TY - THES A1 - Lüffe, Teresa Magdalena T1 - Behavioral and pharmacological validation of genetic zebrafish models for ADHD T1 - Pharmakologische und verhaltensbasierte Validierung genetischer Zebrafischmodelle für ADHS N2 - Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is the most prevalent neurodevelopmental disorder described in psychiatry today. ADHD arises during early childhood and is characterized by an age-inappropriate level of inattention, hyperactivity, impulsivity, and partially emotional dysregulation. Besides, substantial psychiatric comorbidity further broadens the symptomatic spectrum. Despite advances in ADHD research by genetic- and imaging studies, the etiopathogenesis of ADHD remains largely unclear. Twin studies suggest a heritability of 70-80 % that, based on genome-wide investigations, is assumed to be polygenic and a mixed composite of small and large, common and rare genetic variants. In recent years the number of genetic risk candidates is continuously increased. However, for most, a biological link to neuropathology and symptomatology of the patient is still missing. Uncovering this link is vital for a better understanding of the disorder, the identification of new treatment targets, and therefore the development of a more targeted and possibly personalized therapy. The present thesis addresses the issue for the ADHD risk candidates GRM8, FOXP2, and GAD1. By establishing loss of function zebrafish models, using CRISPR/Cas9 derived mutagenesis and antisense oligonucleotides, and studying them for morphological, functional, and behavioral alterations, it provides novel insights into the candidate's contribution to neuropathology and ADHD associated phenotypes. Using locomotor activity as behavioral read-out, the present work identified a genetic and functional implication of Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b in ADHD associated hyperactivity. Further, it provides substantial evidence that the function of Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b in activity regulation involves GABAergic signaling. Preliminary indications suggest that the three candidates interfere with GABAergic signaling in the ventral forebrain/striatum. However, according to present and previous data, via different biological mechanisms such as GABA synthesis, transmitter release regulation, synapse formation and/or transcriptional regulation of synaptic components. Intriguingly, this work further demonstrates that the activity regulating circuit, affected upon Foxp2 and Gad1b loss of function, is involved in the therapeutic effect mechanism of methylphenidate. Altogether, the present thesis identified altered GABAergic signaling in activity regulating circuits in, presumably, the ventral forebrain as neuropathological underpinning of ADHD associated hyperactivity. Further, it demonstrates altered GABAergic signaling as mechanistic link between the genetic disruption of Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b and ADHD symptomatology like hyperactivity. Thus, this thesis highlights GABAergic signaling in activity regulating circuits and, in this context, Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b as exciting targets for future investigations on ADHD etiopathogenesis and the development of novel therapeutic interventions for ADHD related hyperactivity. Additionally, thigmotaxis measurements suggest Grm8a, Grm8b, and Gad1b as interesting candidates for prospective studies on comorbid anxiety in ADHD. Furthermore, expression analysis in foxp2 mutants demonstrates Foxp2 as regulator of ADHD associated gene sets and neurodevelopmental disorder (NDD) overarching genetic and functional networks with possible implications for ADHD polygenicity and comorbidity. Finally, with the characterization of gene expression patterns and the generation and validation of genetic zebrafish models for Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b, the present thesis laid the groundwork for future research efforts, for instance, the identification of the functional circuit(s) and biological mechanism(s) by which Grm8a, Grm8b, Foxp2, and Gad1b loss of function interfere with GABAergic signaling and ultimately induce hyperactivity. N2 - Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist mit einer weltweiten Prävalenz von rund 5 % die am häufigsten vorkommende Neuroentwicklungsstörung. Das Krankheitsbild, das zumeist im Kindesalter auftritt und bis ins Erwachsenenalter bestehen kann, zeigt sich im Wesentlichen durch eine Beeinträchtigung der Aufmerksamkeit, der Aktivität, der Impuls-kontrolle und zum Teil durch emotionale Dysregulation. Darüber hinaus führt das vermehrte Auftreten von psychischen Begleiterkrankungen (so genannte Komorbiditäten) zu einer komplexen Symptomatik vieler Betroffener, die über die klassischen Merkmale von ADHS hinausgeht. Während das Krankheitsbild vielfach beschrieben wurde, ist die Ätiopathogenese trotz intensiver wissenschaftlicher Bemühungen bis heute weitestgehend ungeklärt. Zwillingsstudien weisen darauf hin, dass ADHS zu 70-80 % erblich bedingt ist. Aufgrund mehrerer Genom-Studien wird vermutet, dass es sich dabei um eine polygene Vererbbarkeit handelt und sowohl kleine (SNPs), verhältnismäßig häufig auftretende, als auch große (CNVs) verhältnismäßig seltene Genpolymorphismen beteiligt sind. Die Anzahl der potenziellen Risikogene für ADHS ist in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen, jedoch ist es nach wie vor unklar, inwiefern und durch welche biologischen Prozesse die meisten zur Neuropathologie und Symptomatik von ADHS Patienten beitragen. Diese Prozesse zu identifizieren ist von zentraler Bedeutung für ein besseres Verständnis der Erkrankung, der Identifizierung neuer Angriffsziele und somit, der Entwicklung gezielterer und möglicherweise personalisierter Behandlungsmöglichkeiten. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit diesen Prozessen am Beispiel der potenziellen Risikogene GRM8, FOXP2 und GAD1. Durch die Etablierung und Validierung entsprechender (geneti-scher) Knockout und Knockdown Zebrafischmodelle und der anschließenden Untersuchung auf Verhaltens-, morphologische und funktionelle Veränderungen liefert die vorliegende Dissertation wichtige Erkenntnisse über die funktionelle Relevanz der einzelnen Kandidaten für die Neuropathologie und die Symptomatik von ADHS. Beispielsweise zeigen die erfassten Aktivitätsdaten von Knockdown und Knockout Larven, dass Grm8a, Grm8b, Foxp2 und Gad1b an der Regulation von Bewegungsaktivität beteiligt sind und dass dies, die korrekte Funktion GABAerger Prozesse bedarf. Des Weiteren liefert die Arbeit Hinweise, dass der Effekt im Subpallium/Striatum verankert ist. Jedoch ist aufgrund vorliegender und bereits publizierter Daten anzunehmen, dass im Falle der einzelnen Kandidaten, zum Teil unterschiedliche Me-chanismen wie die Transmittersynthese, die Transmitterfreisetzung, die Synapsenbildung und die Expression synaptischer Komponenten betroffen sind. Interessanterweise scheinen die durch die Kandidaten betroffenen Signalwege außerdem, laut erhobener Daten, am Wirkmechanismus von Methylphenidat beteiligt zu sein. Kurzum, die vorliegende Dissertation identifiziert die Beeinträchtigung GABAerger Signalübertragung eines, mutmaßlich subpallialen/striatalen aktivitäts-regulierenden neuronalen Netzwerks als neurobiologische Grundlage ADHS-assoziierter Hyperaktivität. Gleichzeitig präsentiert die Arbeit diese Prozesse als funktionelles Bindeglied zwischen der genetischen Veränderung von GRM8, FOXP2 und GAD1 und Hyperaktivität in ADHS. Folglich sind die entwicklungs- und neurobiologischen Mechanismen rund um die GABAerge Übertragung in diesem Netzwerk, und in diesem Zusammenhang die Funktion von Grm8a, (Grm8b), Foxp2 und Gad1b, spannende Ziele für zukünftige Projekte zur Erforschung der Ätiopathogenese und der Entwicklung neuer Therapien von Hyperakti-vität in ADHS. Neben der Rolle in ADHS-assoziierter Hyperaktivität, präsentieren die erhobenen Verhaltensdaten Grm8a, Grm8b und Gad1b außerdem, als interessante Kandidaten für die Erforschung komorbider Angststörung in ADHS. Foxp2 dagegen, wurde mit Hilfe einer Genexpressionsanalyse als Regulator zahlreicher ADHS Risikogene und Entwicklungsstörungs-übergreifenden genetischen und funktionellen Netzwerken, mit möglicher Relevanz für die Polygenie und Komorbidität von ADHS, identifiziert. Im Allgemeinen schafft die vorliegende Dissertation mit der Bestimmung der Genexpressionsmuster und Etablierung und Validierung der (genetischen) Zebrafischmodelle für Grm8a, Grm8b, Foxp2 und Gad1b die Grundlage, diese und weitere Aspekte in zukünftigen Forschungsprojekten zu untersuchen. Beispielsweise die Identifizierung der Netzwerke und Mechanismen, mit dessen Hilfe Grm8a, (Grm8b), Foxp2 und Gad1b in die GABAerge Signalübertragung eingreifen und so letztlich die Aktivität beeinflussen. KW - ADHD KW - Zebrafish KW - FOXP2 KW - GRM8 KW - GAD1 KW - Genetic etiology KW - Animal model KW - Thigmotaxis KW - Locomotor activity KW - Hyperactivity Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257168 ER - TY - THES A1 - Peters, Katharina T1 - Biological Substrates of Waiting Impulsivity in Children and Adolescents with and without ADHD T1 - Biologische Substrate der Warte-Impulsivität bei Kindern und Jugendlichen mit und ohne ADHS N2 - Focus of the present work were the questions whether and how the concept of waiting impulsivity (WI), defined as the ability to regulate a response in anticipation of reward and measured by the 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT), may contribute to our understanding of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) and its neurobiological underpinnings. To address this topic, two studies were conducted: in a first study, the relationship be-tween 4-CSRTT behavioral measures, neural correlates and ADHD symptom domains, i.e. inattention (IA) and hyperactivity/impulsivity (H/I) was explored in a pooled sample of 90 children and adolescents with (n=44) and without (n=46) ADHD diagnosis. As ex-pected, IA was associated with dorsolateral prefrontal brain regions linked with executive functions and attentional control, which was evident on the structural and the functional level. Higher levels of both IA and H/I covaried with decreased activity in the right ven-trolateral prefrontal cortex (PFC), a central structure for response inhibition. Moderation analyses revealed that H/I-related decreased activation in this region did not map linearly on difficulties on the behavioral level: brain activation was a significant predictor of task accuracy only, when H/I symptoms were low/absent but not for clinically relevant ADHD symptoms. Further, H/I was implicated in dysfunctional top-down control of reward eval-uation. Both symptom domains correlated positively with hippocampus (HC) activity in anticipation of reward. In addition, for high H/I symptoms, greater activation in the HC was found to correlate with higher motivation on the behavioral level, indicating that rein-forcement-learning and/or contingency awareness may contribute to altered reward pro-cessing in ADHD patients. In a second study, the possible serotonergic modulation of WI and the ADHD-WI relation-ship was addressed in a sub-sample comprising 86 children and adolescents of study I. The effects of a functional variant in the gene coding for the rate-limiting enzyme in the synthesis of brain serotonin on behavior and structure or function of the WI-network was investigated. Moderation analyses revealed that on the behavioral level, a negative corre-lation between accuracy and IA was found only in GG-homozygotes, whereas no signifi-cant relationship emerged for carriers of the T-allele. This is in line with