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- 602805 (3)
The purpose of this study was to evaluate whether spatial hippocampus-dependent learning is affected by the serotonergic system and stress. Therefore, 5-HTT knockout (-/-), heterozygous (+/-) and wildtype (+/+) mice were subjected to the Barnes maze (BM) and the Morris water maze (WM), the latter being discussed as more aversive. Additionally, immediate early gene (IEG) expression, hippocampal adult neurogenesis (aN), and blood plasma corticosterone were analyzed.
While the performance of 5-HTT-/- mice in the BM was undistinguishable from both other genotypes, they performed worse in the WM. However, in the course of the repeated WM trials 5-HTT-/- mice advanced to wildtype level. The experience of a single trial of either the WM or the BM resulted in increased plasma corticosterone levels in all genotypes. After several trials 5-HTT-/- mice exhibited higher corticosterone concentrations compared with both other genotypes in both tests. Corticosterone levels were highest in 5-HTT-/- mice tested in the WM indicating greater aversiveness of the WM and a greater stress sensitivity of 5-HTT deficient mice.
Quantitative immunohistochemistry in the hippocampus revealed increased cell counts positive for the IEG products cFos and Arc as well as for proliferation marker Ki67 and immature neuron marker NeuroD in 5-HTT-/- mice compared to 5-HTT+/+ mice, irrespective of the test. Most differences were found in the suprapyramidal blade of the dentate gyrus of the septal hippocampus. Ki67-immunohistochemistry revealed a genotype x environment interaction with 5-HTT genotype differences in naïve controls and WM experience exclusively yielding more Ki67-positive cells in 5-HTT+/+ mice. Moreover, in 5-HTT-/- mice we demonstrate that learning performance correlates with the extent of aN.
Overall, higher baseline IEG expression and increased an in the hippocampus of 5-HTT-/- mice together with increased stress sensitivity may constitute the neurobiological correlate of raised alertness, possibly impeding optimal learning performance in the more stressful WM.
Patients affected by gastroenteropancreatic–neuroendocrine tumors (GEP–NETs) have an increased risk of developing osteopenia and osteoporosis, as several factors impact on bone metabolism in these patients. In fact, besides the direct effect of bone metastasis, bone health can be affected by hormone hypersecretion (including serotonin, cortisol, and parathyroid hormone-related protein), specific microRNAs, nutritional status (which in turn could be affected by medical and surgical treatments), and vitamin D deficiency. In patients with multiple endocrine neoplasia type 1 (MEN1), a hereditary syndrome associated with NET occurrence, bone damage may carry other consequences. Osteoporosis may negatively impact on the quality of life of these patients and can increment the cost of medical care since these patients usually live with their disease for a long time. However, recommendations suggesting screening to assess bone health in GEP–NET patients are missing. The aim of this review is to critically analyze evidence on the mechanisms that could have a potential impact on bone health in patients affected by GEP–NET, focusing on vitamin D and its role in GEP–NET, as well as on factors associated with MEN1 that could have an impact on bone homeostasis.
Background: During early prenatal stages of brain development, serotonin (5-HT)-specific neurons migrate through somal translocation to form the raphe nuclei and subsequently begin to project to their target regions. The rostral cluster of cells, comprising the median and dorsal raphe (DR), innervates anterior regions of the brain, including the prefrontal cortex. Differential analysis of the mouse 5-HT system transcriptome identified enrichment of cell adhesion molecules in 5-HT neurons of the DR. One of these molecules, cadherin-13 (Cdh13) has been shown to play a role in cell migration, axon pathfinding, and synaptogenesis. This study aimed to investigate the contribution of Cdh13 to the development of the murine brain 5-HT system.
Methods: For detection of Cdh13 and components of the 5-HT system at different embryonic developmental stages of the mouse brain, we employed immunofluorescence protocols and imaging techniques, including epifluorescence, confocal and structured illumination microscopy. The consequence of CDH13 loss-of-function mutations on brain 5-HT system development was explored in a mouse model of Cdh13 deficiency.
