Abstract Background Quorum sensing peptides (QSPs) are bacterial peptides produced by Gram-positive bacteria to communicate with their peers in a cell-density dependent manner. These peptides do not only act as interbacterial communication signals, but can also have effects on the host. Compelling evidence demonstrates the presence of a gut-brain axis and more specifically, the role of the gut microbiota in microglial functioning. The aim of this study is to investigate microglial activating properties of a selected QSP (PapRIV) which is produced by Bacillus cereus species. Methods Gastro-intestinal transport of the peptide is investigated using the in vitro Caco-2 model while transport over the blood-brain barrier is investigated in mice using multiple time regression experiments. Microglial activation is assessed using ELISA, fluorometry, immunoblotting, qPCR and phase-contrast microscopy. In vivo plasma detection and ex vivo metabolization experiments are performed using UHPLC-MS 2 and UHPLC-UV/MS, respectively. Results PapRIV showed in vitro activating properties of BV-2 microglia cells and was able to cross the in vitro Caco-2 cell model and pass the blood-brain barrier in vivo . In vivo peptide presence was also demonstrated in mouse plasma. The peptide caused induction of IL-6, TNFα and ROS expression and increased the fraction of ameboid BV-2 microglia cells in an NF-κB dependent manner. Different metabolites were identified in serum, of which the main metabolite (DLPFEH) still remained active. Conclusions PapRIV is thus able to cross the gastro-intestinal tract and the blood-brain barrier and shows in vitro activating properties in BV-2 microglia cells, hereby indicating a potential role of this quorum sensing peptide in gut-brain interaction.

Abstract Cerebral (Aβ) plaque and (pTau) tangle deposition are hallmarks of Alzheimer’s disease (AD), yet are insufficient to confer complete AD-like neurodegeneration experimentally. Factors acting upstream of Aβ/pTau in AD remain unknown, but their identification could enable earlier diagnosis and more effective treatments. T cell abnormalities are emerging AD hallmarks, and CD8 T cells were recently found to mediate neurodegeneration downstream of tangle deposition in hereditary neurodegeneration models. The precise impact of T cells downstream of Aβ/fibrillar pTau, however, appears to vary depending on the animal model used. Our prior work suggested that antigen-specific memory CD8 T (“ hi T”) cells act upstream of Aβ/pTau after brain injury. Here we examine whether hi T cells influence sporadic AD-like pathophysiology upstream of Aβ/pTau. Examining neuropathology, gene expression, and behavior in our hi T mouse model we show that CD8 T cells induce plaque and tangle-like deposition, modulate AD-related genes, and ultimately result in progressive neurodegeneration with both gross and fine features of sporadic human AD. T cells required Perforin to initiate this pathophysiology, and IFNγ for most gene expression changes and progression to more widespread neurodegenerative disease. Analogous antigen-specific memory CD8 T cells were significantly elevated in the brains of human AD patients, and their loss from blood corresponded to sporadic AD and related cognitive decline better than plasma pTau-217, a promising AD biomarker candidate. Our work is the first to identify an age-related factor acting upstream of Aβ/pTau to initiate AD-like pathophysiology, the mechanisms promoting its pathogenicity, and its relevance to human sporadic AD. Significance Statement This study changes our view of Alzheimer’s Disease (AD) initiation and progression. Mutations promoting cerebral beta-amyloid (Aβ) deposition guarantee rare genetic forms of AD. Thus, the prevailing hypothesis has been that Aβ is central to initiation and progression of all AD, despite contrary animal and patient evidence. We show that age-related T cells generate neurodegeneration with compelling features of AD in mice, with distinct T cell functions required for pathological initiation and neurodegenerative progression. Knowledge from these mice was applied to successfully predict previously unknown features of human AD and generate novel tools for its clinical management.