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EU-Project number / Contract (GA) number
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Intrazerebrale stereotaktische Eingriffe werden zu einem großen Teil ohne direkte Sichtkontrolle durchgeführt. Ein Operateur muss sich deshalb bei der räumlichen Festlegung von Strukturen und beim Anfahren dieser Strukturen auf Hilfsmittel wie stereotaktische Geräte und auf Atlanten, über welche die stereotaktischen Geräte gesteuert werden, verlassen. Trotz großer Fortschritte bei den bildgebenden Verfahren während der letzten dreißig Jahre, ist es gegenwärtig noch nicht möglich, zuverlässig alle subkortikalen Strukturen mit computertomographischen (CT) oder magnetresonanztomographischen (MRT) zu identifizieren oder begrenzen. Eine ganze Reihe zytoarchitektonischer beziehungsweise immunhistochemischer Atlanten wurde veröffentlicht. Dennoch ist es nicht gelungen, die Ergebnisse und Abbildungen dieser Atlanten mit bildgebenden Verfahren bis in die gewünschten Details zu kombinieren, um auf diese Weise das immer noch geringe Auflösungsvermögen radiologischer Methoden zu erhöhen. Deformationen bei der Gewebsentnahme des Gehirns, bei der anschließenden Einbettung, bei der alkoholischen Dehydrierung des Gewebes, Verformungen beim Schneiden und Färben der Schnitte überfordern selbst hoch komplexe mathematische Verfahren und Algorithmen beim Versuch, zytoarchitektonische und immunhistochemische Schnitte mit der gewünschten Präzision den radiologischen Ergebnissen und Bildern und damit indirekt auch den Verhältnissen in vivo anzupassen. Als Alternative verwendeten wir ungewöhnlich dicke (350 – 440 µm) Gallozyanin- (Nissl) gefärbte Serienschnitte durch die Gehirne (ZNS) von drei Personen im Alter von 56, 68 und 36 Jahren. Bei einem Fall wurde das ZNS post mortem mit einem Kernspintomographen vor der Entnahme gescannt. Die Serienschnitte durch dieses Gehirn und das eines zweiten und dritten nicht-gescannten Falles wurden mit Gallozyanin gefärbt, die zytoarchitektonischen Grenzen des Thalamuskomplexes und seiner Unterkerne wurden nach Hassler (1982) identifiziert, jede ihrer Grenzen mit dem Cursor eines Graphiktabletts umfahren und die Gestalt des Thalamuskomplexes und seiner Unterkerne mit Hilfe von Photoshop CS5® und eines computergestützten 3D-Rekonstruktionsprogramms (Amira®) dargestellt. Im Fall 3 ließen sich nach Dunkelfeldbeleuchten die Verteilung markhaltiger Fasern studieren und die zytoarchitektonischen mit myeloarchitektonischen Befunden erweitern und ergänzen. Zusätzlich konnten im Fall 1 die histologischen Serienschnitte und ihre 3D Rekonstruktion mit dem post mortem in cranio MRT registriert werden. Insgesamt kann dieser methodische Ansatz als eine robuste und relativ einfache wenn auch mit umfangreicherer manueller Tätigkeit verbundene Technik zur sehr detailreichen unverformten Korrelation zytoarchitektonischer und kernspinotomographsicher Darstellung des Thalamuskomplexus und seiner Unterkerne angesehen werden. Sie könnte als Grundlage für die Herausgabe eines multimedialen 3D stereotaktischen Atlas des menschlichen Gehirns dienen.
Background: Cytokines such as interleukin 6 (IL-6) have been implicated in dual functions in neuropsychiatric disorders. Little is known about the genetic predisposition to neurodegenerative and neuroproliferative properties of cytokine genes. In this study the potential dual role of several IL-6 polymorphisms in brain morphology is investigated.
Methodology: In a large sample of healthy individuals (N = 303), associations between genetic variants of IL-6 (rs1800795; rs1800796, rs2069833, rs2069840) and brain volume (gray matter volume) were analyzed using voxel-based morphometry (VBM). Selection of single nucleotide polymorphisms (SNPs) followed a tagging SNP approach (e. g., Stampa algorigthm), yielding a capture 97.08% of the variation in the IL-6 gene using four tagging SNPs. Principal findings/results In a whole-brain analysis, the polymorphism rs1800795 (-174 C/G) showed a strong main effect of genotype (43 CC vs. 150 CG vs. 100 GG; x = 24, y = -10, z = -15; F(2,286) = 8.54, p(uncorrected) = 0.0002; p(AlphaSim-corrected) = 0.002; cluster size k = 577) within the right hippocampus head. Homozygous carriers of the G-allele had significantly larger hippocampus gray matter volumes compared to heterozygous subjects. None of the other investigated SNPs showed a significant association with grey matter volume in whole-brain analyses.
