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Sonstige beteiligte Institutionen
- Institut für Biopsychologie, Universität Dresden (1)
- Institut für Neurowissenschaften der Universität Mailand (1)
- Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) Würzburg (1)
- Maastricht University, Department of Psychiatry and Neuropsychology (1)
- Translationale soziale Neurowissenschaften (1)
ResearcherID
- N-8985-2015 (1)
Das serotonerge System des Gehirns mit seinen Projektionen ins limbische System ist an der Pathogenese der Depression und anderer neuropsychiatrischer Erkrankungen beteiligt. Bei der serotonergen Neurotransmission spielt der Serotonintransporter (5-HTT) eine wichtige Rolle und ist auch therapeutischer Angriffspunkt verschiedener Antidepressiva. Das Tiermodell der 5-HTT-Knockout(KO)-Maus dient der Untersuchung des serotonergen Systems. Diese Tiere besitzen neben einem verstärkten Angst-ähnlichen Verhalten auch erhöhte 5-HT-Konzentrationen im synaptischen Spalt. Lange Zeit war man der Meinung, dass nahezu alle Nervenzellen während der Embryogenese bis kurz nach der Geburt gebildet werden. Neuere Untersuchungen konnten Neurogenese jedoch auch im Gehirn adulter Tiere und auch des Menschen nachweisen. Eine wichtige Gehirnregion mit adulter Neurogenese (aN) bis ins hohe Alter ist der Gyrus dentatus (GD) des Hippocampus. Der Hippocampus ist zentraler Teil des limbischen Systems und hat Schlüsselfunktionen bei Lernprozessen und der Gedächtnisbildung und unterliegt durch seine serotonerge Innervation auch dem Einfluss von 5-HT. Die Zusammenfassung dieser Beobachtungen führte zu folgender Arbeitshypothese: Eine erniedrigte Zahl von 5-HTT führt zu chronisch erhöhten 5-HT-Spiegeln im synaptischen Spalt. Die damit verbundene Stimulation des serotonergen Systems führt zu einer veränderten aN. Ziel der vorliegenden Arbeit war die quantitative Bestimmung von Proliferation, Überleben und Migration neu entstandener Zellen in der KZS des GD von heterozygoten (HET) und homozygoten 5-HTT-Mäusen (KO), die mit Wildtyptieren (WT) verglichen wurden. Dabei wurden ältere Mäusen mit einem Durchschnittsalter von 13,8 Monaten verwendet. In der Gruppe zur Untersuchung der Proliferation wurden die Versuchstiere (n=18) 24 h nach Injektionen mit BrdU getötet und histologische Schnitte des Hippocampus post mortem untersucht. In der Gruppe zur Untersuchung der Überlebensrate und Migration wurden die Mäuse (n=18) 4 Wochen nach den BrdU-Injektionen getötet. Im Proliferationsversuch wurde ein signifikanter Unterschied bei der Konzentration BrdU-markierter Zellkerne in der SGZ zwischen KO-Mäusen im Vergleich zu WT-Tieren gefunden, wobei HET-Mäuse ebenfalls eine signifikant höhere Konzentration BrdU-markierter Zellkerne in der SGZ gegenüber WT-Mäusen zeigten. In diesem Experiment ist somit ein positiver Einfluss des heterozygoten und homozygoten 5-HTT-KO auf die Entstehungsrate neuer Zellen im GD des Hippocampus im Vergleich zu den WT-Tieren feststellbar. Im Versuch zur Feststellung der Überlebensrate neu gebildeter Zellen im Hippocampus nach vier Wochen zeigten KO-Mäuse gegenüber WT- und HET-Mäusen keine signifikant höhere Zahl BrdU-markierter Zellkerne. Auch bei der Untersuchung der Migration war beinahe die Hälfte der BrdU-markierten Zellen von der SGZ in die KZS eingewandert. Ein signifikanter Unterschied zwischen den verschiedenen 5-HTT-Genotypen zeigte sich nicht. Offenbar hat der heterozygote oder homozygote 5-HTT-KO keinen Einfluss auf die Überlebensrate und das Migrationsverhalten neu entstandener Zellen. Bei den in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zur aN in 5-HTT-KO-Mäusen konnte weder bei der Gruppe zur Untersuchung der Proliferation von neuronalen Vorläuferzellen noch bei der Untersuchung der Überlebensrate oder Migration eine Abhängigkeit der ermittelten Konzentration BrdU-positiver Zellen vom Geschlecht oder Alter gefunden werden. Es zeigte sich jedoch eine signifikante negative Korrelation zwischen dem Gewicht der Tiere und dem Anteil gewanderter Zellen im Migrationsversuch, d.h. leichtere Tiere hatten tendenziell einen höheren Anteil von in die KZS eingewanderten Zellen. Zusammengefasst zeigt die vorliegende Arbeit zum einen, dass ältere KO- oder HET-Mäuse im Vergleich zu WT-Tieren eine erhöhte Proliferationsrate von neuronalen Vorläuferzellen aufweisen. Zum anderen konnte ein indirekter Zusammenhang zwischen dem Gewicht der Versuchstiere und der Anzahl von in die KZS eingewanderten Zellen nachgewiesen werden. Bei einer Vergleichsuntersuchung in unserem Hause mit zwei Gruppen jüngerer adulter 5-HTT-KO Mäuse mit einem Durchschnittalter von 7 Wochen und 3 Monaten konnte die Beobachtung einer erhöhten Proliferation nicht gemacht werden. Wir gehen deshalb davon aus, dass in diesem 5-HTT-KO Modell nur in höherem Alter eine veränderte 5-HT-Homöostase zu einer verstärkten Proliferation von neuronalen Vorläuferzellen führt.
