TY - THES A1 - Knorr, Susanne T1 - Pathophysiology of early-onset isolated dystonia in a DYT-TOR1A rat model with trauma-induced dystonia-like movements T1 - Pathophysiologie der früh beginnenden, isolierten Dystonie in einem DYT-TOR1A Rattenmodell mit Trauma-induzierten Dystonie-ähnlichen Bewegungen N2 - Early-onset torsion dystonia (DYT-TOR1A, DYT1) is an inherited hyperkinetic movement disorder caused by a mutation of the TOR1A gene encoding the torsinA protein. DYT-TOR1A is characterized as a network disorder of the central nervous system (CNS), including predominantly the cortico-basal ganglia-thalamo-cortical loop resulting in a severe generalized dystonic phenotype. The pathophysiology of DYTTOR1A is not fully understood. Molecular levels up to large-scale network levels of the CNS are suggested to be affected in the pathophysiology of DYT-TOR1A. The reduced penetrance of 30% - 40% indicates a gene-environmental interaction, hypothesized as “second hit”. The lack of appropriate and phenotypic DYT-TOR1A animal models encouraged us to verify the “second hit” hypothesis through a unilateral peripheral nerve trauma of the sciatic nerve in a transgenic asymptomatic DYT-TOR1A rat model (∆ETorA), overexpressing the human mutated torsinA protein. In a multiscale approach, this animal model was characterized phenotypically and pathophysiologically. Nerve-injured ∆ETorA rats revealed dystonia-like movements (DLM) with a partially generalized phenotype. A physiomarker of human dystonia, describing increased theta oscillation in the globus pallidus internus (GPi), was found in the entopeduncular nucleus (EP), the rodent equivalent to the human GPi, of nerve-injured ∆ETorA rats. Altered oscillation patterns were also observed in the primary motor cortex. Highfrequency stimulation (HFS) of the EP reduced DLM and modulated altered oscillatory activity in the EP and primary motor cortex in nerve-injured ∆ETorA rats. Moreover, the dopaminergic system in ∆ETorA rats demonstrated a significant increased striatal dopamine release and dopamine turnover. Whole transcriptome analysis revealed differentially expressed genes of the circadian clock and the energy metabolism, thereby pointing towards novel, putative pathways in the pathophysiology of DYTTOR1A dystonia. In summary, peripheral nerve trauma can trigger DLM in genetically predisposed asymptomatic ΔETorA rats leading to neurobiological alteration in the central motor network on multiple levels and thereby supporting the “second hit” hypothesis. This novel symptomatic DYT-TOR1A rat model, based on a DYT-TOR1A genetic background, may prove as a valuable chance for DYT-TOR1A dystonia, to further investigate the pathomechanism in more detail and to establish new treatment strategies. N2 - Früh beginnende Torsionsdystonie (DYT-TOR1A, DYT1) ist eine genetisch bedingte hyperkinetische Bewegungsstörung, die aufgrund einer Mutation im TOR1A Gen verursacht wird, welches für das TorsinA-Protein codiert. DYT-TOR1A wird als zentrale Netzwerkstörung bezeichnet und betrifft hauptsächlich die kortiko-striatothalamo-kortikale Funktionsschleife, welches schließlich zu einem schweren generalisierten dystonen Phänotyp führt. Die Pathophysiologie von DYT-TOR1A ist nicht vollständig verstanden, man geht jedoch davon aus, dass Ebenen im Zentralnervensystem von molekularer Basis bis hin zu ganzen Netzwerken betroffen sind. Die reduzierte Penetranz von nur 30% bis 40% deutet auf eine Gen-UmweltInteraktion hin, im Sinne einer „2-Treffer-Hypothese“. Auch das Fehlen eines adäquaten DYT-TOR1A Tiermodelles hat uns dazu veranlasst, die „2-TrefferHypothese“ zu verifizieren, indem eine unilaterale periphere Quetschläsion des Nervus ischiadicus in einem transgenen, asymptomatischen DYT-TOR1A Rattenmodell (∆ETorA) durchgeführt wurde, welches das humane mutierte TorsinA-Protein überexprimiert. Das Tiermodell wurde phänotypisch und pathophysiologisch auf verschiedenen Analysenebenen charakterisiert. ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion entwickelten Dystonie-ähnliche Bewegungen (DLM) mit teilweise generalisiertem Phänotyp. Erhöhte Theta-Oszillationen im Globus pallidus internus (GPi) sind bezeichnend für die humane Dystonie, welche auch im Nucleus entopeduncularis (EP), dem Äquivalent zum humanen GPi, von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion nachgewiesen wurden. Veränderte oszillatorische Muster wurden auch im primären Motorkortex gefunden. Hochfrequenz-Stimulation (HFS) des EP konnte das klinische Erscheinungsbild verbessern und hatte zudem auch einen modulatorischen Effekt auf die veränderte oszillatorische Aktivität des EP und des primären Motorcortex von ∆ETorA Ratten mit Quetschläsion. Auch das veränderte dopaminerge System erwies sich als ein pathologisches Merkmal in ∆ETorA Ratten. Es fand sich eine erhöhte striatale Ausschüttung von Dopamin und ein erhöhter Dopaminumsatz. In der Transkriptomanalyse kamen die zirkadiane Uhr und der Energiemetabolismus als weitere potentielle Signalwege in der Pathophysiologie der DYT-TOR1A Dystonie zum Vorschein. Zusammengefasst konnten DLM in genetisch prädisponierten, asymptomatischen ΔETorA Ratten mittels peripheren Nerventraumas ausgelöst werden, welches zu neurobiologischen Veränderungen in verschiedenen Ebenen des zentralen motorischen Netzwerk führte. Somit konnte die „2-Treffer-Hypothese“ bestätigt werden. Dieses neue symptomatische DYT-TOR1A Rattenmodell, fundiert auf der genetischen Grundlage von DYT-TOR1A, kann sich als wertvolle Möglichkeit für die DYT-TOR1A Dystonie erweisen, um Pathomechanismen genauer zu untersuchen und neue Behandlungsstrategien zu entwickeln. KW - Dystonie KW - Trauma KW - Ratte KW - Zentralnervensystem KW - DYT-TOR1A KW - early-onset isolated dystonia KW - gene-environmental interaction KW - peripheral nerve trauma KW - striatum KW - dopamine KW - deep brain stimulation Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-206096 ER - TY - JOUR A1 - Aster, Hans-Christoph A1 - Romanos, Marcel A1 - Walitza, Susanne A1 - Gerlach, Manfred A1 - Mühlberger, Andreas A1 - Rizzo, Albert A1 - Andreatta, Marta A1 - Hasenauer, Natalie A1 - Hartrampf, Philipp E. A1 - Nerlich, Kai A1 - Reiners, Christoph A1 - Lorenz, Reinhard A1 - Buck, Andreas K. A1 - Deserno, Lorenz T1 - Responsivity of the striatal dopamine system to methylphenidate — A within-subject I-123-β-CIT-SPECT study in male children and adolescents with attention-deficit/hyperactivity disorder JF - Frontiers in Psychiatry N2 - Background: Methylphenidate (MPH) is the first-line pharmacological treatment of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD). MPH binds to the dopamine (DA) transporter (DAT), which has high density in the striatum. Assessments of the striatal dopamine transporter by single positron emission computed tomography (SPECT) in childhood and adolescent patients are rare but can provide insight on how the effects of MPH affect DAT availability. The aim of our within-subject study was to investigate the effect of MPH on DAT availability and how responsivity to MPH in DAT availability is linked to clinical symptoms and cognitive functioning. Methods Thirteen adolescent male patients (9–16 years) with a diagnosis of ADHD according to the DSM-IV and long-term stimulant medication (for at least 6 months) with MPH were assessed twice within 7 days using SPECT after application of I-123-β-CIT to examine DAT binding potential (DAT BP). SPECT measures took place in an on- and off-MPH status balanced for order across participants. A virtual reality continuous performance test was performed at each time point. Further clinical symptoms were assessed for baseline off-MPH. Results On-MPH status was associated with a highly significant change (−29.9%) of striatal DAT BP as compared to off-MPH (t = −4.12, p = 0.002). A more pronounced change in striatal DAT BP was associated with higher off-MPH attentional and externalizing symptom ratings (Pearson r = 0.68, p = 0.01). Striatal DAT BP off-MPH, but not on-MPH, was associated with higher symptom ratings (Pearson r = 0.56, p = 0.04). Conclusion Our findings corroborate previous reports from mainly adult samples that MPH changes striatal DAT BP availability and suggest higher off-MPH DAT BP, likely reflecting low baseline DA levels, as a marker of symptom severity. KW - methylphenidate KW - attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) KW - striatum KW - single photon emission computed tomography (SPECT) KW - responsivity KW - caudate nucleus KW - dopamine transporter (DAT) Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-270862 SN - 1664-0640 VL - 13 ER -