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Early-life infections and associated neuroinflammation is incriminated in the pathogenesis of various mood disorders. Infection with human roseoloviruses, HHV-6A and HHV-6B, allows viral latency in the central nervous system and other tissues, which can later be activated causing cognitive and behavioral disturbances. Hence, this study was designed to evaluate possible association of HHV-6A and HHV-6B activation with three different groups of psychiatric patients. DNA qPCR, immunofluorescence and FISH studies were carried out in post-mortem posterior cerebellum from 50 cases each of bipolar disorder (BPD), schizophrenia, 15 major depressive disorder (MDD) and 50 appropriate control samples obtained from two well-known brain collections (Stanley Medical Research Institute). HHV-6A and HHV-6B late proteins (indicating active infection) and viral DNA were detected more frequently (p < 0.001 for each virus) in human cerebellum in MDD and BPD relative to controls. These roseolovirus proteins and DNA were found less frequently in schizophrenia cases. Active HHV-6A and HHV-6B infection in cerebellar Purkinje cells were detected frequently in BPD and MDD cases. Furthermore, we found a significant association of HHV-6A infection with reduced Purkinje cell size, suggesting virus-mediated abnormal Purkinje cell function in these disorders. Finally, gene expression analysis of cerebellar tissue revealed changes in pathways reflecting an inflammatory response possibly to HHV-6A infection. Our results provide molecular evidence to support a role for active HHV-6A and HHV-6B infection in BPD and MDD.
Psychiatric disorders are thought to have a complex genetic pathology consisting of interplay of common and rare variation. Traditionally, pedigrees are used to shed light on the latter only, while here we discuss the application of polygenic risk scores to also highlight patterns of common genetic risk. We analyze polygenic risk scores for psychiatric disorders in a large pedigree (n ~ 260) in which 30% of family members suffer from major depressive disorder or bipolar disorder. Studying patterns of assortative mating and anticipation, it appears increased polygenic risk is contributed by affected individuals who married into the family, resulting in an increasing genetic risk over generations. This may explain the observation of anticipation in mood disorders, whereby onset is earlier and the severity increases over the generations of a family. Joint analyses of rare and common variation may be a powerful way to understand the familial genetics of psychiatric disorders.
Background
Disentangling the etiology of common, complex diseases is a major challenge in genetic research. For bipolar disorder (BD), several genome-wide association studies (GWAS) have been performed. Similar to other complex disorders, major breakthroughs in explaining the high heritability of BD through GWAS have remained elusive. To overcome this dilemma, genetic research into BD, has embraced a variety of strategies such as the formation of large consortia to increase sample size and sequencing approaches. Here we advocate a complementary approach making use of already existing GWAS data: a novel data mining procedure to identify yet undetected genotype–phenotype relationships. We adapted association rule mining, a data mining technique traditionally used in retail market research, to identify frequent and characteristic genotype patterns showing strong associations to phenotype clusters. We applied this strategy to three independent GWAS datasets from 2835 phenotypically characterized patients with BD. In a discovery step, 20,882 candidate association rules were extracted.
Results
Two of these rules—one associated with eating disorder and the other with anxiety—remained significant in an independent dataset after robust correction for multiple testing. Both showed considerable effect sizes (odds ratio ~ 3.4 and 3.0, respectively) and support previously reported molecular biological findings.
Conclusion
Our approach detected novel specific genotype–phenotype relationships in BD that were missed by standard analyses like GWAS. While we developed and applied our method within the context of BD gene discovery, it may facilitate identifying highly specific genotype–phenotype relationships in subsets of genome-wide data sets of other complex phenotype with similar epidemiological properties and challenges to gene discovery efforts.
Neural responses to a working memory task in acute depressed and remitted phases in bipolar patients
(2023)
(1) Cognitive impairments such as working memory (WM) deficits are amongst the most common dysfunctions characterizing bipolar disorder (BD) patients, severely contributing to functional impairment. We aimed to investigate WM performance and associated brain activation during the acute phase of BD and to observe changes in the same patients during remission. (2) Frontal brain activation was recorded using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) during n-back task conditions (one-back, two-back and three-back) in BD patients in their acute depressive (n = 32) and remitted (n = 15) phases as well as in healthy controls (n = 30). (3) Comparison of BD patients during their acute phase with controls showed a trend (p = 0.08) towards lower dorsolateral prefrontal cortex (dlPFC) activation. In the remitted phase, BD patients showed lower dlPFC and ventrolateral prefrontal cortex (vlPFC) activation (p = 0.02) compared to controls. No difference in dlPFC and vlPFC activation between BD patients’ phases was found. (4) Our results showed decreased working memory performance in BD patients during the working memory task in the acute phase of disease. Working memory performance improved in the remitted phase of the disease but was still particularly attenuated for the more demanding conditions.