Auswirkungen unterschiedlicher Haltungsbedingungen auf Phänotyp und Genexpression im Mausmodell
(2015)
In zahlreichen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Umweltbedingungen im frühen Lebensalter einerseits die Entwicklung von Resilienz, d.h. Widerstandsfähigkeit gegenüber Stressoren, andererseits aber auch die Entwicklung physischer und psychischer Erkrankungen im weiteren Lebensverlauf beeinflussen können. Dabei wird angenommen, dass sich sowohl dezidiert positive als auch in Maßen aversive Umweltbedingungen mit rezidivierender Stressbelastung günstig auf die Resilienz im späteren Leben auswirken können. Auf neurobiologischer Ebene scheinen dabei das CRH und seine Rezeptoren (CRHR1 und CRHR2), das NPY-System sowie das NPS-System (insbesondere NPS-Rezeptor) eine besondere Rolle zu spielen. Jedoch sind die exakten Zusammenhänge und neurobiologischen Grundlagen weiterhin nur unzureichend aufgeklärt. Dies ist insbesondere insofern bedauernswert, da weiterer Erkenntnisgewinn auf diesem Gebiet möglicherweise Präventionsstrategien und Therapieoptionen für den Menschen begründen könnte. Um die Auswirkung der Umweltbedingungen im frühkindlichen Lebensalter auf die Resilienz im späteren Leben weiter aufzuklären, wurden im Rahmen dieser Arbeit insgesamt 310 Cd1-Mäuse den Haltungsbedingungen "Environmental Enrichment" (EE, Stimulation durch Spielobjekte) und "Maternal separation" (MS, wiederholte Stressbelastung durch Separation der Nachkommen vom Muttertier) sowie Standardhaltungsbedingungen unterworfen. Insgesamt 31 männlichen Tieren wurde im Alter von vier Wochen die Gehirne entnommen und aus diesen jeweils die Regionen Frontalcortex,
Striatum, Nucleus accumbens, Hippocampus, Amygdala, dorsale Nuclei raphes und Hypothalamus herauspräpariert. Aus den gewonnenen Proben wurde RNA extrahiert, hieraus cDNA synthetisiert und abschließend - nach Ausschluss von Kontamination und Integritätsprüfung - die Expressionsraten der untersuchten Gene mittels RT-qPCR quantifiziert. Um auch verhaltensbiologische Konsequenzen der unterschiedlichen Haltungsbedingungen zu erfassen, wurden außerdem 30 weibliche sowie 30 männliche Tiere im weiteren Lebensverlauf verschiedenen Verhaltenstests zugeführt. In den Sucrose-Präferenz-Tests zeigten sich Effekte der Haltungsbedingung auf Sucrose-Konsum und Präferenz mit signifikant geringeren Werten der Haltungsgruppe EE. Bei der Auswertung der Openfield-Tests fanden sich Gruppen-Geschlechter-Interaktionseffekte mit signifikant geringeren Werten (Gesamtstrecke, Strecke und Aufenthaltsdauer im zentralen Bereich, Eintritte in den zentralen Bereich) der weiblichen EE-Tiere. In den Barnes Maze-Tests benötigten die Tiere
der Haltungsgruppe EE an den meisten Testtagen signifikant weniger Zeit, um in die Escape-Box zu "entkommen". Auf neurobiologischer Ebene fanden sich signifikante Unterschiede der CRH-Expressionsraten in Amygdalae und Frontalcortex, der CRHR 1-Expressionsraten in Amygdalae und Hypothalamus sowie der CRHR2-Expressionsraten in Amygdalae und Hippocampus. Demgegenüber konnte kein signifikanter Effekt der Haltungsbedingung auf das NPY-System gefunden werden.
Jedoch ließen sich signifikante Unterschiede der NPSR1-Expressionsraten in Amygdalae, Frontalcortex, dorsalen Nuclei raphes und Hypothalamus feststellen. Es kann also grundsätzlich von Auswirkungen unterschiedlich aversiver Haltungsbedingungen auf die Stress-Resilienz von Versuchstieren ausgegangen werden. Dies ist einerseits für Tierversuche allgemein von grundsätzlicher Bedeutung. Andererseits legen die Resultate eine entsprechende frühkindliche "Programmierung" auch im Menschen nahe.