Results: Our data show that in murine embryonic brain Cdh13 is strongly expressed on 5-HT specific neurons of the DR and in radial glial cells (RGCs), which are critically involved in regulation of neuronal migration. We observed that 5-HT neurons are intertwined with these RGCs, suggesting that these neurons undergo RGC-guided migration. Cdh13 is present at points of intersection between these two cell types. Compared to wildtype controls, Cdh13-deficient mice display increased cell densities in the DR at embryonic stages E13.5, E17.5, and adulthood, and higher serotonergic innervation of the prefrontal cortex at E17.5.
Conclusion: Our findings provide evidence for a role of CDH13 in the development of the serotonergic system in early embryonic stages. Specifically, we indicate that Cdh13 deficiency affects the cell density of the developing DR and the posterior innervation of the prefrontal cortex (PFC), and therefore might be involved in the migration, axonal outgrowth and terminal target finding of DR 5-HT neurons. Dysregulation of CDH13 expression may thus contribute to alterations in this system of neurotransmission, impacting cognitive function, which is frequently impaired in neurodevelopmental disorders including attention-deficit/hyperactivity and autism spectrum disorders.
Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) as well as noradrenaline (NA) are key modulators of various fundamental brain functions including the control of appetite. While manipulations that alter brain serotoninergic signaling clearly affect body weight, studies implicating 5-HT transporters and NA transporters (5-HTT and NAT, respectively) as a main drug treatment target for human obesity have not been conclusive. The aim of this positron emission tomography (PET) study was to investigate how these central transporters are associated with changes of body weight after 6 months of dietary intervention or Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) surgery in order to assess whether 5-HTT as well as NAT availability can predict weight loss and consequently treatment success. The study population consisted of two study cohorts using either the 5-HTT-selective radiotracer [\(^{11}\)C]DASB to measure 5-HTT availability or the NAT-selective radiotracer [\(^{11}\)C]MRB to assess NAT availability. Each group included non-obesity healthy participants, patients with severe obesity (body mass index, BMI, >35 kg/m\(^2\)) following a conservative dietary program (diet) and patients undergoing RYGB surgery within a 6-month follow-up. Overall, changes in BMI were not associated with changes of both 5-HTT and NAT availability, while 5-HTT availability in the dorsal raphe nucleus (DRN) prior to intervention was associated with substantial BMI reduction after RYGB surgery and inversely related with modest BMI reduction after diet. Taken together, the data of our study indicate that 5-HTT and NAT are involved in the pathomechanism of obesity and have the potential to serve as predictors of treatment outcomes.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Dopamin, Serotonin und GABA auf das Schlafverhalten von Drosophila melanogaster genauer untersucht. Mit Hilfe von Mutanten in Wiederaufnahmetransportern für Dopamin und Serotonin konnte gezeigt werden, dass Dopamin und Serotonin entgegengesetzte Wirkungen auf die Schlafmenge der Fliegen haben. Dopamin hat eine schlafhemmende, Serotonin eine schlaffördernde Wirkung. Die Nutzung eines neuronal dopamindefizienten Fliegenstammes erweitert diese Erkenntnisse. Die Nutzung von RNAi zur Hinunterregulierung der Rezeptoren für Dopamin brachte keine weiteren Erkenntnisse, da sie zu keinem messbaren Effekt führen. Jedoch ergab eine parallel dazu durchgeführte Hinunterregulierung des GABABR2 Rezeptors, dass dieser maßgeblich für die Aufrechterhaltung des Schlafes in der zweiten Hälfte der Nacht verantwortlich ist. Es konnte gezeigt werden, dass für diese Aufgabe vor allem ihre Expression in den l-LNv Neuronen relevant ist. Dabei ist für die GABABR2 Rezeptoren kein Effekt, für Dopamin und Serotonin nur in geringen Ausmaß ein Effekt auf die Innere Uhr in Form von gering veränderter Periode zu beobachten.