Genes encoding endocannabinoid and sphingolipid metabolism pathways were suggested to contribute to the genetic risk towards attention deficit hyperactivity disorder (ADHD). The present pilot study assessed plasma concentrations of candidate endocannabinoids, sphingolipids and ceramides in individuals with adult ADHD in comparison with healthy controls and patients with affective disorders. Targeted lipid analyses of 23 different lipid species were performed in 71 mental disorder patients and 98 healthy controls (HC). The patients were diagnosed with adult ADHD (n = 12), affective disorder (major depression, MD n = 16 or bipolar disorder, BD n = 6) or adult ADHD with comorbid affective disorders (n = 37). Canonical discriminant analysis and CHAID analyses were used to identify major components that predicted the diagnostic group. ADHD patients had increased plasma concentrations of sphingosine-1-phosphate (S1P d18:1) and sphinganine-1-phosphate (S1P d18:0). In addition, the endocannabinoids, anandamide (AEA) and arachidonoylglycerol were increased. MD/BD patients had increased long chain ceramides, most prominently Cer22:0, but low endocannabinoids in contrast to ADHD patients. Patients with ADHD and comorbid affective disorders displayed increased S1P d18:1 and increased Cer22:0, but the individual lipid levels were lower than in the non-comorbid disorders. Sphingolipid profiles differ between patients suffering from ADHD and affective disorders, with overlapping patterns in comorbid patients. The S1P d18:1 to Cer22:0 ratio may constitute a diagnostic or prognostic tool.
Objective
Most patients with bipolar disorders (BD) exhibit prodromal symptoms before a first (hypo)manic episode. Patients with clinically significant symptoms fulfilling at‐risk criteria for serious mental illness (SMI) require effective and safe treatment. Cognitive‐behavioral psychotherapy (CBT) has shown promising results in early stages of BD and in patients at high risk for psychosis. We aimed to investigate whether group CBT can improve symptoms and functional deficits in young patients at risk for SMI presenting with subthreshold bipolar symptoms.
Method
In a multicenter, randomized, controlled trial, patients at clinical risk for SMI presenting with subthreshold bipolar symptoms aged 15‐30 years were randomized to 14 weeks of at‐risk for BD‐specific group CBT or unstructured group meetings. Primary efficacy endpoints were differences in affective symptomatology and psychosocial functioning at 14 weeks. At‐risk status was defined as a combination of subthreshold bipolar symptomatology, reduction of psychosocial functioning and a family history for (schizo)affective disorders. A prespecified interim analysis was conducted at 75% of the targeted sample.
Results
Of 128 screened participants, 75 were randomized to group CBT (n = 38, completers = 65.8%) vs unstructured group meetings (n = 37, completers = 78.4%). Affective symptomatology and psychosocial functioning improved significantly at week 14 (P < .001) and during 6 months (P < .001) in both groups, without significant between‐group differences. Findings are limited by the interim character of the analysis, the use of not fully validated early detection interviews, a newly adapted intervention manual, and the substantial drop‐outs.
Conclusions
Results suggest that young patients at‐risk for SMI presenting with subthreshold bipolar symptoms benefit from early group sessions. The degree of specificity and psychotherapeutic interaction needed requires clarification.
Risk Stratification for Bipolar Disorder Using Polygenic Risk Scores Among Young High-Risk Adults
(2020)
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.