Wesentlicher Inhalt der vorliegenden Dissertation war die EEG-Ableitung und EKP-Messung zur Untersuchung des sensorischen Gatings anhand des P50-Paarstimulus-Paradigmas bei einer Gruppe von ADHS-Patienten (n=23) sowie einer vergleichbaren Gruppe gesunder Erwachsener (n=25). Die Ableitung des EEGs erfolgte nach dem allgemein anerkannten internationalen 10/20-System, die Auswertung mit der Software Brain-Vision-Analyzer®. Bislang beschränkten sich viele Studien zur ADHS allein auf Untersuchungen im Kindesalter, da es sich bei der Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) um eine der häufigsten psychiatrischen Störungen des Kindes- und Jugendalters überhaupt handelt. Da diese bei Betroffenen meist aber bis in das Erwachsenenalter fortbesteht, lag der Schwerpunkt dieser Arbeit speziell auf der Untersuchung erwachsener ADHS-Patienten. In der ADHS-Gruppe konnte ein beeinträchtigtes Sensorisches Gating mit höheren Gatingquotienten im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe gezeigt werden. Des Weiteren galt es, mögliche Einflüsse des COMT-Val/Met-Polymorphismus auf die P50 herauszuarbeiten. Hypothetisch sollten Probanden mit dem katalytisch aktiveren Val/Val-Allel und dem dadurch resultierenden relativen Dopaminmangel ein schlechteres Sensorisches Gating aufweisen, als Probanden mit den Allelausprägungen Val/Met oder Met/Met. In der Patientengruppe fanden sich diesbezüglich keine signifikanten Unterscheidungen. Hingegen wiesen Träger des Val-Allels in der gesunden Normgruppe eine Beeinträchtigung des Gatings mit dem Nachweis der größten Gatingquotienten auf. Weitere signifikante Unterschiede zwischen den Allelen Val/Met und Met/Met wurden nicht gezeigt. Auch die bildschematische Darstellung der EEG-Datensätze mittels LORETA kam zu dem Ergebnis einer verstärkten frontalen Hirnaktivierung zum Zeitpunkt des Teststimulus (tS) im superioren frontalen Cortex in der gesunden Kontrollgruppe und gilt als Ausdruck normal funktionierender (inhibitorischer) Gating-Regelkreise. Diese verstärkte Aktivierung des frontalen Cortex fand sich bei ADHS-Patienten nicht und stützt somit die Hypothese eines Gating-Defizits bei ADHS-Patienten bedingt durch ein präfrontales Defizit.
Ein positiver Einfluss von Nikotin auf die P50 konnte nicht gezeigt werden, wobei aufgrund der kleinen Studiengröße keine abschließende Beurteilung möglich scheint.
Ob die Messung der P50 nach Beobachtung eines einschränkten Gatings bei ADHS-Patienten künftig als Endophänotyp der adulten ADHS-Erkrankung herangezogen werden kann, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten. Basierend auf den vorliegenden Ergebnissen scheinen weitere Studien an größeren Kollektiven sinnvoll. Neben dem COMT-Polymorphismus ist ggf. die Untersuchung von Polymorphismen weiterer Dopamin relevanter Enzyme und deren Einfluss auf das sensorische Gating zu diskutieren.
Bei einer Gruppe von 9 gesunden Probanden wurde während einer EEG-Ableitung mit 64 Kanälen der Span-of-Apprehension-Test durchgeführt. Auf der Verhaltensebene zeigte sich mit Zunahme des Schweregrades des SAT, d.h. mit Zunahme der Distrakto-renanzahl, eine Verlängerung der Reaktionszeiten sowie eine Zunahme der Fehlerrate. Weder auf der Verhaltensebene noch bei den evozierten Potentialen fand sich ein Un-terschied zwischen Zielbuchstaben F oder T. Eine erhöhte Anforderung an die Probanden während des SAT spiegelt sich in den evo-zierten Potentialen wie folgt wieder: Die frühen Potentiale (p150) zeigen erhöhte Amp-lituden sowie erniedrigte Latenzen, d.h. die Aktivität tritt früher und stärker auf. Dies kann mit der für die schwierigere Aufgabe notwendigerweise verstärkten Aufmerksam-keitsleistung erklärt werden. Dagegen treten die später evozierten Potentiale (p300) bei erhöhter Anforderung mit verlängerter Latenz und niedrigerer Amplitude auf. Zudem bewegen sich die Feldschwerpunkte auseinander. Dies kann zwar auf eine diffusere und oberflächlichere Aktivierung von Neuronenverbänden aufgrund der komplexeren Auf-gabenstellung hinweisen. Da jedoch auch die Fehlerrate anstieg, ist als plausible Erklä-rung anzunehmen, dass die synchrone Neuronenaktivität, die zur Aufgabenbewältigung nötig ist, bei Überschreiten der Leistungsgrenze Unregelmäßigkeiten im Sinne fehler-hafter Prozesse aufweist, die sich im Mittelwert der hirnelektrischen Potentiale als Amplitudenreduktion, auf Verhaltensebene durch falsche Antworten abbilden. Die Daten der Verhaltensebene stimmen mit den Erkenntnissen diverser neuropsycho-logischer Untersuchungen überein. Die Ergebnisse aus den kognitiv-evozierten Potenti-alen passen gut zu den aus der Literatur bekannten modulierenden Variablen Komplexi-tät und Aufmerksamkeit. In dieser Studie konnte nun erstmals mit einer hochauflösenden EEG-Untersuchung systematisch der