previous reports of differential effects of serotonergic modulation on attentional performance depending on the presence of ADHD symptoms. A trend-wise interaction effect of genotype and IA for regional volume of the right middle frontal gyrus was interpreted as a hint towards an involvement of the PFC in this relationship, although a more complex mechanism includ-ing developmental effects can be assumed. In addition, interaction effects of genotype and IA were found for brain activation in the amygdala (AMY) und HC during perfor-mance of the 4-CSRTT, while another interaction was found for H/I symptoms and geno-type for right AMY volume. These findings indicate a serotonergic modulation of coding of the emotional value of reward during performance of the 4-CSRTT that varies de-pending on the extent of psychopathology-associated traits. Taken together, it was shown that the 4-CSRTT taps distinct domains of impulsivity with relevance to ADHD symptomatology: (proactive) response inhibition difficulties in relation with anticipation of reward. Furthermore, the two symptom domains, IA and H/I, contrib-ute differently to WI, which emphasizes the need to distinguish both in the research of ADHD. The results of study II emphasized the relevance of serotonergic transmission especially for attentional control and emotional processing. Although the present findings need replication and further refinement in more homogenous age groups, the use of the 4-CSRTT with a dimensional approach is a very promising strategy, which will hopefully extend our understanding of impulsivity-related mental disorders in the future. N2 - Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht das Konzept der Warte-Impulsivität (WI), definiert als die Fähigkeit der Antwort-Inhibition, während eine Belohnung erwartet wird, welche mittels des 4-choice serial reaction time task (4-CSRTT) erfasst werden kann. Es sollte untersucht werden ob und auf welche Weise WI und der 4-CSRTT genutzt werden können, um die neurobiologischen Grundlagen der Aufmerksamkeits-Defizit/Hyperaktivitäts-Störung (ADHS) besser zu verstehen. Es wurden zwei Studien durchgeführt: In einer ersten Studie wurde der Zusammenhang zwischen 4-CSRTT Verhaltensmaßen, ihren neuronalen Korrelaten und den ADHS Kern-Symptomen, Unaufmerksamkeit (IA) und Hyperaktivität/Impulsivität (H/I), überprüft. Es wurden 90 Kinder und Jugendliche mit (n=44) und ohne (n=46) ADHS-Diagnose unter-sucht. Erwartungsgemäß war IA, auf funktioneller und struktureller Ebene, mit dorsolate-ralen präfrontalen Hirnregionen assoziiert, die für Exekutivfunktionen und die Aufmerk-samkeitskontrolle zuständig sind. Stärkere Ausprägungen von IA und H/I gingen mit ver-ringerter Aktivität im rechten ventrolateralen präfrontalen Cortex (PFC), einer zentralen Struktur für die Inhibition von Antworten, einher. Moderationsanalysen ergaben, dass diese H/I-assoziierte geringere Aktivität nicht direkt mit Einschränkungen auf Verhaltens-ebene zusammenhing: Die Hirnaktivierung war nur in Abwesenheit von H/I Symptomen ein signifikanter Prädiktor der Sorgfaltsleistung, was bei stärkerer ADHS-Symptomatik nicht der Fall war. Darüber hinaus wiesen die Ergebnisse auf einen Zusammenhang zwi-schen H/I und dysfunktionaler Belohnungsverarbeitung hin. Beide Symptombereiche korrelierten während der Belohnungserwartung positiv mit Aktivität im Hippocampus (HC). Zusätzlich zeigte sich, dass bei stark ausgeprägten H/I-Symptomen eine höhere HC-Aktivierung mit höherer Motivation auf Verhaltensebene einher ging. Dies deutet da-rauf hin, dass Lernprozesse und ein Bewusstsein für Kontingenz bei der Verarbeitung von Belohnungen bei ADHS eine Rolle spielen könnten. In einer zweiten Studie wurde eine mögliche serotonerge Modulation von WI und dem WI-ADHS Zusammenhang betrachtet. Eine Teilstichprobe von 86 Probanden aus Studie I wurde untersucht. Eine funktionelle Genvariante des Enzyms, welches den entschei-denden Schritt in der Serotonin-Synthese im Gehirn katalysiert, wurde bezüglich seiner Effekte auf WI-Verhalten sowie Struktur und Funktion des WI-Netzwerks getestet. Mode-rationsanalysen zeigten, dass auf Verhaltensebene eine negative Korrelation zwischen IA und der Sorgfaltsleistung bei GG-Homozygoten, aber kein signifikanter Zusammenhang für Träger des T-Allels bestand. Unterschiedliche Effekte von serotonerger Modulation auf die Aufmerksamkeitsleistung in Abhängigkeit von ADHS-Symptomatik wurden be-reits in der Literatur berichtet. Ein Trend-Effekt für die Interaktion zwischen Genotyp und IA und dem Volumen des rechten Gyrus frontalis medius wurde als Hinweis auf eine Be-teiligung des PFC in diesem Zusammenhang interpretiert. Auf Grund möglicher Entwick-lungseffekte, ist aber ein komplexeres Zusammenspiel der verschiedenen Faktoren an-zunehmen. Interaktionseffekte von Genotyp und IA für Aktivität der Amygdala (AMY) und dem HC sowie für H/I und Genotyp bezüglich des Volumens der rechten AMY könn-ten auf eine serotonerge Modulation der emotionalen Bewertung von Belohnung hindeu-ten, die je nach ADHS-Symptomatik unterschiedlich ausfällt. Zusammenfassend zeigte sich, dass mittels des 4-CSRTT ADHS-relevante Aspekte von Impulsivität untersucht werden können: Schwierigkeiten der Antwortinhibition im Kontext von Belohnungserwartung. Sowohl IA als auch H/I hatten unterschiedlichen Einfluss auf WI. Sie sollten in der ADHS-Forschung differenziert betrachtet werden. Die Ergebnisse der zweiten Studie verdeutlichen, dass die serotonerge Transmission bei ADHS beson-ders bei Aufmerksamkeitsprozessen und emotionaler Verarbeitung eine Rolle spielt. Die vorliegenden Befunde sollten in homogeneren Alterskohorten überprüft werden. Sie ma-chen jedoch Hoffnung, dass mittels des 4-CSRTT und dimensionaler Forschungsansätze psychiatrische Störungen der Impulskontrolle besser verstanden werden können. KW - Aufmerksamkeitsdefizit-Syndrom KW - Impulsivität KW - ADHD KW - Waiting Impulsivity Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-246368 ER - TY - JOUR A1 - Fernàndez-Castillo, Noèlia A1 - Cabana-Domínguez, Judit A1 - Kappel, Djenifer B. A1 - Torrico, Bàrbara A1 - Weber, Heike A1 - Lesch, Klaus-Peter A1 - Lao, Oscar A1 - Reif, Andreas A1 - Cormand, Bru T1 - Exploring the contribution to ADHD of genes involved in Mendelian disorders presenting with hyperactivity and/or inattention JF - Genes N2 - Attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) is a complex neurodevelopmental disorder characterized by hyperactivity, impulsivity, and/or inattention, which are symptoms also observed in many rare genetic disorders. We searched for genes involved in Mendelian disorders presenting with ADHD symptoms in the Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) database, to curate a list of new candidate risk genes for ADHD. We explored the enrichment of functions and pathways in this gene list, and tested whether rare or common variants in these genes are associated with ADHD or with its comorbidities. We identified 139 genes, causal for 137 rare disorders, mainly related to neurodevelopmental and brain function. Most of these Mendelian disorders also present with other psychiatric traits that are often comorbid with ADHD. Using whole exome sequencing (WES) data from 668 ADHD cases, we found rare variants associated with the dimension of the severity of inattention symptoms in three genes: KIF11, WAC, and CRBN. Then, we focused on common variants and identified six genes associated with ADHD (in 19,099 cases and 34,194 controls): MANBA, UQCC2, HIVEP2, FOPX1, KANSL1, and AUH. Furthermore, HIVEP2, FOXP1, and KANSL1 were nominally associated with autism spectrum disorder (ASD) (18,382 cases and 27,969 controls), as well as HIVEP2 with anxiety (7016 cases and 14,475 controls), and FOXP1 with aggression (18,988 individuals), which is in line with the symptomatology of the rare disorders they are responsible for. In conclusion, inspecting Mendelian disorders and the genes responsible for them constitutes a valuable approach for identifying new risk genes and the mechanisms of complex disorders. KW - ADHD KW - rare mendelian disorders KW - genetic variants Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-252346 SN - 2073-4425 VL - 13 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Ziegler, Georg C. A1 - Ehlis, Ann-Christine A1 - Weber, Heike A1 - Vitale, Maria Rosaria A1 - Zöller, Johanna E. M. A1 - Ku, Hsing-Ping A1 - Schiele, Miriam A. A1 - Kürbitz, Laura I. A1 - Romanos, Marcel A1 - Pauli, Paul A1 - Kalisch, Raffael A1 - Zwanzger, Peter A1 - Domschke, Katharina A1 - Fallgatter, Andreas J. A1 - Reif, Andreas A1 - Lesch, Klaus-Peter T1 - A Common CDH13 Variant is Associated with Low Agreeableness and Neural Responses to Working Memory Tasks in ADHD JF - Genes N2 - The cell—cell signaling gene CDH13 is associated with a wide spectrum of neuropsychiatric disorders, including attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism, and major depression. CDH13 regulates axonal outgrowth and synapse formation, substantiating its relevance for neurodevelopmental processes. Several studies support the influence of CDH13 on personality traits, behavior, and executive functions. However, evidence for functional effects of common gene variation in the CDH13 gene in humans is sparse. Therefore, we tested for association of a functional intronic CDH13 SNP rs2199430 with ADHD in a sample of 998 adult patients and 884 healthy controls. The Big Five personality traits were assessed by the NEO-PI-R questionnaire. Assuming that altered neural correlates of working memory and cognitive response inhibition show genotype-dependent alterations, task performance and electroencephalographic event-related potentials were measured by n-back and continuous performance (Go/NoGo) tasks. The rs2199430 genotype was not associated with adult ADHD on the categorical diagnosis level. However, rs2199430 was significantly associated with agreeableness, with minor G allele homozygotes scoring lower than A allele carriers. Whereas task performance was not affected by genotype, a significant heterosis effect limited to the ADHD group was identified for the n-back task. Heterozygotes (AG) exhibited significantly higher N200 amplitudes during both the 1-back and 2-back condition in the central electrode position Cz. Consequently, the common genetic variation of CDH13 is associated with personality traits and impacts neural processing during working memory tasks. Thus, CDH13 might contribute to symptomatic core dysfunctions of social and cognitive impairment in ADHD. KW - ADHD KW - CDH13 KW - neurodevelopment KW - executive functions KW - working memory KW - Big Five KW - agreeableness Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245220 SN - 2073-4425 VL - 12 IS - 9 ER - TY - THES A1 - Mortimer, Niall Patrick T1 - ADHD Genetics in Mouse and Man T1 - ADHS Genetik bei Maus und Mensch T1 - Genética del TDAH en ratón y hombre N2 - Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder with an estimated heritability of around 70%. In order to fully understand ADHD biology it is necessary to incorporate multiple different types of research. In this thesis, both human and animal model research is described as both lines of research are required to elucidate the aetiology of ADHD and development new treatments. The role of a single gene, Adhesion G protein-coupled receptor L3 (ADGRL3) was investigated using a knockout mouse model. ADGRL3 has putative roles in neuronal migration and synapse function. Various polymorphisms in ADGRL3 have been linked with an increased risk of attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) in human studies. Adgrl3-deficient mice were examined across multiple behavioural domains related to ADHD: locomotive activity, visuospatial