Conclusions/significance: These findings suggest a possible neuroprotective role of the G-allele of the SNP rs1800795 on hippocampal volumes. Studies on the role of this SNP in psychiatric populations and especially in those with an affected hippocampus (e.g., by maltreatment, stress) are warranted.
Multiple fluorescence in situ hybridization is the method of choice for studies aimed at determining simultaneous production of signal transduction molecules and neuromodulators in neurons. In our analyses of the monoamine receptor mRNA expression of peptidergic neurons in the rat telencephalon, double tyramide-signal-amplified fluorescence in situ hybridization delivered satisfactory results for coexpression analysis of neuropeptide Y (NPY) and serotonin receptor 2C (5-HT2C) mRNA, a receptor subtype expressed at high-to-moderate abundance in the regions analyzed. However, expression of 5-HT1A mRNA, which is expressed at comparatively low abundance in many telencephalic areas, could not be unequivocally identified in NPY mRNA-reactive neurons due to high background and poor signal-to-noise ratio in fluorescent receptor mRNA detections. Parallel chromogenic in situ hybridization provided clear labeling for 5-HT1A mRNA and additionally offered the possibility to monitor the chromogen deposition at regular time intervals to determine the optimal signal-to-noise ratio. We first developed a double labeling protocol combining fluorescence and chromogenic in situ hybridization and subsequently expanded this variation to combine double fluorescence and chromogenic in situ hybridization for triple labelings. With this method, we documented expression of 5-HT2C and/or 5-HT1A in subpopulations of telencephalic NPY-producing neurons. The method developed in the present study appears suitable for conventional light and fluorescence microscopy, combines advantages of fluorescence and chromogenic in situ hybridization protocols and thus provides a reliable non-radioactive alternative to previously published multiple labeling methods for coexpression analyses in which one mRNA species requires highly sensitive detection.
Multiple fluorescence in situ hybridization is the method of choice for studies aimed at determining simultaneous production of signal transduction molecules and neuromodulators in neurons. In our analyses of the monoamine receptor mRNA expression of peptidergic neurons in the rat telencephalon, double tyramide-signal-amplified fluorescence in situ hybridization delivered satisfactory results for coexpression analysis of neuropeptide Y (NPY) and serotonin receptor 2C (5-HT2C) mRNA, a receptor subtype expressed at high-to-moderate abundance in the regions analyzed. However, expression of 5-HT1A mRNA, which is expressed at comparatively low abundance in many telencephalic areas, could not be unequivocally identified in NPY mRNA-reactive neurons due to high background and poor signal-to-noise ratio in fluorescent receptor mRNA detections. Parallel chromogenic in situ hybridization provided clear labeling for 5-HT1A mRNA and additionally offered the possibility to monitor the chromogen deposition at regular time intervals to determine the optimal signal-to-noise ratio. We first developed a double labeling protocol combining fluorescence and chromogenic in situ hybridization and subsequently expanded this variation to combine double fluorescence and chromogenic in situ hybridization for triple labelings. With this method, we documented expression of 5-HT2C and/or 5-HT1A in subpopulations of telencephalic NPY-producing neurons. The method developed in the present study appears suitable for conventional light and fluorescence microscopy, combines advantages of fluorescence and chromogenic in situ hybridization protocols and thus provides a reliable non-radioactive alternative to previously published multiple labeling methods for coexpression analyses in which one mRNA species requires highly sensitive detection.
RATIONALE:
The endocannabinoid (eCB) system is implicated in several psychiatric disorders. Investigating emotional-motivational dysfunctions as underlying mechanisms, a study in humans revealed that in the C385A polymorphism of the fatty acid amide hydrolase (FAAH), the degrading enzyme of the eCB anandamide (AEA), A carriers, who are characterized by increased signaling of AEA as compared to C/C carriers, exhibited reduced brain reactivity towards unpleasant faces and enhanced reactivity towards reward. However, the association of eCB system with emotional-motivational reactivity is complex and bidirectional due to upcoming compensatory processes.
OBJECTIVES:
Therefore, we further investigated the relationship of the FAAH polymorphism and emotional-motivational reactivity in humans.
METHODS:
We assessed the affect-modulated startle, and ratings of valence and arousal in response to higher arousing pleasant, neutral, and unpleasant pictures in 67 FAAH C385A C/C carriers and 45 A carriers.
RESULTS:
Contrarily to the previous functional MRI study, A carriers compared to C/C carriers exhibited an increased startle potentiation and therefore emotional responsiveness towards unpleasant picture stimuli and reduced startle inhibition indicating reduced emotional reactivity in response to pleasant pictures, while both groups did not differ in ratings of arousal and valence.
CONCLUSIONS:
Our findings emphasize the bidirectionality and thorough examination of the eCB system's impact on emotional reactivity as a central endophenotype underlying various psychiatric disorders.