modulierende Einfluss des Schwierigkeitsgrades des SAT auf die Komponenten der evozierten Potentiale nachgewiesen werden, d.h. inwieweit Kompo-nenten der evozierten Potentiale graduell je nach Schweregrad der Aufgabe verändert werden. Gerade in der Forschung mit schizophren erkrankten Patienten wurde der SAT als Verhaltensmaß eingesetzt. Diese Patientengruppe zeichnet sich durch Defizite im Bereich der Aufmerksamkeitsleistung und folglich Defizite in der Bearbeitung komple-xerer Aufgaben aus. Aus der Kombination beider Methoden lassen sich in Zukunft bei dem auch für diese Patientengruppe leicht durchzuführenden Test Aussagen über die Veränderung der hirnelektrischen Aktivität gegenüber gesunden Probanden erwarten. Als wesentliche Schlussfolgerung für die Aktivierung von messbaren hirnphysiologi-schen Prozessen durch kognitive Aufgaben kann festgestellt werden, dass eine Steige-rung des Schwierigkeitsgrades über die optimale individuelle Leistung hinaus zur Kon-tamination der Messungen mit fehlerhaften Prozessen zu führen scheint und somit zu schwer oder nicht interpretierbaren Ergebnissen führt. Dies erfordert ein grundsätzli-ches Umdenken bei der Anwendung und Entwicklung von neurophysiologischen Tests in der modernen funktionellen Hirnforschung, da diese Tests traditionell v. a. durch Variablen auf Verhaltensebene beurteilt werden (nämlich Fehlerraten), die erst dann aussagekräftig werden, wenn das System hirnphysiologisch gesehen bereits übersteuert ist.
Subjektiver Tinnitus ist eine akustische Phantomwahrnehmung, d.h. ohne das Vorhandensein einer externen oder internen Geräuschquelle. Diese oft sehr belastende Störung steht aktuellen Studien zufolge in einem Zusammenhang mit pathologisch gesteigerter Aktivität und Erregbarkeit zentral-nervöser auditorischer Strukturen. Derartige Hyperaktivitäten und –exzitabilitäten konnten bereits experimentell durch eine repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) reduziert werden. Die vorliegende randomisierte, Placebo-kontrollierte Studie ging zwei Fragestellungen nach. Erstens sollte geprüft werden, ob sich das Aktivierungsmuster auf akustische Stimulation im auditorischen Kortex bei Tinnituspatienten von dem gesunder Kontrollpersonen unterscheidet. Zweitens sollte untersucht werden, ob durch eine rTMS eine Tinnitussymptomatik verbessert werden kann und dies in Form einer reduzierten kortikalen Hyperaktivität auch mit der Nah-Infrarot Spektroskopie (NIRS) nachweisbar ist. In der Verum-Gruppe wurden an 10 aufeinanderfolgenden Werktagen täglich je 2000 Stimuli mit einer Frequenz von 1 Hz über dem linken auditorischen Kortex appliziert. Die Tinnitussymptomatik wurde mit dem Tinnitusfragebogen nach Göbel & Hiller (TFB), dem Tinnitus-Handicap-Inventory-Score (THI) und dem Tinnitus-Schweregrad-Fragebogen (TSG) erfasst. Die NIRS-Messungen erfolgten vor und direkt nach der letzten Stimulation mit zwei verschiedenen akustischen Paradigmen und einer motorischen Kontrollaufgabe. Es konnten deutliche Unterschiede bezüglich des Aktivierungsmusters auf akustische Stimulation im auditorischen Kortex zwischen den Tinnituspatienten und gesunden Kontrollpersonen gefunden werden. Die Tinnituspatienten zeigten signifikant stärkere Aktivierungen als die gesunden Kontrollpersonen. Diese Ergebnisse unterstützen die „Hyperexzitabilitätstheorie“ von Melcher et al. (2009). Ferner konnte, wie in der Studie von Melcher et al. (2009), kein Zusammenhang zwischen der Tinnituslateralisation und dem Aktivierungsmuster gefunden werden. Bezüglich der Effektivität der rTMS gegenüber einer Placebo-Stimulation ließ sich kein eindeutiger Therapieerfolg nachweisen. Es konnte zwar anhand von NIRS-Messungen gezeigt werden, dass die rTMS eine kortikale Hyperexzitabilität stärker reduzierte als die Placebo-Stimulation. Es ließ sich jedoch kein Zusammenhang zwischen der geringeren Hyperexzitabilität und einer verbesserten Tinnitussymptomatik finden. Da jedoch die Fallzahlen dieser Studie klein waren, sollten diese Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden. Außerdem deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die NIRS eine erfolgversprechende Methode für den objektiven Nachweis Tinnitus-assoziierter zentral-nervöser Veränderungen und möglicherweise auch von Therapieeffekten ist. Sie bietet zahlreiche Vorteile gegenüber anderen bildgebenden Methoden: sie ist einfach in der Handhabung, wiederholt anwendbar, risikoarm, preisgünstig und nicht invasiv. Um die NIRS jedoch als etablierte Nachweismethode in der Klinik einsetzen zu können, sollten weitere Studien mit größeren Fallzahlen generiert werden. Auch sollten optimierte, allgemeingültige akustische Stimulationsparadigmen gefunden werden, um die Ergebnisse künftiger Studien besser miteinander vergleichen zu können.
