Abstract Immune system molecules are expressed by neurons, often for unknown functions. We have identified IL-13 and its receptor IL-13Ra1 as neuronal, synaptic proteins in mouse, rat, and human brains, whose engagement upregulates the phosphorylation of NMDAR and AMPAR subunits and, in turn, increases synaptic activity and CREB-mediated transcription. We demonstrate that increased IL-13 is a hallmark of traumatic brain injury (TBI) in mice as well as in two distinct cohorts of human patients. We also provide evidence that IL-13 upregulation protects neurons from excitotoxic death. We show IL-13 upregulation occurring in several cohorts of human brain samples and in CSF. Thus, IL-13 is a previously unrecognized physiological modulator of synaptic physiology of neuronal origin, with implications for the establishment of synaptic plasticity and the survival of neurons under injury conditions. Furthermore, we suggest that the neuroprotection afforded through the upregulation of IL-13 represents a new entry point for interventions in the pathophysiology of TBI.

Abstract Systemic inflammatory consequences remain a significant burden after traumatic brain injury (TBI), with almost all organs affected. The spleen is connected with the brain by autonomic innervation and by soluble mediators, and the cross-talk between brain and spleen may be important to establish the systemic inflammatory response to TBI. Ethanol intoxication, the most common comorbidity of TBI, is posited to influence the peripheral inflammatory response either directly or through the brain-spleen cross-talk. Here we show that TBI causes a substantial change in transcription of genes associated with dendritic cells activation in the spleen, in particular a FLT3 / FLT3L induction 3h after TBI, which was enhanced by EI. The FLT3L induction was associated with the phosphorylation of FLT3 receptor in CD11c+ dendritic cells, which enhanced the protein synthesis of a subset of mRNAs, as shown by the increase in pS6, peIF2A levels in dendritic cells. This corresponded to the upregulation of proteins associated with maturation process and immunostimulatory properties such MHC-II, LAMP1 and CD68, and of pro-inflammatory cytokines such as TNFα. Notably, EI enhanced the maturation of dendritic cells. However, whereas TBI decreases expression of the adrenergic 2b receptors on dendritic cells, EI increased it, thus augmenting the chances of cross-talk regulation of immune function by the autonomic system. In conclusion, this data indicates that TBI induces a fast maturation of the immunomodulatory functions of dendritic cells which is associated by FLT3/FLT3L signaling and which is enhanced by EI prior to TBI.

Lyme disease (LD), caused by spirochete bacteria of the genus Borrelia burgdorferi sensu lato, remains the most common vector-borne disease in the northern hemisphere. Borrelia outer surface protein A (OspA) is an integral surface protein expressed during the tick cycle, and a validated vaccine target. There are at least 20 recognized Borrelia genospecies, that vary in OspA serotype. Traditional serotyping of Borrelia isolates using OspA-specific monoclonal antibodies is technically challenging and reagent-constrained. This study presents a new in silico sequence-based method for OspA typing using next-generation sequence data. Using a compiled database of over 400 Borrelia genomes encompassing all major genospecies, we characterized OspA diversity in a manner that can accommodate existing and new OspA types and then defined boundaries for classification and assignment of OspA types based on the sequence similarity. To accommodate potential novel OspA types, we have developed a new nomenclature: OspA in silico type (IST). Beyond the ISTs which corresponded to existing OspA serotypes (ST1-8), we identified nine additional ISTs which cover new OspA variants in B. bavariensis (IST9-10), B. garinii (IST11-12), and other Borrelia genospecies (IST13-17). Compared to traditional OspA serotyping methods, this new computational pipeline provides a more comprehensive and broadly applicable approach for characterization of OspA type and Borrelia genospecies to support vaccine development.

Lyme disease (LD), caused by spirochete bacteria of the genus Borrelia burgdorferi sensu lato , remains the most common vector-borne disease in the northern hemisphere. Borrelia outer surface protein A (OspA) is an integral surface protein expressed during the tick cycle, and a validated vaccine target. There are at least 20 recognized Borrelia genospecies, that vary in OspA serotype. This study presents a new in silico sequence-based method for OspA typing using next-generation sequence data. Using a compiled database of over 400 Borrelia genomes encompassing the 4 most common disease-causing genospecies, we characterized OspA diversity in a manner that can accommodate existing and new OspA types and then defined boundaries for classification and assignment of OspA types based on the sequence similarity. To accommodate potential novel OspA types, we have developed a new nomenclature: OspA in silico type (IST). Beyond the ISTs that corresponded to existing OspA serotypes 1–8, we identified nine additional ISTs that cover new OspA variants in B. bavariensis (IST9–10), B. garinii (IST11–12), and other Borrelia genospecies (IST13–17). The IST typing scheme and associated OspA variants are available as part of the PubMLST Borrelia spp. database. Compared to traditional OspA serotyping methods, this new computational pipeline provides a more comprehensive and broadly applicable approach for characterization of OspA type and Borrelia genospecies to support vaccine development.

Background Biomarkers of neuronal, glial cells and inflammation in traumatic brain injury (TBI) are available but they do not specifically reflect the damage to synapses, which represent the bulk volume of the brain. Experimental models have demonstrated extensive involvement of synapses in acute TBI, but biomarkers of synaptic damage in human patients have not been explored. Methods Single-molecule array assays were used to measure synaptosomal-associated protein-25 (SNAP-25) and visinin-like protein 1 (VILIP-1) (along with neurofilament light chain (NFL), ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1 (UCH-L1), glial fibrillar acidic protein (GFAP), interleukin-6 (IL-6) and interleukin-8 (IL-8)) in ventricular cerebrospinal fluid (CSF) samples longitudinally acquired during the intensive care unit (ICU) stay of 42 patients with severe TBI or 22 uninjured controls. Results CSF levels of SNAP-25 and VILIP-1 are strongly elevated early after severe TBI and decline in the first few days. SNAP-25 and VILIP-1 correlate with inflammatory markers at two distinct timepoints (around D1 and then again at D5) in follow-up. SNAP-25 and VILIP-1 on the day-of-injury have better sensitivity and specificity for unfavourable outcome at 6 months than NFL, UCH-L1 or GFAP. Later elevation of SNAP-25 was associated with poorer outcome. Conclusion Synaptic damage markers are acutely elevated in severe TBI and predict long-term outcomes, as well as, or better than, markers of neuroaxonal injury. Synaptic damage correlates with initial injury and with a later phase of secondary inflammatory injury.

Continued interest in the bioactive alkaloids led to the isolation of five undescribed alkaloids (1-5), ophiorglucidines A-E, and seven known analogues (6-12) from the water-soluble fraction of Ophiorrhiza japonica. The structures were elucidated based on spectroscopic data and quantum calculations as well as X-ray crystallographic analysis. The structure of 1 was characterized as a hexacyclic skeleton including a double bridge linking the indole and the monoterpene moieties, which is the first report of a single crystal with this type of structure. Moreover, the inhibitory effect of zwitterionic indole alkaloid glycosides on xanthine oxidase was found for the first time. The alkaloids 2 and 3, both of which have a pentacyclic zwitterionic system, were more active than the reference inhibitor, allopurinol (IC50 = 11.1 μM) with IC50 values of 1.0 μM, and 2.5 μM, respectively. Structure-activity relationships analyses confirmed that the carbonyl group at C-14 was a key functional group responsible for the inhibitory effects of these alkaloids.