vero cell supernatant, and CHIKV RNA was purified using an RNA isolation kit (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions. RNA was reverse transcribed, and the CHIKV genome was amplified by PCR using Platinum Pfx Polymerase (Invitrogen). The genome was amplified in a series of 500-bp fragments overlapping by 100 to 150 bp. Amplicons were cloned into pCR-Blunt using the Zero Blunt PCR Cloning Kit (Invitrogen). The sequence of the 5′ untranslated region was determined using the 5′ SMART RACE cDNA Amplification Kit according to the manufacturer's instructions (Clontech, Mountain View, CA). Forward and reverse sequencing of two independent amplicons per region was performed, and the complete genomic sequence was assembled (GenBank: GU189061.1). Genomic cDNA fragments based on the SL15649 genome sequence (GenBank: GU189061.1) were commercially synthesized (BioBasic, Markham, ON, Canada) to create three constructs, each spanning approximately one-third of the CHIKV genome. The three fragments were assembled into the full-length genome using unique AgeI and XhoI sites and inserted into pUC57 to create the infectious clone (icCHIKVSL15649). The icCHIKVSL15649 plasmid was linearized using NotI and transcribed in vitro using an mMessage mMachine SP6 transcription kit (Ambion, Austin, TX) to yield 5′-capped genomic RNA. Viral RNA was electroporated into BHK-21 cells. Culture supernatants were collected at 24 hours after electroporation, centrifuged to remove cellular debris, aliquoted, and stored at −80°C until virus titers were quantified by plaque assay. C57BL6/J mice were obtained from the Jackson Laboratory and bred in-house. Fourteen-day-old mice were inoculated in the left rear footpad with 100 PFU of virus in diluent (PBS−1% bovine calf serum) in a 10-μL volume. Control animals were inoculated with diluent alone. Mice were housed with the mother until they were 21 days old. Mice were monitored for disease signs and weighed at 24-hour intervals, and no mortality was observed in the CHIKV-infected mice. Calipers were used to perform dorsoventral measurements of the feet and mediolateral measurements of the tarsi. Animal husbandry and experiments were performed in accordance with all University of Colorado, Denver, and University of North Carolina at Chapel Hill Institutional Animal Care and Use Committee guidelines. At the times indicated, mice were sacrificed and perfused by intracardial injection with 1× PBS. Tissues were dissected, weighed, and homogenized, and the amount of infectious CHIKV present was determined by plaque assay on Vero cells. At the times indicated, mice were sacrificed and perfused by intracardial injection with 4% paraformaldehyde, pH 7.3. Hind limb tissues, not including the femur, were embedded in paraffin and 5-μm sections were prepared. To determine the extent of inflammation and tissue disease, tissues were stained with H&E. Sections were evaluated for bone marrow hyperplasia, necrosis, inflammation, regeneration, mineralization, fibrosis, edema, vasculitis, tenosynovitis, synovitis, and tendonitis. Severity grades were assigned based on the following scale: 1, minimal; 2, mild; 3, moderate; 4, marked; asterisk, present; and minus sign, absent. Mice were inoculated as described; sacrificed by exsanguination at 3, 5, and 7 days after inoculation; and perfused with 1× PBS. Hind limb skin was removed, and hind limbs below the knee were dissected and incubated for 45 minutes at 37°C in digestion buffer [RPMI, 10% fetal bovine serum, 15 mmol/L HEPES, 2.5 mg/ml of collagenase A (Roche, Basil, Switzerland), and 1.7 mg/ml of DNase I (Sigma, St. Louis, MO)]. Digested tissues were passed through a 40-μm cell strainer, pelleted, washed, and resuspended in RPMI medium. Total viable cells were quantified by counting trypan blue–stained cells. Isolated cells were incubated with antimouse FcγRII/III (2.4G2; BD Pharmingen, San Diego, CA) for 20 minutes on ice and then stained in fluorescence-activated cell sorter staining buffer (1× Hanks balanced salt solution, 1% fetal bovine serum) with the following antibodies: anti-CD45-Biotin, anti-CD11c-phycoerythrin-Texas Red, anti-NK1.1-phycoerythrin, anti-CD3-fluorescein isothiocyanate, anti-CD4-Pacific Blue, anti-CD8-Pacific Orange, anti-F4/80-fluorescein isothiocyanate, CD115-fluorescein isothiocyanate, anti-CD11b-phycoerythrin-Cy7, anti–major histocompatibility complex class II-allophycocyanin, or anti-GR-1-phycoerythrin (all from eBioscience, San Diego, CA). Biotin conjugates were detected with Streptavidin-Peridinin Chlorophyll Protein Complex (eBioscience). Cells were fixed overnight in 2% paraformaldehyde and analyzed on a cyan cytometer (Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ) using Summit software. At 2, 14, and 21 days after inoculation, uninfected or CHIKV-infected