Die Alzheimer Demenz und der Morbus Parkinson als häufigste neurodegenerative Erkrankungen führen zu schwerer Behinderung, zu Pflegebedürftigkeit und meist über Komplikationen zum Tod. Ihr langer Verlauf stellt für Betroffene, Angehörige sowie für das Gesundheitssystem eine enorme Belastung dar. Da die Ätiologie der Alzheimer Demenz und des Morbus Parkinson sowie der meisten neurodegenerativen Krankheiten im Einzelnen nicht bekannt sind und phänotypische Überschneidungen auftreten, sind die Möglichkeiten der eindeutigen Diagnosestellung häufig eingeschränkt oder erst postmortal möglich. Um eine Therapie bei Auftreten der ersten klinischen Symptome zu beginnen oder eine Voraussage der Erkrankungen zu ermöglichen, ist eine sensitive und validierte Frühdiagnostik nötig. Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb, auf der Genebene potentielle pathogenetische Verbindungen, mögliche diagnostische Markerproteine sowie Zusammenhänge zum zeitlichen Verlauf beider Krankheiten zu identifizieren. Dafür wurde mit der Real-Time Polymerasekettenreaktion die Expression von 44 Genen anhand von post mortem Gehirngewebe von Patienten mit Alzheimer Demenz, Morbus Parkionson im Vergleich zu Gesunden aus den vier Hirnregionen Hippocampus, Gyrus frontalis medialis, Gyrus temporalis medialis und Kleinhirn untersucht. Im Resultat zeigen die Gene mit einer statistisch signifikant veränderten Expression, z. B. Glutamattransporter, olfaktorische Rezeptoren oder vakuoläre Sortierungsproteine, bei beiden Erkrankungen gehäuft gleichsinnige Änderungen. Anhand dieser Ergebnisse ist eine kausale Verknüpfung des veränderten Genmetabolismus mit der ablaufenden Neurodegeneration zu vermuten. Zusätzlich wird die Hypothese gemeinsamer pathogenetischer Mechanismen beider Erkrankungen untermauert. Zusammenhänge der Genexpression zum zeitlichen Verlauf der Erkrankungen werden nur vereinzelt belegt, bekräftigten dann aber die Annahme einer Assoziation zu den degenerativen Prozessen. Die Identifizierung eines spezifischen Biomarkers für eine der beiden Erkrankungen war ein Ziel der vorliegenden Arbeit. Aufgrund seiner Expressionsänderung im Hippocampus bei Patienten mit Alzheimer Demenz könnte das BACE1-Gen (Beta site APP cleaving enzyme 1), das dort eine signifikante Expressionsabnahme zeigt, als solcher für dieses Patientenkollektiv diskutiert werden. Die häufig in dieser Arbeit im Hippocampus detektierten, signifikanten Expressionsänderungen, weisen zudem auf eine besondere Affektion dieser Hirnregion bei der Alzheimer Demenz als auch beim Morbus Parkinson hin. Des Weiteren werden in der vorliegenden Arbeit im Kleinhirn, einer Hirnregion, in der bei beiden Erkrankungen scheinbar kaum oder keine pathologischen Prozesse ablaufen, gehäuft und dann ähnliche Änderungen der Genexpression gemessen, die für eine Beteiligung des Kleinhirns bei beiden Krankheiten sprechen, deren Bedeutung bislang unklar ist.