Rationale
The endocannabinoid (eCB) system is implicated in several psychiatric disorders. Investigating emotional–motivational dysfunctions as underlying mechanisms, a study in humans revealed that in the C385A polymorphism of the fatty acid amide hydrolase (FAAH), the degrading enzyme of the eCB anandamide (AEA), A carriers, who are characterized by increased signaling of AEA as compared to C/C carriers, exhibited reduced brain reactivity towards unpleasant faces and enhanced reactivity towards reward. However, the association of eCB system with emotional–motivational reactivity is complex and bidirectional due to upcoming compensatory processes.
Objectives
Therefore, we further investigated the relationship of the FAAH polymorphism and emotional–motivational reactivity in humans.
Methods
We assessed the affect-modulated startle, and ratings of valence and arousal in response to higher arousing pleasant, neutral, and unpleasant pictures in 67 FAAH C385A C/C carriers and 45 A carriers.
Results
Contrarily to the previous functional MRI study, A carriers compared to C/C carriers exhibited an increased startle potentiation and therefore emotional responsiveness towards unpleasant picture stimuli and reduced startle inhibition indicating reduced emotional reactivity in response to pleasant pictures, while both groups did not differ in ratings of arousal and valence.
Conclusions
Our findings emphasize the bidirectionality and thorough examination of the eCB system’s impact on emotional reactivity as a central endophenotype underlying various psychiatric disorders.
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.
Eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Pathophysiologie der ADHS scheint der komplexe Prozess der Signaltransduktion an der neuronalen Synapse innezuhaben. Dieser wird bewerkstelligt durch ein komplexes Zusammenspiel sogenannter SNARE-Proteine, unter anderem dem synaptosomal-assoziiertem Protein SNAP-25. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung potentiell-funktioneller Varianten des Kandidatengens SNAP-25 auf eine Assoziation mit der ADHS in einer deutschen Stichprobe. Bei den untersuchten Single-Nukleotid-Polymorphsimen handelt es sich dabei um SNP rs6077690 im Promotorbereich und SNP rs363006 in Intron 8 des Kandidatengens SNAP-25, deren Assoziation mit der ADHS in der Fachliteratur beschrieben ist. Desweiteren wurde ein bis lang nicht untersuchter SNP,rs6039769 in diese Studie miteinbezogen.
A recent genome-wide association study in patients with panic disorder (PD) identified a risk haplotype consisting of two single-nucleotide polymorphisms (SNPs) (rs7309727 and rs11060369) located in intron 3 of TMEM132D to be associated with PD in three independent samples. Now we report a subsequent confirmation study using five additional PD case-control samples (n = 1670 cases and n 2266 controls) assembled as part of the Panic Disorder International Consortium (PanIC) study for a total of 2678 cases and 3262 controls in the analysis. In the new independent samples of European ancestry (EA), the association of rs7309727 and the risk haplotype rs7309727-rs11060369 was, indeed, replicated, with the strongest signal coming from patients with primary PD, that is, patients without major psychiatric comorbidities (n 1038 cases and n 2411 controls). This finding was paralleled by the results of the meta-analysis across all samples, in which the risk haplotype and rs7309727 reached P-levels of P = 1.4e-8 and P = 1.1e-8, respectively, when restricting the samples to individuals of EA with primary PD. In the Japanese sample no associations with PD could be found. The present results support the initial finding that TMEM132D gene contributes to genetic susceptibility for PD in individuals of EA. Our results also indicate that patient ascertainment and genetic background could be important sources of heterogeneity modifying this association signal in different populations.
The adult form of attention deficit/hyperactivity disorder (aADHD) has a prevalence of up to 5% and is the most severe long-term outcome of this common neurodevelopmental disorder. Family studies in clinical samples suggest an increased familial liability for aADHD compared with childhood ADHD (cADHD), whereas twin studies based on self-rated symptoms in adult population samples show moderate heritability estimates of 30–40%. However, using multiple sources of information, the heritability of clinically diagnosed aADHD and cADHD is very similar. Results of candidate gene as well as genome-wide molecular genetic studies in aADHD samples implicate some of the same genes involved in ADHD in children, although in some cases different alleles and different genes may be responsible for adult versus childhood ADHD. Linkage studies have been successful in identifying loci for aADHD and led to the identification of LPHN3 and CDH13 as novel genes associated with ADHD across the lifespan. In addition, studies of rare genetic variants have identified probable causative mutations for aADHD. Use of endophenotypes based on neuropsychology and neuroimaging, as well as next-generation genome analysis and improved statistical and bioinformatic analysis methods hold the promise of identifying additional genetic variants involved in disease etiology. Large, international collaborations have paved the way for well-powered studies. Progress in identifying aADHD risk genes may provide us with tools for the prediction of disease progression in the clinic and better treatment, and ultimately may help to prevent persistence of ADHD into adulthood.