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The microbial metabolite p-Cresol induces autistic-like behaviors in mice by remodeling the gut microbiota

Authors :
Joëlle Chabry
R. Costa-Campos
Jean-Marie Launay
Philippe Langella
Laura Martinez-Gili
Nicolas Caramello
Claire Cherbuy
Antonis Myridakis
Jacques Barik
Laetitia Davidovic
Aurélia Bruneau
Julie Le Merrer
Sebastian P. Fernandez
Jacques Callebert
Susana Barbosa
Marc-Emmanuel Dumas
Nicolas Glaichenhaus
Juliette Canaguier
Patricia Bermudez-Martin
Jérôme A.J. Becker
Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (IPMC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)
Physiologie de la reproduction et des comportements [Nouzilly] (PRC)
Institut Français du Cheval et de l'Equitation [Saumur]-Université de Tours (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Imagerie et cerveau (iBrain - Inserm U1253 - UNIV Tours )
Université de Tours (UT)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Imperial College London
Metabolic functional (epi)genomics and molecular mechanisms involved in type 2 diabetes and related diseases - UMR 8199 - UMR 1283 (GI3M)
Institut Pasteur de Lille
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
McGill University and Genome Quebec Innovation Centre
MICrobiologie de l'ALImentation au Service de la Santé (MICALIS)
AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Marqueurs cardiovasculaires en situation de stress (MASCOT (UMR_S_942 / U942))
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Groupe Hospitalier Saint Louis - Lariboisière - Fernand Widal [Paris]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Université Sorbonne Paris Nord
Fondation FondaMental [Créteil]
Institut Français du Cheval et de l'Equitation [Saumur]-Université de Tours-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Université de Tours-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut Français du Cheval et de l'Equitation [Saumur]-Université de Tours-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut du Fer à Moulin
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Department of Parasitology [São Paulo] (IBS)
Institute of Biomedical Sciences (ICB/USP)
Universidade de São Paulo (USP)-Universidade de São Paulo (USP)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pasteur de Lille
Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)-Réseau International des Instituts Pasteur (RIIP)
CHU Lille
McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
Hôpital Lariboisière-Fernand-Widal [APHP]
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)
COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015 - 2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Tours
Department of Metabolism, Digestion and Reproduction
National Heart and Lung Institute [London] (NHLI)
Royal Brompton and Harefield NHS Foundation Trust-Imperial College London
Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS)
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
Institut Français du Cheval et de l'Equitation [Saumur] (IFCE)-Université de Tours (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Metabolic functional (epi)genomics and molecular mechanisms involved in type 2 diabetes and related diseases - UMR 8199 - UMR 1283 (EGENODIA (GI3M))
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Université Sorbonne Paris Nord
UK Research & Innovation (UKRI) Medical Research Council UK (MRC)MR/M501797/1
Region the Centre-Val de Loire (ARD2020 Biomedicaments GPCRAb)
ANR-19-CE14-0024,MICROBIAUTISM,L'axe microbiome-intestin-cerveau dans les troubles du spectre de l'autisme(2019)
European Project: 291840,EC:FP7:HEALTH,FP7-ERANET-2011-RTD,ERA-NET NEURON II(2012)
Institute of Environmental Assessment and Water Research (IDAEA)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)
Laboratoire d'Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C)
CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Saclay (COmUE)
Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Emerging Methods Section
Environment and Climate Change Canada
FERNANDEZ, SEBASTIAN PABLO
L'axe microbiome-intestin-cerveau dans les troubles du spectre de l'autisme - - MICROBIAUTISM2019 - ANR-19-CE14-0024 - AAPG2019 - VALID
Network of European funding for Neuroscience research - ERA-NET NEURON II - - EC:FP7:HEALTH2012-01-01 - 2015-12-31 - 291840 - VALID
Université Côte d'Azur (UCA)
Imperial College London-Royal Brompton and Harefield NHS Foundation Trust
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Tours (UT)
Commission of the European Communities
Medical Research Council (MRC)
Source :
Microbiome, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.157. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1101/2020.05.18.101147⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, Vol 9, Iss 1, Pp 1-23 (2021)
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Background Autism spectrum disorders (ASD) are associated with dysregulation of the microbiota-gut-brain axis, changes in microbiota composition as well as in the fecal, serum, and urine levels of microbial metabolites. Yet a causal relationship between dysregulation of the microbiota-gut-brain axis and ASD remains to be demonstrated. Here, we hypothesized that the microbial metabolite p-Cresol, which is more abundant in ASD patients compared to neurotypical individuals, could induce ASD-like behavior in mice. Results Mice exposed to p-Cresol for 4 weeks in drinking water presented social behavior deficits, stereotypies, and perseverative behaviors, but no changes in anxiety, locomotion, or cognition. Abnormal social behavior induced by p-Cresol was associated with decreased activity of central dopamine neurons involved in the social reward circuit. Further, p-Cresol induced changes in microbiota composition and social behavior deficits could be transferred from p-Cresol-treated mice to control mice by fecal microbiota transplantation (FMT). We also showed that mice transplanted with the microbiota of p-Cresol-treated mice exhibited increased fecal p-Cresol excretion, compared to mice transplanted with the microbiota of control mice. In addition, we identified possible p-Cresol bacterial producers. Lastly, the microbiota of control mice rescued social interactions, dopamine neurons excitability, and fecal p-Cresol levels when transplanted to p-Cresol-treated mice. Conclusions The microbial metabolite p-Cresol induces selectively ASD core behavioral symptoms in mice. Social behavior deficits induced by p-Cresol are dependant on changes in microbiota composition. Our study paves the way for therapeutic interventions targeting the microbiota and p-Cresol production to treat patients with ASD.

Details

Language :
English
ISSN :
20492618
Database :
OpenAIRE
Journal :
Microbiome, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.157. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1101/2020.05.18.101147⟩, Microbiome, BioMed Central, 2021, 9 (1), ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, 2021, 9 (1), pp.1-23. ⟨10.1186/s40168-021-01103-z⟩, Microbiome, Vol 9, Iss 1, Pp 1-23 (2021)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....6dae1f3fb97915219b8e415a42fc0d81
Full Text :
https://doi.org/10.1186/s40168-021-01103-z⟩