Die in vielen Lebenssituationen über Erfolg und Misserfolg, Sympathie und Antipathie entscheidende, unterschiedlich ausgeprägte Fähigkeit zur sozialen Interaktion ist Gegenstand neurowissenschaftlicher Untersuchungen. Die Versuche einer kortikalen Lokalisierung führten zur Beschreibung des Spiegelneuronensystems (SNS) in Hirnregionen, die sowohl beim Ausführen einer Aktion Aktivität zeigten als auch beim Beobachten derselben beim Gegenüber. Die stärkste Aktivierung dieser Areale wurde bei schrittweise abwechselnder Ausführung einer Aufgabe in Koordination mit einem Partner, kurz abwechselnde soziale Aktion, erreicht. In der Autismus-Forschung fanden sich in bildgebenden Studien Belege für eine Dysfunktion des SNS, damit übereinstimmend waren die diesem System zugeschriebenen Fähigkeiten defizitär. Die genetische Forschung hat zeigen können, dass verschiedene Persönlichkeitseigenschaften mit genetischen Polymorphismen korrelieren. Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang der funktionelle Polymorphismus der Promotor Region des Serotonin–Transporter-Gens, der in verschiedenen Allelkombinationen aus S (Short)- und L (Long)– Varianten besteht, wobei die SS-Homozygotie bisher überwiegend mit negativ konnotierten Eigenschaften wie erhöhter Ängstlichkeit und ausgeprägter Hypervigilanz, einer Überempfindlichkeit auf äußere Reize mit stärkerer neuronaler Schreckreaktion, verknüpft wurde. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Beziehungen zu untersuchen zwischen Persönlichkeitseigenschaften, insbesondere solcher aus dem Autismusspektrum, genetischen Polymorphismen (SERT, COMT) und kortikaler Aktivität unter Spiegelneuronen-Provokation. Dabei wurde die Hypothese aufgestellt, dass SS-Allelträger unter SNS-aktivierenden Versuchsbedingungen eine höhere kortikale Aktivität zeigen als LL-Allelträger. Weiterhin wurde überprüft, ob nachteilige Persönlichkeitseigenschaften aus dem Asperger-Spektrum invers korrelieren mit der Ausprägung kortikaler Aktivität unter Spiegelneuronen-Provokation. Unter Verwendung eines pseudorandomisierten Blockdesigns wurde bei 59 Probanden mittels der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) unter alltagsnahen Versuchsbedingungen die kortikale Aktivität in drei definierten Hirnarealen (IPL, PMC und IFG) gemessen. Diese Daten wurden dann in Beziehung gesetzt zu den Ergebnissen der Genotypisierung und den ermittelten Persönlichkeitseigenschaften. Letztere wurden auch auf Korrelation mit den Genotypen (SERT, COMT) untersucht. Aktivierungsüberschneidung, definiert als kortikale Aktivität sowohl bei der Beobachtungs- als auch bei der alleinigen Ausführungsbedingung, als Charakteristikum des SNS, konnte in allen untersuchten Arealen nachgewiesen werden. Dabei ergab das abwechselnde Agieren als Prototyp der sozialen Interaktion die höchsten Werte. Für den SERT-Polymorphismus ergab sich im IPL-Kanal 40 ein deutlicher Einfluss der SS-Homozygotie. Für den COMT-Polymorphismus konnte kein Einfluss nachgewiesen werden. Im Vergleich der SERT-Genotypen mit den erfassten Persönlichkeitseigenschaften ergab sich ein signifikantes Ergebnis für den SS-Genotyp. Die für kompetente soziale Interaktion erforderliche Fähigkeit zum Attention Switching war bei SS-Allelträgern stärker ausgeprägt. Für diese in einer Asperger-Test-Subskala erfasste Persönlichkeitseigenschaft konnte zusätzlich im Vergleich mit der kortikalen Aktivitätsmessung eine begrenzte statistische Korrelation erfasst werden, indem unter den LL-Homozygoten der Kontrast der kortikalen Aktivität zwischen abwechselndem und alleinigem Ausführen bei geringerer Attention-Switching-Pathologie ausgeprägter war. Zusammenfassend lassen sich die Ergebnisse einordnen in Studien zum SNS, da hier mithilfe der fNIRS-Methodik kortikale Aktivität bei geeigneter realitätsnaher Provokation in den Arealen PMC, IFG und IPL nachweisbar war. Berichte zu erhöhter kortikaler Aktivität bei prototypischer sozialer Interaktion, hier dem abwechselnden Ausführen von Teilaufgaben, in Arealen, die sich dem SNS zuordnen lassen, werden durch die vorliegenden Daten gestützt. Die vorliegende Arbeit liefert erstmalig Daten zur Unterstützung der zentralen Hypothese einer Korrelation zwischen der mit fNIRS gemessenen kortikalen Aktivierung und unterschiedlichen Genotypen. SS-Allelträger zeigten eine höhere kortikale Aktivität im IPL-Kanal 40 bei prototypischer sozialer Interaktion im Vergleich zu den LL-Allelträgern. Zusätzlich gelang der Beleg für die Annahme einer Verknüpfung der SS-Homozygotie mit ausgeprägterem Attention Switching. Dies lässt sich einordnen in die These von Homberg und Lesch, die für die SS-Homozygotie aus evolutionstheoretischen Erwägungen eine bessere Ausprägung von Grundvoraussetzungen für erfolgreiche soziale Integration postulierten, da dieser Genotyp ansonsten durch die bisher assoziierten Eigenschaften wie erhöhter Ängstlichkeit, stärkerer Schreckreaktion und dem gehäuften Auftreten von Depressionen und Suizidalität in der Evolution kaum überlebt hätte.