and recognition memory, gait impulsivity, aggression, sociability and anxiety-like behaviour. The transcriptomic alterations caused by Adgrl3-depletion were analysed by RNA-sequencing of three ADHD-relevant brain regions: prefrontal cortex (PFC), hippocampus and striatum. Increased locomotive activity in Adgrl3-/- mice was observed across all tests with the specific gait analysis revealing subtle gait abnormalities. Spatial memory and learning domains were also impaired in these mice. Increased levels of impulsivity and sociability accompanying decreased aggression were also detected. None of these alterations were observed in Adgrl3+/- mice. The numbers of genes found to exhibit differential expression was relatively small in all brain regions sequenced. The absence of large scale gene expression dysregulation indicates a specific pathway of action, rather than a broad neurobiological perturbation. The PFC had the greatest number of differentially expressed genes and gene-set analysis of differential expression in this brain region detected a number of ADHD-relevant pathways including dopaminergic synapses as well as cocaine and amphetamine addiction. The most dysregulated gene in the PFC was Slc6a3 which codes for the dopamine transporter, a molecule vital to current pharmacological treatment of ADHD. The behavioural and transcriptomic results described in this thesis further validate Adgrl3 constitutive knockout mice as an experimental model of ADHD and provide neuroanatomical targets for future studies involving ADGRL3 modified animal models. The study of ADHD risk genes such as ADGRL3 requires the gene to be first identified using human studies. These studies may be genome based such as genome wide association studies (GWAS) or transcriptome based using microarray or RNA sequencing technology. To explore ADHD biology in humans the research described in this thesis includes both GWAS and trancriptomic data. A two-step transcriptome profiling was performed in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of 143 ADHD subjects and 169 healthy controls. We combined GWAS and expression data in an expression-based Polygenic Risk Score (PRS) analysis in a total sample of 879 ADHD cases and 1919 controls from three different datasets. Through this exploratory study we found eight differentially expressed genes in ADHD and no support for the genetic background of the disorder playing a role in the aberrant expression levels identified. These results highlight promising candidate genes and gene pathways for ADHD and support the use of peripheral tissues to assess gene expression signatures for ADHD. This thesis illustrates how both human and animal model research is required to increase our understanding of ADHD. The animal models provide biological insight into the targets identified in human studies and may themselves provide further relevant gene targets. Only by combining research from disparate sources can we develop the thorough understanding on ADHD biology required for treatment development, which is the ultimate goal of translational science research. N2 - Die Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine neurologische Entwicklungsstörung mit einer geschätzten Erblichkeit von etwa 70%. Um die ADHS-Biologie vollständig verstehen zu können, müssen verschiedene Forschungsansätze verfolgt werden. In dieser Dissertation werden sowohl Forschungsansätze am Menschen als auch im Tiermodell beschrieben, da beide Forschungsansätze erforderlich sind, um die Ätiologie von ADHS aufzuklären und neue Therapien zu entwickeln. Die Rolle eines einzelnen Gens, des Adhesion G-Protein-gekoppelten Rezeptors L3 (ADGRL3), wurde unter Verwendung eines Knockout-Mausmodells untersucht. ADGRL3 spielt eine mutmaßliche Rolle bei der neuronalen Migration und der Synapsenfunktion. Verschiedene Polymorphismen in ADGRL3 wurden in Studien an Menschen mit einem erhöhten Risiko für Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung (ADHS) in Verbindung gebracht. Adgrl3-defiziente Mäuse wurden in mehreren Verhaltensbereichen im Zusammenhang mit ADHS untersucht: Bewegungsaktivität, visuelles und Erkennungsgedächtnis, Gangimpulsivität, Aggression, Umgänglichkeit und angstartiges Verhalten. Die durch Adgrl3-Depletion verursachten transkriptomischen Veränderungen wurden durch RNA-Sequenzierung von drei ADHS-relevanten Hirnregionen analysiert: präfrontaler Cortex (PFC), Hippocampus und Striatum. Bei allen Tests wurde eine erhöhte Aktivität der Lokomotive bei Adgrl3 - / - Mäusen beobachtet, wobei die spezifische Ganganalyse subtile Gangstörungen aufdeckte. Das räumliche Gedächtnis und die Lerndomänen waren bei diesen Mäusen ebenfalls beeinträchtigt. Es wurde auch ein erhöhtes Maß an Impulsivität und Umgänglichkeit festgestellt, begleitet von verminderter Aggression. Keine dieser Veränderungen wurde bei Adgrl3 +/- Mäusen beobachtet. Die Anzahl der Gene, bei denen eine unterschiedliche Expression festgestellt wurde, war in allen sequenzierten Hirnregionen relativ gering. Das Fehlen einer Dysregulation der Genexpression in großem Maßstab weist eher auf einen spezifischen Wirkmechanismus als auf eine breite neurobiologische Störung hin. Die PFC hatte die größte Anzahl differentiell exprimierter Gene, und eine Gen-Set-Analyse der differentiellen Expression in dieser Hirnregion ergab eine Reihe von ADHS-relevanten Signalwegen, einschließlich dopaminerger Synapsen sowie Kokain- und Amphetaminsucht. Das am stärksten dysregulierte Gen in der PFC war Slc6a3, das für den Dopamintransporter kodiert.Dieses Gen ist bei der derzeitigen pharmakologischen Behandlung von ADHS von entscheidender Bedeutung. Die in dieser Arbeit beschriebenen Verhaltens- und Transkriptomergebnisse bestätigen die konstitutiven Adgrl3-Knockout-Mäuse als experimentelles Modell für ADHS und liefern neuroanatomische Zielstrukturen für zukünftige Studien