Target S100B to reduce Experimental Autoimmune Encephalomyelitis pathogenesis

Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2018Multiple Sclerosis (MS) is a complex chronic immune disease in the central nervous system (CNS), causing neurological disability in young people aged between 20 to 40 years. It is considered one of the world’s most common neurological disorder that affect approximately 2.3 million people worldwide. The disease symptoms result from attacks that damaged the nerve fibers in the CNS, due to the overactivation of the immune system. Furthermore, the inappropriate activation of the immune system results in focal lesions on CNS, inflammation and destruction of myelin sheaths of neurons, main features of MS pathology. Recently, the inflammatory molecule S100B, in toxic levels, was directly correlated with demyelination and inflammatory processes using an ex vivo demyelinating model. The beneficial outcome of its inhibition with pentamidine, an S100B-binding drug, in our demyelinating model indicates S100B as an emerging therapeutic target in MS. In here, we aimed to target S100B in the animal model of MS, the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), once we already demonstrated the involvement of S100B-RAGE axis. Indeed, we will use EAE to study whether by targeting S100B we may ameliorate the disease course and MS-like pathogenesis. Firstly, we observed that the animals treated with pentamidine reach a lower disease clinical score and have a faster recovery. Moreover, histological analysis showed that EAEinduced animals have an increased percentage of demyelination, which was reduced upon pentamidine treatment. These results were corroborated by the loss of MBP marker, as well as protein expression when compared with pentamidine treated mice. Regarding gliosis, pentamidine decreased glia reactivity (both astrocytes and microglia) and the density of S100B-expressing astrocytes in EAE-induced animals. Furthermore, the inflammatory response was attenuated in pentamidine treated animals preventing the exacerbated expression of pro-inflammatory cytokines and even increasing the anti-inflammatory response. Overall, our results indicate that S100B is involved in MS pathology and that, by using pentamidine, we could prevent the detrimental effects of this protein when in pathological levels. So, its inhibition may be a new therapeutic strategy not only to reduce damage but, hopefully, to improve recovery.A Esclerose Múltipla (EM) é uma doença autoimune, crónica e inflamatória que afeta o sistema nervoso central (SNC) e é considerada a doença neurológica não traumática e incapacitante mais comum em adultos jovens. Estima-se que em todo o mundo existam, aproximadamente, 2.3 milhões de pessoas com EM. A EM enquadra-se nas doenças associadas ao sistema imunitário, uma vez que a sua ativação resulta na formação de lesões focais no SNC e na neuroinflamação que, consequentemente, conduz à desmielinização e lesão axonal. Estudos recentes demonstraram que a molécula inflamatória S100B, quando libertada em quantidades excessivas, está relacionada com processos inflamatórios e desmielinizantes. Curiosamente, usando o modelo ex vivo de desmielização, a inibição do S100B através de um fármaco específico, a pentamidina, mostrou benefícios a nível dos processos inflamatórios, apontando o S100B como possível alvo terapêutico. Este trabalho focou-se na modulação do S100B, pela utilização da pentamidina no modelo animal de EM, a Encefalopatia Autoimune Experimental (EAE), onde previamente demonstrámos o envolvimento do eixo S100B-RAGE. O nosso principal objetivo baseou-se no estudo do papel da pentamidina no modelo in vivo da EM, a fim de melhorar o curso da doença e prevenir a desmielinização e a neuroinflamação. Inicialmente, observámos que os animais tratados com pentamidina desenvolveram uma menor disfunção motora e tiveram uma recuperação mais rápida. Com este tratamento conseguimos ainda prevenir a perda de mielina. Verificámos, também, que o tratamento com a pentamidina levou a um aumento do marcador de oligodendrócitos (OL) maturos (MBP) e uma diminuição do número de células progenitoras NG2+. Neste modelo demonstrámos ainda que os animais induzidos com EAE têm uma significativa ativação de astrócitos e microglia, confirmada pela elevada densidade de células GFAP+ e Iba1+, respetivamente. O tratamento com pentamidina preveniu ambas as ativações, diminuindo a reatividade glial, assim como a expressão de S100B e consequente resposta proinflamatória. Em suma, os nossos resultados permitem-nos concluir que a proteína inflamatória S100B está envolvida na patologia associada à EM e que, usando um tratamento profilático com pentamidina, conseguimos prevenir os efeitos tóxicos associados à patogénese da doença. Assim, a inibição do S100B pode ser uma nova estratégia terapêutica não só para reduzir o dano associado à patologia da EM, mas também melhorar a recuperação.Work presented in this master thesis was supported by Medal of Honor L’Oréal for Women in Science, Innovation grant Ordem dos Farmacêuticos and GMSI–Merck to AF, and by Fundação para a Ciência e Tecnologia UID/DTP/04138/2013 to iMed.ULisboa, and post-doctoral grant SFRH/BPD/96794/2013 to AB