Veränderungen der Neuroentwicklung und synaptischen Funktion scheinen einen ätiologischen Beitrag an schizophrenen Psychosen zu leisten. SHANK3 ist ein Gerüstprotein der postsynaptischen Dichte (PSD) exzitatorischer Synapsen und spielt bei der glutamatergen Signaltransduktion, der Hirnentwicklung und Neuroplastizität eine funktionelle Rolle. Ferner stellen genetische Mutationen von SHANK3 einen kausalen Faktor für das seltene 22q13.3 Deletionssyndrom (Phelan-McDermid-Syndrome) dar und werden darüber hinaus mit kognitiven Beeinträchtigungen, Autismus Spektrum Störungen (ASD) und schizophrenen Psychosen in Verbindung gebracht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit lag darin, die Rolle von SHANK3 als einen möglichen genetischen Risikofaktor für schizophrene Psychosen zu evaluieren.
Hierfür untersuchten wir sechs die SHANK3-Region umspannenden SNPs innerhalb unserer deutschen Fall-Kontrollstudie (Fälle: n=1172; Kontrollen: n=384) in einem polydiagnostischen Ansatz (ICD-10; Leonhard Klassifikation). Die Fälle erfüllten die Kriterien für Schizophrenie nach ICD-10 und wurden ferner zur besseren Phänotyp Charakterisierung nach der differenzierten prognoseorientierten Klassifikation von Leonhard eingeteilt und separat ausgewertet.
In Überstimmung mit dem Mutationsbefund von SHANK3 bei Schizophrenie kann unsere Studie ebenfalls eine positive Assoziation für zwei der sechs ausgewählten Polymorphismen bestätigen. Der nicht codierende Marker 756638, mit seiner intergenischen Lage am 3'-UTR von SHANK3, erwies sich positiv im Gesamtkollektiv (p=0,005; n=1172) wie auch in allen Gruppen nach Leonhard (systematische Schizophrenien, unsystematische Schizophrenien, zykloide Psychosen) assoziiert. Der signifikanteste Wert dieser Studie ergab sich für die Untergruppe der Hebephrenien (p=0,0004; n=117). Ein weiterer Marker rs6010063, der im Bereich des Introns 20-21 liegt, zeigte bei den zykloiden Psychosen, im Gegensatz zum Gesamtkollektiv, positive Befunde (p=0,005; n=309). Konkordant zu den Ergebnissen der Einzelmarkeranalyse ergab sich bei den zykloiden Psychosen ein Risikohaplotyp rs6010063A-rs756638G (p=0,002). In der LD-Analyse ergab sich lediglich eine Region verstärkter Kopplung zwischen den Markern rs9616915 und rs739365 (D’=0,88).
Zusammenfassend liefern die nominell positiven Assoziationsbefunde der vorliegenden Arbeit weitere Bestätigung dafür, dass der PSD-Komplex in der Ätiologie von Schizophrenie eine wichtige Rolle zu spielen scheint und bilden die Grundlage für weitere intensive Forschungen, insbesondere am Suszeptibilitätslokus SHANK3 bei schizophrenen Psychosen.
Hintergrund: Das Spielen von Computerspielen ist ein viel diskutiertes Thema. Auf der Suche nach Auswirkungen des Spielens lassen sich einige Studien finden, die Veränderungen im Erleben und Verhalten zeigen [6-8]. Bei der Frage nach der Ursache hierfür, müssen Aspekte wie Persönlichkeit, Hirnphysiologie, neuronale Grundlagen und Genetik untersucht und diskutiert werden. Der bekannte Persönlichkeitsforscher J. Alan Gray beschreibt in seiner Reinforcement Sensitivity Theory (RST) drei verschiedene Hirnsysteme, die das Annäherungs- und Vermeidungsverhalten regulieren. Eines dieser Systeme, das Behavioral Inhibition System (BIS) wird ganz besonders häufig beim Spielen von sogenannten Ego-Shooter Spielen aktiviert.
Ziel: Ziel der Untersuchung war es, herauszufinden, ob das Spielen dieser Computerspiele einen Trainingseffekt auf neurophysiologische Grundlagen der Persönlichkeit, genauer des BIS nach Gray, hat. Wenn es einen erlernten Effekt gibt, müsste ein signifikanter Unterschied zwischen den BIS scores der Spieler und Nicht-Spieler erkennbar sein. Sollte es keinen signifikanten Unterschied geben, kann es dennoch sein, dass sich das neuronale Substrat (also die physiologische Grundlage) des BIS durch das Training verändert, auch wenn dies dann nicht zu einem anderem Verhalten führt.