mice (three mice per group) were sacrificed and perfused by intracardial injection with 1× PBS. Tissues were homogenized in 1 ml of TRIzol (Invitrogen), and total RNA was isolated using the PureLink RNA Kit (Invitrogen). RNA was reverse transcribed with superscript III (Invitrogen) and analyzed by 25 cycles of PCR for the presence of β-actin or 30 cycles of PCR for the presence of CHIKV using previously published primers specific for the E1 region of the genome.23Laurent P. Le Roux K. Grivard P. Bertil G. Naze F. Picard M. Staikowsky F. Barau G. Schuffenecker I. Michault A. Development of a sensitive real-time reverse transcriptase PCR assay with an internal control to detect and quantify chikungunya virus.Clin Chem. 2007; 53: 1408-1414Crossref PubMed Scopus (105) Google Scholar The icCHIKVSL15649 plasmid was used as a positive control. RNA samples that had not been subjected to reverse transcription were used as a negative control. To investigate the capacity of a CHIKV clinical isolate to cause disease in a mouse model, 14-day-old C57BL/6J mice were inoculated with 100 PFU of CHIKV SL15649, which was isolated from a febrile CHIKV-positive Sri Lankan patient as described in the “Materials and Methods” section. In addition to the virus that was directly amplified from the human serum, mice were also inoculated with three different plaque-purified CHIKV SL15649 isolates (PL1, PL2, and PL3) or virus inactivated by UV light. Control mice were inoculated with virus diluent alone. Compared with control mice or mice inoculated with UV-treated virus, inoculation with CHIKV SL15649 or any of the three plaque-purified isolates resulted in diminished weight gain (Figure 1, A –C). Strikingly, as evidenced by both caliper measurements and histologic analysis, all mice inoculated with live virus developed intense gross swelling and edema of the left foot (Figure 1, D and E) and tarsus (data not shown). Swelling began 2 days after inoculation (data not shown) and persisted at least 1 week (Figure 1, D and E). Analysis of the noninoculated foot demonstrated that inflammatory infiltrates were present at 7 days after inoculation (Figure 1E). However, these infiltrates appeared less extensive than those observed in the inoculated foot, and no gross or histopathologic evidence of swelling or edema was observed in footpad tissues contralateral to the site of inoculation. To investigate whether tissue swelling and the magnitude of inflammation correlated with differences in the amount of virus present in musculoskeletal tissues ipsilateral or contralateral relative to the site of inoculation, the amounts of infectious virus present in tarsus or foot tissue of mice inoculated with plaque-purified CHIKV SL15649 was quantified by plaque assay at 1 and 4 days after inoculation (Figure 1F). Approximately 100-fold more virus was present in left tarsus or foot tissue compared with the right tarsus or foot tissue at both 1 and 4 days after inoculation, suggesting that CHIKV SL15649 spreads to distal sites, but the peak viral titers at sites distal to the site of inoculation are diminished. These results suggest that the SL15649 virus, which is not mouse adapted, does not spread efficiently from the inoculated foot. It remains to be determined whether the lack of swelling in the noninoculated foot is due to this difference in viral replication or some other mechanism. Debilitating rheumatic disease signs and symptoms, such as severe joint pain and tenosynovitis, are prominent features of CHIKV infection of humans.14Simon F. Parola P. Grandadam M. Fourcade S. Oliver M. Brouqui P. Hance P. Kraemer P. Ali Mohamed A. de Lamballerie X. Charrel R. Tolou H. Chikungunya infection: an emerging rheumatism among travelers returned from Indian Ocean islands: report of 47 cases.Medicine (Baltimore). 2007; 86: 123-137Crossref PubMed Scopus (235) Google Scholar, 15Parola P. de Lamballerie X. Jourdan J. Rovery C. Vaillant V. Minodier P. Brouqui P. Flahault A. Raoult D. Charrel R.N. Novel chikungunya virus variant in travelers returning from Indian Ocean islands.Emerg Infect Dis. 2006; 12: 1493-1499Crossref PubMed Scopus (283) Google Scholar, 16Parola P. Simon F. Oliver M. Tenosynovitis and vascular disorders associated with Chikungunya virus-related rheumatism.Clin Infect Dis. 2007; 45: 801-802Crossref PubMed Scopus (10) Google Scholar Therefore, we next investigated whether inoculation of mice with CHIKV SL15649 resulted in musculoskeletal tissue disease consistent with the disease signs of CHIKV-infected humans. For these experiments, 14-day-old C57BL/6J mice were inoculated with diluent alone (control) or 100 PFU of plaque-purified CHIKV SL15649 in the footpad, which resulted in 100% morbidity and 0% mortality. At 1, 3, 7, 10, 14, and 21 days after inoculation, mice were sacrificed, perfused by