mit ADGRL3-modifizierten Tiermodellen. Die Untersuchung von ADHS-Risikogenen wie ADGRL3 erfordert zunächst, dass das Gen in Studien im Menschen identifiziert wird. Diese Studien können genombasiert sein, z.B. wie genomweite Assoziationsstudie (GWAS), oder transkriptombasiert unter Verwendung von Microarray- oder RNA-Sequenzierungstechnologie. Um die ADHS-Biologie beim Menschen zu erforschen, umfassen die in dieser Arbeit beschriebenen Forschungsansätze sowohl GWAS- als auch trankriptomische Daten. Ein zweistufiges Transkriptom-Profiling wurde in mononukleären Zellen des peripheren Blutes (PBMCs) von 143 ADHS-Patienten und 169 gesunden Kontrollpersonen durchgeführt. Wir kombinierten GWAS- und Expressionsdaten in einer Expressions-basierten PRS-Analyse (Polygenic Risk Score) in einer Gesamtstichprobe von 879 ADHS-Fällen und 1919 Kontrollen aus drei verschiedenen Datensätzen. Durch diese Untersuchungen fanden wir acht differentiell exprimierte Gene bei ADHS und keinen Hinweis darauf, dass der genetische Hintergrund der Störung eine Rolle bei den identifizierten aberranten Expressionsniveaus spielt. Diese Ergebnisse weisen auf vielversprechende Kandidatengene und Genwege für ADHS hin und unterstützen die Verwendung peripherer Gewebe zur Beurteilung der Genexpressionssignaturen für ADHS. Diese Arbeit zeigt, dass sowohl Forschungsansätze am Menschen als auch Tiermodelle erforderlich sind, um unser Verständnis von ADHS zu verbessern. Die Tiermodelle bieten biologische Einblicke in die in Studien an Menschen identifizierten Ziele und können selbst weitere relevante Genziele liefern. Nur durch die Kombination von Forschungsansätzen aus unterschiedlichen Quellen können wir ein tiefes Verständnis der ADHS-Biologie entwickeln, das für die Entwicklung von Behandlungsstrategien erforderlich ist. Dies ist das ultimative Ziel der translationalen wissenschaftlichen Forschung. N2 - El trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) es un trastorno del desarrollo neural con una heredabilidad estimada de alrededor de un 70%. Para poder comprender plenamente la biología del TDAH, es necesario incorporar diversos tipos de investigación. En esta tesis, se describe la investigación en modelos tanto humanos como animales, ya que se requieren ambas líneas de investigación para aclarar la etiología del TDAH y poder desarrollar nuevos tratamientos. El papel de un solo gen, el receptor L3 acoplado a la proteína de adhesión G (ADGRL3) se ha investigado utilizando un modelo de ratón knock-out. El ADGRL3 tiene efectos putativos en la migración neuronal y en la función de la sinapsis. Varios polimorfismos en ADGRL3 se han relacionado con un mayor riesgo de trastorno por déficit de atención/ hiperactividad (TDAH) en estudios en humanos. Adicionalmente se han examinado ratones deficientes en ADGRL3 en varios ámbitos conductuales relacionados con el TDAH tales como la actividad locomotriz, la memoria visoespacial y de reconocimiento, la impulsividad de la marcha, la agresividad, la sociabilidad y los comportamientos similares a la ansiedad. Las modificaciones trabscriptómicas causadas por el agotamiento de ADGRL3 se han analizado por secuenciación del ARN de tres regiones del cerebro relevantes al TDAH: la corteza prefrontal (CPF), el hipocampo, y el estriado. Se ha observado una mayor actividad locomotriz en ratones ADGRL3 -/- en todas las pruebas con el análisis específico de la marcha que revela anomalías sutiles de la marcha. La memoria espacial y los dominios de aprendizaje también se han visto afectados en estos mismos ratones. También se detectaron niveles aumentados de impulsividad y sociabilidad que acompañan a la disminución de la agresividad. Ninguno de estos cambios se han observado en ratones ADGRL3 +/-. El número de genes encontrados que exhibieron una expresión diferencial ha sido relativamente bajo en todas las regiones del cerebro secuenciadas. La ausencia de desregulación de expresión génica a gran escala indica una vía de acción específica, en vez de una perturbación neurobiológica amplia. La corteza prefrontal tenía el mayor número de genes expresados diferencialmente y el análisis de conjuntos de genes de expresión diferencial en esta región del cerebro ha mostrado una serie de vías relevantes para el TDAH, incluyendo las sinapsis dopaminérgicas así como la adicción a la cocaína y a las anfetaminas. El gen más desregulado en la corteza prefrontal fue el Slc6a3, que codifica para el transportador de dopamina, una molécula esencial para el tratamiento farmacológico actual del TDAH. Los resultados conductuales y transcriptómicos descritos en esta tesis dan aún más validez a los ratones knock-out constitutivos de Adgrl3 como modelo experimental de TDAH y ofrecen objetivos neuroanatómicos para estudios futuros con modelos animales modificados con ADGRL3. El estudio de genes de riesgo de TDAH como el ADGRL3 requiere que el gen se identifique primero mediante estudios en humanos. Estos estudios pueden basarse en el genoma, como GWAS (estudio extenso de asociación en todo el genoma) o en transcriptoma, usando microarrays o tecnología de secuenciación de ARN. Para explorar la biología del TDAH en humanos, la investigación descrita en esta tesis incluye datos GWAS y trancriptómicos. Se ha realizado un perfil de transcriptoma de dos fases en células mononucleares de sangre periférica (CMSP) de 143 sujetos con TDAH y 169 controles sanos. Hemos combinado GWAS y datos de expresión en un análisis de puntuación de riesgo poligénico con sede en expression genica en una muestra total de 879 casos de TDAH y 1919 controles de tres conjuntos de datos distintos. A través de este estudio exploratorio, hemos encontrado ocho genes expresados diferencialmente en el TDAH y además que no existe indicio de que el fondo genético del trastorno tiene un papel en los niveles de expresión aberrantes identificados. Estos resultados