Die bipolare Störung ist eine schwere und weit verbreitete psychiatrische Erkrankung, die durch wiederkehrende Manien und Depressionen gekennzeichnet ist. Eine Manie zeichnet sich unter anderem durch eine situationsinadäquat aufgehellte Stimmung, Hyperaktivität und Verlust sozialer Hemmungen aus, während die Depression durch gedrückte Stimmung, Interessenverlust, Freudlosigkeit, Antriebsverminderung und Konzentrationsstörungen gekennzeichnet ist. Zwischen diesen Episoden durchlaufen Patienten Phasen mit Stimmungsnormalisierung („Euthymie“), oft ohne schwere kognitive Defizite oder andere residuelle Symptome. Bisherige Studien über zugrunde liegende neuronale Mechanismen haben ein Konsens-Modell zur Krankheitsentstehung hervorgebracht, welches von einer Störung in der Frühentwicklung von an der Emotionsregulation beteiligten Strukturen ausgeht, was in eine verminderte Konnektivität zwischen präfrontalen Strukturen und Strukturen des limbischen Systems mündet. Dies wiederum führt zu einer gestörten präfrontalen Regulation limbischer Gehirnareale und somit zu einem Verlust der emotionalen Homöostase, was die Patienten der Gefahr aussetzt, extreme Stimmungszustände zu entwickeln und zwischen diesen zu wechseln. Auch weil Zusammenhänge zwischen genetischen Veränderungen und funktioneller Neuroanatomie noch unklar bleiben, fokussiert sich ein Teil der Forschung auf verschiedene exekutive und kognitive Gehirnfunktionen, deren Einschränkung entscheidend zum heterogenen Erscheinungsbild der Erkrankung beitragen kann. Ein Beispiel einer exekutiven Funktion stellt der multidimensionale Persönlichkeitsfaktor Impulsivität mit seiner Operationalisierung Antworthemmung dar. Dem gegenüber kann beispielsweise das Arbeitsgedächtnis als zentrale kognitive Funktion herangezogen werden. Dabei steht die Frage im Zentrum, ob Defizite solcher Funktionen eher phasenabhängig (engl. „state“) oder vielmehr als überdauernder Wesenszug (engl. „trait“) der Erkrankung vorhanden sind.
Das Ziel dieser Studie war, Unterschiede in Antworthemmung und Arbeitsgedächtnis zwischen akut kranken Patienten, gesunden Kontrollen und denselben Patienten im remittierten Zustand zu erfassen. Um die Antworthemmung zu untersuchen, wurde ein kombiniertes Go-/NoGo- und Stopp-Signal-Paradigma angewandt und Unterschiede in den abhängigen Variablen Reaktionszeit, Stopp-Signal-Reaktionszeit (SSRT), Auslassungsfehler und Aktionsfehler ausgewertet. Für das Arbeitsgedächtnis wurde eine verbale N-Back-Aufgabe mit den Schwierigkeitsstufen 1-, 2- und 3-Back angewandt und ebenfalls Unterschiede in den abhängigen Variablen Reaktionszeit, Auslassungsfehler und Aktionsfehler ausgewertet. Während beider Paradigmen wurde die Frontalhirnaktivität mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie untersucht und verglichen. Es wurden 36 bipolare Patienten in Depression während eines stationären Aufenthaltes auf unserer Schwerpunktstation für bipolare Störungen rekrutiert und gemessen, von denen 15 Patienten für eine Wiederholungsmessung in Remission rekrutiert werden konnten. Die Kontrollgruppe umfasste 30 Probanden.
Beim Blick auf die Ergebnisse zeigten die Patienten in der akuten depressiven Krankheitsepisode signifikant schwächere Leistungen in Form von langsameren Reaktionszeiten und höheren Fehlerquoten in den Aufgaben sowohl zur Antworthemmung als auch zum Arbeitsgedächtnis. In Remission hingegen zeigten sich unterschiedliche Ergebnisse. Während in der Antworthemmung kein Unterschied zu den Kontrollen mehr messbar war, zeigten die Patienten in der N-Back-Aufgabe zwar eine verbesserte Leistung als in Depression im Hinblick auf Auslassungsfehler, verglichen mit den Kontrollen dennoch signifikant langsamere Reaktionszeiten. Die Auswertung der Bildgebungsdaten brachte folgende Ergebnisse hervor: In der Untersuchung der Patienten in Depression konnten in der Antworthemmung keine und im Arbeitsgedächtnis nur geringe Unterschiede festgestellt werden. Dagegen wiesen die Patienten in Remission deutliche Defizite in der präfrontalen Gehirnaktivierung auf.
Werden alle Ergebnisse im Gesamtzusammenhang und auch vor dem Hintergrund vorhandener Studien interpretiert, ergibt sich folgendes Bild: Defizite in der Antworthemmung als exekutive Funktion und als ein objektiv gemessenes Maß der Impulsivität stellen eher ein State-Merkmal sowohl der bipolaren Manie als auch der bipolaren Depression dar und erreichen in Remission wieder den Normalzustand. Umgekehrt können Defizite im Arbeitsgedächtnis als kognitive Funktion bei zwar verbesserter Fehlerrate, jedoch weiterhin erhöhter Reaktionszeit in Remission eher als Trait-Merkmal angesehen werden. Dabei ist es möglich, dass kognitive Funktionen negativ durch einen längeren, insgesamt schwereren Krankheitsverlauf beeinträchtigt werden. Für die Bildgebungsdaten kann keine eindeutige Interpretation formuliert werden, dennoch geben insbesondere die Ergebnisse der Patienten in Remission Hinweise darauf, dass eine verringerte präfrontale Aktivierung ein Trait-Merkmal der Erkrankung darstellen könnte.