Durch eine Kombination der Transportermutanten für Dopamin und Serotonin mit dem intakten, als auch mutierten WHITE Transporter zeigte sich eine interessante Interaktion dieser drei Transporter bei der Regulation der Gesamtschlafmenge, wobei die white Mutation zu einer Reduzierung der Gesamtschlafmenge führt. UPLC Messungen der Stämme ergaben, dass der Effekt von white vermutlich auf dessen Einfluss auf den beta-Alanyldopamingehalt der Fliegen basiert. beta-Alanyldopamin wird bei dem Transport von Dopamin über die Gliazellen durch das Enzym EBONY gebildet, dessen Mutation in der Kombination mit intaktem WHITE und mutiertem Dopamintransporter zu einer drastischen Reduktion des Schlafes während der Nacht führt. Im Rahmen der Untersuchung konnte zudem gezeigt werden, dass entgegen des bisherigen Wissens aus Zellkulturstudien in Drosophila melanogaster kein beta-Alanylserotonin gebildet wird. Möglicherweise wird nur Dopamin, nicht jedoch Serotonin über die Gliazellen recycelt. Dies ist ein interessanter Unterschied, der sowohl eine zeitliche, als auch lokale Feinregulation der Gegenspieler Dopamin und Serotonin ermöglicht.
Die Untersuchung der Dimerpartner BROWN und SCARLET zeigte, dass lediglich BROWN zu einer Reduktion des Schlafes führt. Ein Effekt, der auch in einer Fliegenlinie mit spontaner white Mutation beobachtet werden konnte. Die genaue Funktion dieses Heterodimertransporters und seine neuronale Lokalisation wurden im Rahmen dieser Arbeit noch nicht geklärt. Dennoch liegt eine Funktion als Dopamin- oder beta-Alanyldopamintransporter in Gliazellen auf Grund der ermittelten Ergebnisse nahe.
Zusätzlich konnte zum ersten Mal in Drosophila melanogaster eine Funktion der Amintransporter bei der Anpassung der Inneren Uhr an extreme kurze bzw. lange Photoperioden gezeigt werden.
Eine anatomische Lokalisierung des WHITE Transporters im Gehirn von Drosophila melanogaster, die weitere Charakterisierung der Rolle des WHITE/BROWN Dimers und die Zuordnung bestimmter dopaminerger und serotonerger Neurone bei der Modulation der Aktivitätsmaxima stellen spannende Fragen für zukünftige Arbeiten dar.
Die Heterodimerisierung von G- Protein gekoppelten Rezeptoren (GPCR) stellt ein aktuelles Forschungsgebiet dar, das molekulare Erklärungsmöglichkeiten für die Vielfalt der Signalwege über solche Rezeptoren aufzeigt. Die genauen Funktionen diese Konstrukte in vivo sind bisher erst in Ansätzen erforscht, ebenso wenig die molekularbiologischen Mechanismen. Für die beiden Serotoninrezeptoren 5-HT1A und 5-HT7 konnte Heterodimerisierung molekular nachgewiesen werden, in ihren physiologischen Mechanismen und Effekten sollte daher eine Charakterisierung vorgenommen werden. Mittels elektrophysiologischer Messverfahren wurden Ströme an dem heterologen Expressionsmodell der Oozyten des Krallenfrosches Xenopus laevis mittels Voltage-Clamp Technik an Kaliumionenkanälen (Kir3 und TASK-1) gemessen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die heterodimere Koexpression beider Rezeptoren eine signifikante Reduktion des Rezeptor-aktivierten Kanalstroms im Vergleich zur homomeren Expression zur Folge hatte. Weitere Experimente konnten dann zeigen, dass diese Effekte spezifisch für dieses Rezeptorheterodimer sind, und dass die Effekte von der Dosis bzw. dem Verhältnis der exprimierten cRNA abhängen. In Fluoreszenzmessung konnte zudem gezeigt werden, dass die Reduktion der Stromamplitude in der heterodimeren Expression nicht auf eine Reduktion von Kanalproteinen in der Zellmembran zurückzuführen ist. Zur weiteren Charakterisierung des bisher erst in Ansätzen erforschten 5-HT7 Rezeptors wurde dieser abschließend mit einem ß- adrenergen Rezeptor verglichen, der über den gleichen Signalweg bzw. Ionenkanal funktioniert. Auch hier zeigte sich eine signifikante Reduktion des Kanalstroms beim 5-HT7 Rezeptor. Die physiologische Relevanz dieser Ergebnisse liegt darin begründet, dass ein weiterführendes Verständnis von 5-HT Rezeptor vermittelten Signalwegen, insbesondere von der Bedeutung und den Mechanismen ihrer Heterodimersierung, neue pathophysiologische Zusammenhänge verdeutlicht. Speziell im Hinblick auf Erkrankungen, die mit den 5-HT Rezeptoren assoziiert sind, wie etwa Depressionen und Angststörungen, soll sich hieraus die Möglichkeit spezifischerer Therapien ergeben.