subrayan genes candidatos prometedores y vías genéticas para el TDAH y además apoyan el uso de tejidos periféricos para evaluar las firmas de expresión génica para el TDAH Esta tesis muestra cómo se requiere la investigación en modelos humanos y animales para aumentar nuestra comprensión del TDAH. Los modelos animales proporcionan información biológica sobre los objetivos identificados en estudios en humanos y pueden proporcionar objetivos genéticos relevantes adicionales. Solo mediante la combinación de las investigaciones de fuentes dispares podemos desarrollar la comprensión exhaustiva de la biología del TDAH necesaria para el desarrollo del tratamiento, lo que es el objetivo principal de la investigación científica traslacional. KW - ADGRL3 KW - Neuroscience KW - Genetics KW - ADHD KW - Mouse Model KW - Human Transcriptome Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-236265 ER - TY - JOUR A1 - Capetian, Philipp A1 - Roessner, Veit A1 - Korte, Caroline A1 - Walitza, Susanne A1 - Riederer, Franz A1 - Taurines, Regina A1 - Gerlach, Manfred A1 - Moser, Andreas T1 - Altered urinary tetrahydroisoquinoline derivatives in patients with Tourette syndrome: reflection of dopaminergic hyperactivity? JF - Journal of Neural Transmission N2 - Tetrahydroisoquinolines (TIQs) such as salsolinol (SAL), norsalsolinol (NSAL) and their methylated derivatives N-methyl-norsalsolinol (NMNSAL) and N-methyl-salsolinol (NMSAL), modulate dopaminergic neurotransmission and metabolism in the central nervous system. Dopaminergic neurotransmission is thought to play an important role in the pathophysiology of chronic tic disorders, such as Tourette syndrome (TS). Therefore, the urinary concentrations of these TIQ derivatives were measured in patients with TS and patients with comorbid attention-deficit/hyperactivity disorder (TS + ADHD) compared with controls. Seventeen patients with TS, 12 with TS and ADHD, and 19 age-matched healthy controls with no medication took part in this study. Free levels of NSAL, NMNSAL, SAL, and NMSAL in urine were measured by a two-phase chromatographic approach. Furthermore, individual TIQ concentrations in TS patients were used in receiver-operating characteristics (ROC) curve analysis to examine the diagnostic value. NSAL concentrations were elevated significantly in TS [434.67 ± 55.4 nmol/l (standard error of mean = S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and TS + ADHD patients [605.18 ± 170.21 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] compared with controls [107.02 ± 33.18 nmol/l (S.E.M.), two-way ANOVA, p < 0.0001] and NSAL levels in TS + ADHD patients were elevated significantly in comparison with TS patients (two-way ANOVA, p = 0.017). NSAL demonstrated an AUC of 0.93 ± 0.046 (S.E.M) the highest diagnostic value of all metabolites for the diagnosis of TS. Our results suggest a dopaminergic hyperactivity underlying the pathophysiology of TS and ADHD. In addition, NSAL concentrations in urine may be a potential diagnostic biomarker of TS. KW - Tourette syndrome KW - ADHD KW - tics KW - biomarkers KW - tetrahydroisoquinoline derivates Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-235771 SN - 0300-9564 VL - 128 ER - TY - JOUR A1 - Grimm, Oliver A1 - Weber, Heike A1 - Kittel-Schneider, Sarah A1 - Kranz, Thorsten M. A1 - Jacob, Christian P. A1 - Lesch, Klaus-Peter A1 - Reif, Andreas T1 - Impulsivity and Venturesomeness in an Adult ADHD Sample: Relation to Personality, Comorbidity, and Polygenic Risk JF - Frontiers in Psychiatry N2 - While impulsivity is a basic feature of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), no study explored the effect of different components of the Impulsiveness (Imp) and Venturesomeness (Vent) scale (IV7) on psychiatric comorbidities and an ADHD polygenic risk score (PRS). We used the IV7 self-report scale in an adult ADHD sample of 903 patients, 70% suffering from additional comorbid disorders, and in a subsample of 435 genotyped patients. Venturesomeness, unlike immediate Impulsivity, is not specific to ADHD. We consequently analyzed the influence of Imp and Vent also in the context of a PRS on psychiatric comorbidities of ADHD. Vent shows a distinctly different distribution of comorbidities, e.g., less anxiety and depression. PRS showed no effect on different ADHD comorbidities, but correlated with childhood hyperactivity. In a complementary analysis using principal component analysis with Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fourth Edition ADHD criteria, revised NEO Personality Inventory, Imp, Vent, and PRS, we identified three ADHD subtypes. These are an impulsive–neurotic type, an adventurous–hyperactive type with a stronger genetic component, and an anxious–inattentive type. Our study thus suggests the importance of adventurousness and the differential consideration of impulsivity in ADHD. The genetic risk is distributed differently between these subtypes, which underlines the importance of clinically motivated subtyping. Impulsivity subtyping might give insights into the organization of comorbid disorders in ADHD and different genetic background. KW - impulsivity KW - ADHD KW - polygenic risk score KW - venturesomeness KW - substance abuse disorder KW - attention KW - hyperactivity Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219751 SN - 1664-0640 VL - 11 ER - TY - JOUR A1 - Palladino, Viola Stella A1 - Chiocchetti, Andreas G. A1 - Frank, Lukas A1 - Haslinger, Denise A1 - McNeill, Rhiannon A1 - Radtke, Franziska A1 - Till, Andreas A1 - Haupt, Simone A1 - Brüstle, Oliver A1 - Günther, Katharina A1 - Edenhofer, Frank A1 - Hoffmann, Per A1 - Reif, Andreas A1 - Kittel-Schneider, Sarah T1 - Energy metabolism disturbances in cell models of PARK2 CNV carriers with ADHD JF - Journal of Clinical Medicine N2 - The main goal of the present study was the identification of cellular phenotypes in