Neben Stimmungsschwankungen leiden viele bipolare Patienten unter kognitiven Beeinträchtigungen. Dies ist von hoher Relevanz, da neuropsychologische Defizite zur Aufrechterhaltung der bipolaren Störung beitragen können. Unsere Studie widmete sich zum einen der Untersuchung verzerrter Aufmerksamkeitsprozesse als auch der Erfassung dysfunktionaler Emotionsregulationsstrategien in der bipolaren Störung. Da es uns besonders interessierte, ob diese dysfunktionalen Prozesse im euthymen Intervall bestehen bleiben, rekrutierten wir akut depressive als auch euthyme bipolare Patienten. Weiterhin untersuchten wir, ob der Aspekt der prädominanten Polarität einen Einfluss auf die Informationsverarbeitung und Emotionsregulation haben könnte.
Zur Erfassung selektiver Aufmerksamkeitsprozesse verwendeten wir eine Dot-Probe-Aufgabe. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass bei den akut depressiven bipolaren Patienten deutliche Defizite im Reaktionsvermögen vorlagen. Bei den euthymen Patienten mit manischer Polarität fand sich überraschenderweise ein Bias weg von positiven Stimuli, was möglicherweise als Schutzmechanismus vor potentiellen Triggern einer Manie interpretiert werden kann.
Um zu testen, ob sich bipolare Patienten in den Emotionsregulationsstrategien von gesunden Kontrollpersonen unterscheiden, wurden zwei verschiedene Fragebögen eingesetzt. In der Auswertung zeigte sich, dass nicht nur akut depressive Patienten, sondern auch remittierte Patienten zu dysfunktionalen Emotionsregulationsstrategien neigten und dass die euthymen Probanden mit depressiver bzw. manischer Polarität in unterschiedlichen Emotionsregulationsstrategien von gesunden Probanden abwichen.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Defizite in der selektiven Aufmerksamkeit und in der Emotionsregulation nicht nur in der akuten Krankheitsphase, sondern auch im „gesunden Intervall“ vorhanden sind. Darüber hinaus liefert die Studie erste Hinweise darauf, dass sich Patienten mit depressiver und manischer Polarität in der Informationsverarbeitung emotionaler Stimuli als auch in Emotionsregulationsstrategien unterscheiden.
DCLK1 Variants Are Associated across Schizophrenia and Attention Deficit/Hyperactivity Disorder
(2012)
Doublecortin and calmodulin like kinase 1 (DCLK1) is implicated in synaptic plasticity and neurodevelopment. Genetic variants in DCLK1 are associated with cognitive traits, specifically verbal memory and general cognition. We investigated the role of DCLK1 variants in three psychiatric disorders that have neuro-cognitive dysfunctions: schizophrenia (SCZ), bipolar affective disorder (BP) and attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD). We mined six genome wide association studies (GWASs) that were available publically or through collaboration; three for BP, two for SCZ and one for ADHD. We also genotyped the DCLK1 region in additional samples of cases with SCZ, BP or ADHD and controls that had not been whole-genome typed. In total, 9895 subjects were analysed, including 5308 normal controls and 4,587 patients (1,125 with SCZ, 2,496 with BP and 966 with ADHD). Several DCLK1 variants were associated with disease phenotypes in the different samples. The main effect was observed for rs7989807 in intron 3, which was strongly associated with SCZ alone and even more so when cases with SCZ and ADHD were combined (P-value = 4x10\(^{-5}\) and 4x10\(^{-6}\), respectively). Associations were also observed with additional markers in intron 3 (combination of SCZ, ADHD and BP), intron 19 (SCZ+BP) and the 3'UTR (SCZ+BP). Our results suggest that genetic variants in DCLK1 are associated with SCZ and, to a lesser extent, with ADHD and BP. Interestingly the association is strongest when SCZ and ADHD are considered together, suggesting common genetic susceptibility. Given that DCLK1 variants were previously found to be associated with cognitive traits, these results are consistent with the role of DCLK1 in neurodevelopment and synaptic plasticity.