Owing to a high response rate, deep brain stimulation (DBS) of the ventral striatal area has been approved for treatment-refractory obsessive-compulsive disorder (tr-OCD). Many basic issues regarding DBS for tr-OCD are still not understood, in particular, the mechanisms of action and the origin of side effects. We measured prepulse inhibition (PPI) in treatment-refractory OCD patients undergoing DBS of the nucleus accumbens (NAcc) and matched controls. As PPI has been used in animal DBS studies, it is highly suitable for translational research. Eight patients receiving DBS, eight patients with pharmacological treatment and eight age-matched healthy controls participated in our study. PPI was measured twice in the DBS group: one session with the stimulator switched on and one session with the stimulator switched off. OCD patients in the pharmacologic group took part in a single session. Controls were tested twice, to ensure stability of data. Statistical analysis revealed significant differences between controls and (1) patients with pharmacological treatment and (2) OCD DBS patients when the stimulation was switched off. Switching the stimulator on led to an increase in PPI at a stimulus-onset asynchrony of 200 ms. There was no significant difference in PPI between OCD patients being stimulated and the control group. This study shows that NAcc-DBS leads to an increase in PPI in tr-OCD patients towards a level seen in healthy controls. Assuming that PPI impairments partially reflect the neurobiological substrates of OCD, our results show that DBS of the NAcc may improve sensorimotor gating via correction of dysfunctional neural substrates. Bearing in mind that PPI is based on a complex and multilayered network, our data confirm that DBS most likely takes effect via network modulation.
Die Verbindungen zwischen Genvariationen und Verhaltensmerkmalen bzw. psychiatrischen Störungen sind in den letzten Jahren in den Blickpunkt vieler Studien gelangt. Auf der Suche nach neuen Polymorphismen bieten sich dem Menschen verwandte Affenarten an. Zeigen sich bei diesen Primaten den Menschen orthologe Polymorphismen, könnten so neue Erkenntnisse über deren evolutionsgenetische Entwicklung und die Übertragbarkeit auf menschliche Gen-Merkmal-Assoziationen gewonnen werden. Vergleicht man die unterschiedliche Transkriptionsaktivität des Monoaminoxidase A Gens beim Menschen, beeinflussen Längenvariationen innerhalb der repetetiven Sequenz (VNTR) des MAOA Promotors vor allem aggressive und antisoziale Verhaltensmerkmale. Zudem erhöht sich das Risiko für psychiatrische Störungen. In dieser Arbeit wurde die Anwesenheit und Variabilität der repetetiven Sequenz des MAOA Promotors bei mehreren Arten von nichtmenschlichen Primaten ausgewertet. Bei einigen Affenarten konnten Längenvariationen innerhalb der repetetiven Sequenz (VNTR) gefunden werden. Die Sequenzanalyse dieser Kontrollregion zeigte das Vorkommen von VNTRs in Pan troglodytes, Pan paniscus, Gorilla gorilla, Pongo pygmaeus, Macaca mulatta und Theropithecus gelada. Die Mehrheit von Pan troglodytes und Pan paniscus hatten ein einfaches Repeat mit einer der menschlichen VNTR Sequenz identischen Sequenz. Die VNTR Sequenz von Macaca mulatta zeigte die häufigsten Längenvariationen mit Allel-frequenzen von 35%, 25% und 40% entsprechend den 5-, 6- und 7-Repeatvarianten. Das Ausmaß der Repeatvariationen des MAOA Promotors stützt die Annahme, dass ein Zusammenhang zwischen der Expression