intracardial injection with 4% paraformaldehyde, and H&E-stained tissue sections generated from the left and right hind limbs were evaluated for disease. The major pathological findings from these studies are given in Figure 2 and Table 1. In contrast to control-inoculated mice (Figure 2A), by 7 days after inoculation mice inoculated with CHIKV SL15649 had developed a mixed inflammatory cell arthritis containing histiocytes, neutrophils, lymphocytes, and rare plasma cells in various joints of the feet (Figure 2B) and the tarsi (data not shown). Virus-infected mice displayed severe chronic active tenosynovitis (Figures 2, C and D) with coagulative necrosis that did not involve the blood vessels, and this was not observed in control-inoculated mice. Furthermore, in contrast to skeletal muscle tissue of control mice (Figure 2, E and G), necrotizing myositis was observed in skeletal muscle tissues of CHIKV SL15649–inoculated mice, such as the gastrocnemius muscle (Figures 2, F and H) and quadriceps femoris muscle (data not shown). In addition to the major pathological findings of arthritis, tenosynovitis, and myositis, CHIKV SL15649–inoculated mice displayed multifocal vasculitis (Figure 2, I and J) and an expansion of myeloid cells in the bone marrow compared with control-inoculated mice (Figures 2, K and L). Although viral loads at 1 and 4 days after inoculation were significantly higher in tissues in the left hind limb (site of inoculation), similar types of inflammatory lesions were present in right hind limb tissues (Table 1). The lesions in the right hind limb tended to be milder in severity at 3 and 7 days after inoculation and similar in severity at 10 and 14 days after inoculation (Table 1). Although many healthy adults recover from CHIKV infection within days or weeks after the onset of disease signs, a number of studies indicate that a large fraction (up to 57%) of CHIKV-infected humans have persistent arthralgia for months to years.18Sissoko D. Malvy D. Ezzedine K. Renault P. Moscetti F. Ledrans M. Pierre V. Post-epidemic chikungunya disease on Reunion Island: course of rheumatic manifestations and associated factors over a 15-month period.PLoS Negl Trop Dis. 2009; 3: e389Crossref PubMed Scopus (263) Google Scholar, 24Borgherini G. Poubeau P. Jossaume A. Gouix A. Cotte L. Michault A. Arvin-Berod C. Paganin F. Persistent arthralgia associated with chikungunya virus: a study of 88 adult patients on reunion island.Clin Infect Dis. 2008; 47: 469-475Crossref PubMed Scopus (314) Google Scholar, 25Staikowsky F. Le Roux K. Schuffenecker I. Laurent P. Grivard P. Develay A. Michault A. Retrospective survey of Chikungunya disease in Reunion Island hospital staff.Epidemiol Infect. 2008; 136: 196-206Crossref PubMed Scopus (59) Google Scholar, 26Larrieu S, Pouderoux N, Pistone T, Filleul L, Receveur MC, Sissoko D, Ezzedine K, Malvy D: Factors associated with persistence of arthralgia among Chikungunya virus-infected travellers: report of 42 French cases. J Clin Virol 47:85–88Google Scholar, 27Bouquillard E. Combe B. A report of 21 cases of rheumatoid arthritis following Chikungunya fever: a mean follow-up of two years.Joint Bone Spine. 2009; 76: 654-657Crossref PubMed Scopus (114) Google Scholar, 28Malvy D. Ezzedine K. Mamani-Matsuda M. Autran B. Tolou H. Receveur M.C. Pistone T. Rambert J. Moynet D. Mossalayi D. Destructive arthritis in a patient with chikungunya virus infection with persistent specific IgM antibodies.BMC Infect Dis. 2009; 9: 200Crossref PubMed Scopus (100) Google Scholar Importantly, ongoing signs of inflammation were observed in joint tissues of CHIKV SL15649–inoculated mice at 21 days after inoculation, whereas both a fibrous response and regenerative response were evident in skeletal muscle tissue (Table 1). Taken together, these findings indicate that inoculation of 14-day-old C57BL/6J mice with CHIKV strain SL15649 results in acute histopathologic inflammatory changes of musculoskeletal tissues, including joints, tendons, and skeletal muscle, which is consistent with the disease signs of CHIKV-infected humans.29Jaffar-Bandjee M.C. Das T. Hoarau J.J. Krejbich Trotot P. Denizot M. Ribera A. Roques P. Gasque P. Chikungunya virus takes centre stage in virally induced arthritis: possible cellular and molecular mechanisms to pathogenesis.Microbes Infect. 