Methoden: Es wurden die Ergebnisse von jeweils 17 Ego-Shooter-Spielern und Nicht-Spielern aus dem Fragebogen SPSRQ bezüglich Unterschieden in den Mittelwerten der BIS scores mithilfe eines t-Tests miteinander verglichen. Außerdem wurde von allen Probanden fMRT - Datenmaterial gewonnen und zunächst eine zweifaktorielle ANOVA durchgeführt: die Faktoren waren Spieler (Ja/Nein) und BIS score und gemessen wurde die neuronale Aktivität in Amygdala und Hippocampus im resting state. Um den bekannten Störfaktor Genetik miteinzubeziehen, erfolgte anschließend eine dreifaktorielle ANOVA mit der Kovariate TPH2. Für die Bestimmung dieser Kovariate wurde jedem Probanden ein Röhrchen Blut entnommen und eine Genotypisierung durchgeführt.
Ergebnisse: Der Vergleich der BIS scores mittels t-Test liefert keinen signifikanten Unterschied zwischen Spielern und Nicht-Spielern. In der zweifaktoriellen Varianzanalyse zeigen sich signifikante Unterschiede und eine unterschiedliche Richtung der Korrelation. Während die Korrelation von neuronaler Aktivität und BIS score bei den Spielern positiv ist, ist sie bei den Nicht-Spielern negativ. Der Unterschied verliert in der dreifaktoriellen ANOVA mit der Kovariate TPH2 seine Signifikanz.
Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der Arbeit führen zu der entscheidenden Frage, wie unterschiedliche neuronale Aktivitäten entstehen. Zwei sehr kontroverse Ansätze stehen sich dabei gegenüber: 1. Der Genotyp hat einen Einfluss auf die neuronale Plastizität während der Entwicklung. Die vorliegende Arbeit, wie auch frühere Studien -wie die von Hahn et al. [58] - geben Hinweise darauf, dass der Genotyp diesen Einfluss besitzt. Die Tendenz, die bei der Genotypisierung zu sehen ist, lässt die Spekulation zu, dass Personen mit einem bestimmten Genotyp eher zu Spielern werden, als Personen mit einer anderen Ausprägung. Um diese Frage zu klären, sind Untersuchungen mit einem größeren Stichprobenumfang notwendig. 2. Die Unterschiede sind das Ergebnis eines sogenannten Trainingseffektes, entstehen also durch Einfluss von außen und hängen ab von den jeweiligen Erlebnissen, die im Laufe eines Lebens gemacht werden. Trotz der Ergebnisse, die den starken Einfluss des Genotyps aufzeigen, bleibt eine Restwahrscheinlichkeit für den Trainingseffekt und der Anreiz für weitere Studien mit dieser Fragestellung.
Coffin-Lowry syndrome is a rare syndromic form of X-linked mental retardation caused by heterogeneous loss-of-function mutations in the gene RPS6KA3 that encodes the RSK2 protein. Clinical features are delayed motor development, small height, progressive skeletal malformations and mental retardation.
Rsk2 deficiency affects behavioral, cellular and molecular functions. To characterize and investigate how this deficiency affects these functions, we made a series of experiments using Rsk2-deficient mice as the animal model for Coffin-Lowry syndrome.
We applied a battery of behavioral tests and included the use of the IntelliCage for the first time as a behavioral paradigm to study anxiety-like behavior and depression-like behavior in Rsk2-deficient mice. Results from the conventional behavioral tests and from the IntelliCage indicate that Rsk2-deficient mice may have an anti-anxiety and anti-depressive phenotype.
We evaluated in Rsk2 deficient mice the relative gene expression of a set of genes coding for proteins related to RSK2 which are involved in fear memory, synaptic plasticity, neurogenesis, learning, emotional behavior and stress. We found gene expression alterations in the prefrontal cortex and striatum. These results suggest that RSK2 may be involved in the expression of the genes.
RSK2 is known to be related to monoamine neurotransmitter function. We measured the levels of dopamine, serotonin and noradrenaline/norepinephrine and their metabolites in different brain regions of Rsk2-deficient mice. We found differences in the dopaminergic and noradrenergic systems suggesting an increased or decreased activity of these neurotransmission systems as a result of Rsk2 deficiency.
Adult neurogenesis is a form of neuronal plasticity and a multi-step process of cell development. We explored if this form of neuronal plasticity was affected by Rsk2-deficiency. Our results indicate that adult hippocampal neurogenesis is not influenced by lifelong Rsk2 deficiency. It would be worth to analyze in the future other aspects of neuroplasticity.
We have confirmed, that behavioral characteristics of Rsk2-deficient mice make them an interesting model to study the Coffin-Lowry syndrome by extending the behavioral characterization on the emotional level. Furthermore, we have extended the characterization of the model on a molecular level, opening new opportunities to study and understand the pathophysiological basis of the Coffin-Lowry syndrome.