von MAOA und aggressiven und antisozialen Verhaltensmerkmalen bei Menschen und auch Rhesusaffen besteht. Neben dem MAOA Promotor wurden auch das Dopamin-Rezeptor-Gen D4 (DRD4), das Dopamin-Transporter-Gen (DAT) und der Promotor des Serotonin-Transporter-Gens (5-HTTLPR) untersucht. Ein Macaca mulatta (NIH Primate Center), der eine XL/L-Bande aufwies, zeigte bei der Sequenzanalyse des Promotors des Serotonin-Transporter-Gens (5-HTTLPR) eine 21 bp große Insertion kurz vor dem Int1- Primer. Sollten sich die Ergebnisse in weiteren Untersuchungen bestätigen, wäre dies ein erneuter Hinweis auf die mitbestimmende Rolle von MAOA und 5-HTTLPR und deren Allel-Variationen bei spezifischen menschlichen Charakterzügen.
Multiple lines of evidence implicate brain serotonin (5-hydroxytryptamine; 5-HT) system dysfunction in the pathophysiology of stressor-related and anxiety disorders. Here we investigate the influence of constitutively deficient 5-HT synthesis on stressor-related anxiety-like behaviors using Tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) mutant mice. Functional assessment of c-Fos after associated foot shock, electrophysiological recordings of GABAergic synaptic transmission, differential expression of the Slc6a4 gene in serotonergic neurons were combined with locomotor and anxiety-like measurements in different contextual settings. Our findings indicate that constitutive Tph2 inactivation and consequential lack of 5-HT synthesis in Tph2 null mutant mice (Tph2\(^{-/-}\)) results in increased freezing to associated foot shock and a differential c-Fos activity pattern in the basolateral complex of the amygdala. This is accompanied by altered GABAergic transmission as observed by recordings of inhibitory postsynaptic currents on principal neurons in the basolateral nucleus, which may explain increased fear associated with hyperlocomotion and escape-like responses in aversive inescapable contexts. In contrast, lifelong 5-HT deficiency as observed in Tph2 heterozygous mice (Tph\(^{+/-}\)) is able to be compensated through reduced GABAergic transmission in the basolateral nucleus of the amygdala based on Slc6a4 mRNA upregulation in subdivisions of dorsal raphe neurons. This results in increased activity of the basolateral nucleus of the amygdala due to associated foot shock. In conclusion, our results reflect characteristic syndromal dimensions of panic disorder and agoraphobia. Thus, constitutive lack of 5-HT synthesis influence the risk for anxiety- and stressor-related disorders including panic disorder and comorbid agoraphobia through the absence of GABAergic-dependent compensatory mechanisms in the basolateral nucleus of the amygdala.
Genetische Einflüsse auf topographische elektrophysiologische Korrelate motorischer Inhibition
(2006)
Go- und NoGo-Centroide und die NoGo-Anteriorisierung (NGA) sind topographische elektrophysiologische Parameter, die während eines Continuous Performance Test (CPT) gemessen werden können. Es wurde der Einfluss genetischer Varianten auf diese Messgrößen an gesunden Individuen untersucht. Zwei die Funktion des serotonergen Systems modulierende Gene (5-HTTLPR und MAOALPR) beeinflussten die topographischen elektrophysiologischen Parameter nicht. Varianten des Gens Dysbindin (DTNBP1), die mit Schizophrenie in Zusammenhang gebracht werden, waren mit Veränderungen der NGA assoziiert. Die Ergebnisse deuten auf einen möglichen Einfluss des Dysbindin-Genotyps auf frontale Gehirnfunktionen.