2009; 11: 1206-1218Crossref PubMed Scopus (54) Google Scholar To further characterize the inflammatory response in musculoskeletal tissues, infiltrating leukocytes were isolated from hind limbs at 3, 5, and 7 days after inoculation and quantified by flow cytometry as described in the “Material and Methods” section. At early times after inoculation (3 and 5 days after inoculation), natural killer (CD3−/NK1.1+) cells (Figure 2M, first panel) and neutrophils (data not shown) were the predominant cell types detected in musculoskeletal tissues of the left hind limb. In contrast, by this method there was no detectable increase above background numbers of leukocytes in musculoskeletal tissues of the right hind limb (Figure 2M, first panel). This finding is consistent with the histologic results, where tissues in the noninoculated limb exhibited inflammatory cell infiltrates, but these were reduced compared with the inoculated limb. By 7 days after inoculation, the inflammatory lesions in the inoculated foot were characterized by the presence of natural killer cells, monocytes/macrophages (F4/80+/CD11b+), and both CD4 and CD8 T lymphocytes (CD3+/CD4+/CD8− and CD3+/CD4−/CD8+, respectively) (Figure 2M). In addition, analyses with additional cell surface markers suggested the presence of a heterogenous mix of myeloid cell phenotypes and other cell types (data not shown); however, future studies are required to fully characterize the complexities of the inflammatory response to CHIKV infection.Table 1Chikungunya Virus SL15649 Musculoskeletal Tissue DiseaseDays afterinoculationLegBone marrowhyperplasiaTibia muscleMetatarsal muscleVTSSTNIRNIRMFEControlR——————————————ControlL——————————————ControlL——————————————1R—————1————————1L————32———3—2123R2—1—11—————3L2—2—33———3*2237R422—441——1*1237
0
Citation251
0
Save
0

NLRP12 attenuates colon inflammation by maintaining colonic microbial diversity and promoting protective commensal bacterial growth

Chen Liang et al.Mar 13, 2017
The intracellular sensor NLRP12 can negatively regulate inflammation. Ting and colleagues demonstrate that an absence of NLRP12 triggers a dysbiosis that feeds forward into a process of inflammation and colitis. Inflammatory bowel diseases involve the dynamic interaction of host genetics, the microbiome and inflammatory responses. Here we found lower expression of NLRP12 (which encodes a negative regulator of innate immunity) in human ulcerative colitis, by comparing monozygotic twins and other patient cohorts. In parallel, Nlrp12 deficiency in mice caused increased basal colonic inflammation, which led to a less-diverse microbiome and loss of protective gut commensal strains (of the family Lachnospiraceae) and a greater abundance of colitogenic strains (of the family Erysipelotrichaceae). Dysbiosis and susceptibility to colitis associated with Nlrp12 deficency were reversed equally by treatment with antibodies targeting inflammatory cytokines and by the administration of beneficial commensal Lachnospiraceae isolates. Fecal transplants from mice reared in specific-pathogen-free conditions into germ-free Nlrp12-deficient mice showed that NLRP12 and the microbiome each contributed to immunological signaling that culminated in colon inflammation. These findings reveal a feed-forward loop in which NLRP12 promotes specific commensals that can reverse gut inflammation, while cytokine blockade during NLRP12 deficiency can reverse dysbiosis.
0
Citation245
0
Save
1

Therapeutic efficacy of an oral nucleoside analog of remdesivir against SARS-CoV-2 pathogenesis in mice

Alexandra Schäfer et al.Sep 13, 2021
The COVID-19 pandemic remains uncontrolled despite the rapid rollout of safe and effective SARS-CoV-2 vaccines, underscoring the need to develop highly effective antivirals. In the setting of waning immunity from infection and vaccination, breakthrough infections are becoming increasingly common and treatment options remain limited. Additionally, the emergence of SARS-CoV-2 variants of concern with their potential to escape therapeutic monoclonal antibodies emphasizes the need to develop second-generation oral antivirals targeting highly conserved viral proteins that can be rapidly deployed to outpatients. Here, we demonstrate the in vitro antiviral activity and in vivo therapeutic efficacy of GS-621763, an orally bioavailable prodrug of GS-441524, the parental nucleoside of remdesivir, which targets the highly conserved RNA-dependent RNA polymerase. GS-621763 exhibited significant antiviral activity in lung cell lines and two different human primary lung cell culture systems. The dose-proportional pharmacokinetic profile observed after oral administration of GS-621763 translated to dose-dependent antiviral activity in mice infected with SARS-CoV-2. Therapeutic GS-621763 significantly reduced viral load, lung pathology, and improved pulmonary function in COVID-19 mouse model. A direct comparison of GS-621763 with molnupiravir, an oral nucleoside analog antiviral currently in human clinical trial, proved both drugs to be similarly efficacious. These data demonstrate that therapy with oral prodrugs of remdesivir can significantly improve outcomes in SARS-CoV-2 infected mice. Thus, GS-621763 supports the exploration of GS-441524 oral prodrugs for the treatment of COVID-19 in humans.
1
Citation23
0
Save
Load More