attention-deficit-/hyperactivity disorder (ADHD) patient-derived cellular models from carriers of rare copy number variants (CNVs) in the PARK2 locus that have been previously associated with ADHD. Human-derived fibroblasts (HDF) were cultured and human-induced pluripotent stem cells (hiPSC) were reprogrammed and differentiated into dopaminergic neuronal cells (mDANs). A series of assays in baseline condition and in different stress paradigms (nutrient deprivation, carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine (CCCP)) focusing on mitochondrial function and energy metabolism (ATP production, basal oxygen consumption rates, reactive oxygen species (ROS) abundance) were performed and changes in mitochondrial network morphology evaluated. We found changes in PARK2 CNV deletion and duplication carriers with ADHD in PARK2 gene and protein expression, ATP production and basal oxygen consumption rates compared to healthy and ADHD wildtype control cell lines, partly differing between HDF and mDANs and to some extent enhanced in stress paradigms. The generation of ROS was not influenced by the genotype. Our preliminary work suggests an energy impairment in HDF and mDAN cells of PARK2 CNV deletion and duplication carriers with ADHD. The energy impairment could be associated with the role of PARK2 dysregulation in mitochondrial dynamics. KW - ADHD KW - hiPSC KW - PARK2 KW - mitochondria KW - disease modelling Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220074 SN - 2077-0383 VL - 9 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Baader, Anna A1 - Kiani, Behnaz A1 - Brunkhorst-Kanaan, Nathalie A1 - Kittel-Schneider, Sarah A1 - Reif, Andreas A1 - Grimm, Oliver T1 - A within-sample comparison of two innovative neuropsychological tests for assessing ADHD JF - Brain Sciences N2 - New innovative neuropsychological tests in attention deficit hyperactivity disorder ADHD have been proposed as objective measures for diagnosis and therapy. The current study aims to investigate two different commercial continuous performance tests (CPT) in a head-to-head comparison regarding their comparability and their link with clinical parameters. The CPTs were evaluated in a clinical sample of 29 adult patients presenting in an ADHD outpatient clinic. Correlational analyses were performed between neuropsychological data, clinical rating scales, and a personality-based measure. Though inattention was found to positively correlate between the two tests (r = 0.49, p = 0.01), no association with clinical measures and inattention was found for both tests. While hyperactivity did not correlate between both tests, current ADHD symptoms were positively associated with Nesplora Aquarium's motor activity (r = 0.52 to 0.61, p < 0.05) and the Qb-Test's hyperactivity (r = 0.52 to 0.71, p < 0.05). Conclusively, the overall comparability of the tests was limited and correlation with clinical parameters was low. While our study shows some interesting correlation between clinical symptoms and sub-scales of these tests, usage in clinical practice is not recommended. KW - ADHD KW - neuropsychology KW - continuous performance test KW - Qb-Test KW - Nesplora Aquarium KW - attention KW - hyperactivity KW - GHQ-28 KW - UPPS KW - impulsivity Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220089 SN - 2076-3425 VL - 11 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Biere, Silvia A1 - Kranz, Thorsten M. A1 - Matura, Silke A1 - Petrova, Kristiyana A1 - Streit, Fabian A1 - Chiocchetti, Andreas G. A1 - Grimm, Oliver A1 - Brum, Murielle A1 - Brunkhorst-Kanaan, Natalie A1 - Oertel, Viola A1 - Malyshau, Aliaksandr A1 - Pfennig, Andrea A1 - Bauer, Michael A1 - Schulze, Thomas G. A1 - Kittel-Schneider, Sarah A1 - Reif, Andreas T1 - Risk Stratification for Bipolar Disorder Using Polygenic Risk Scores Among Young High-Risk Adults JF - Frontiers in Psychiatry N2 - Objective: Identifying high-risk groups with an increased genetic liability for bipolar disorder (BD) will provide insights into the etiology of BD and contribute to early detection of BD. We used the BD polygenic risk score (PRS) derived from BD genome-wide association studies (GWAS) to explore how such genetic risk manifests in young, high-risk adults. We postulated that BD-PRS would be associated with risk factors for BD. Methods: A final sample of 185 young, high-risk German adults (aged 18–35 years) were grouped into three risk groups and compared to a healthy control group (n = 1,100). The risk groups comprised 117 cases with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD), 45 with major depressive disorder (MDD), and 23 help-seeking adults with early recognition symptoms [ER: positive family history for BD, (sub)threshold affective symptomatology and/or mood swings, sleeping disorder]. BD-PRS was computed for each participant. Logistic regression models (controlling for sex, age, and the first five ancestry principal components) were used to assess associations of BD-PRS and the high-risk phenotypes. Results: We observed an association between BD-PRS and combined risk group status (OR = 1.48, p < 0.001), ADHD diagnosis (OR = 1.32, p = 0.009), MDD diagnosis (OR = 1.96, p < 0.001), and ER group status (OR = 1.7, p = 0.025; not significant after correction for multiple testing) compared to healthy controls. Conclusions: In the present study, increased genetic risk for BD was a significant predictor for MDD and ADHD status, but not for ER. These findings support an underlying shared risk for both MDD and BD as well as ADHD and BD. Improving our understanding of the underlying genetic architecture of these phenotypes may aid in early identification and risk stratification. KW - polygenic risk score KW - bipolar disorder KW - genetic phenotypes KW - depression KW - ADHD KW - early recognition Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-214976 VL - 11 ER -