Objective: Central nervous system infection with Theiler9s murine encephalomyelitis virus (TMEV) in C57BL/6J mice can model acquired epileptogenesis. Diet alters the acute seizure incidence in TMEV-infected mice; yet it is unclear whether intestinal dysbiosis may also impact acute or chronic behavioral comorbidities. This study thus assessed the impact of diet sterilization in a specific pathogen-free vivarium on acute seizure presentation, the composition of the gut microbiome, and chronic behavioral comorbidities of epilepsy. Methods: Baseline fecal samples were collected from male C57BL/6J mice (4-5 weeks-old; Jackson Labs) upon arrival. Mice were randomized to either autoclaved (AC) or irradiated (IR) diet (Prolab RMH 3000 - UU diets) or IR (Picolab 5053 - UW IR diet). Mice then underwent intracerebral TMEV or PBS injection three days later. Fecal samples were collected from a subset of mice at infection (Day 0) and Day 7 post-infection. Epilepsy-related working memory deficits and seizure threshold were assessed 6 weeks post-infection. Gut microbiome diversity was determined by 16S rRNA amplicon sequencing of fecal samples. Results: TMEV-infected mice displayed acute handling-induced seizures, regardless of diet: 28/57 UW IR (49.1%), 30/41 UU IR (73.2%), and 47/77 UU AC (61%) mice displayed seizures. The number of observed seizures significantly differed: UW IR mice had 2.2+/-2.8 seizures (mean+/-standard deviation), UU IR mice had 3.5+/-2.9 seizures, and UU AC mice had 4.4+/-3.8 seizures during the 7-day monitoring period. The composition of the gut microbiome significantly differed in TMEV-infected mice fed the UU AC diet, with most measured differences occurring in Gram-positive bacteria. TMEV-infected mice fed the UU AC diet displayed worsened chronic working memory. Significance: Intestinal dysbiosis evokes stark differences in acute seizure presentation in the TMEV model and vastly influences the trajectory of post-TMEV infection-induced behavioral comorbidities of epilepsy. Our study reveals a novel disease-modifying contribution of intestinal bacterial species after TMEV-induced acute seizures.

Abstract Objective People with early-onset Alzheimer’s disease (AD) are at elevated seizure risk. Further, chronic seizures in pre-symptomatic stages may disrupt serotonin pathway-related protein expression, precipitating the onset of AD-related pathology and burden of neuropsychiatric comorbidities. Methods 2-3-month-old APP/PS1, PSEN2-N141I, and transgenic control mice were sham or corneal kindled for 2 weeks to model chronic seizures. Seizure-induced changes in glia, serotonin pathway proteins, and amyloid β levels in hippocampus and prefrontal cortex were quantified. Results APP/PS1 mice experienced worsened mortality versus kindled Tg-controls. APP/PS1 females were also more susceptible to chronic kindled seizures. These changes correlated with a marked downregulation of hippocampal tryptophan hydroxylase 2 and monoamine oxidase A protein expression compared to controls; these changes were not detected in PSEN2-N141I mice. Kindled APP/PS1 mice exhibited amyloid β overexpression and glial overactivity without plaque deposition. PSEN2 protein expression was AD model-dependent. Significance Seizures evoked in pre-symptomatic APP/PS1 mice promotes premature mortality in the absence of pathological Aβ deposition. Disruptions in serotonin pathway metabolism are associated with increased glial reactivity and PSEN2 downregulation without amyloid β deposition. This study provides the first direct evidence that seizures occurring prior to amyloid β plaque accumulation worsen disease burden in an AD genotype-specific manner. Highlights: Seizures are a comorbidity in Alzheimer’s disease that may worsen disease burden. Pathological overlap between both neurological disorders is understudied. Young APP/PS1, but not PSEN2-N141I mice, have increased seizure-induced mortality. Seizures reduce hippocampal serotonin pathway proteins only in young APP/PS1 mice. Kindled young APP/PS1 mice have glial hyperactivity before amyloid β accumulation.