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- Department of Nuclear Medicine, Kanazawa University (1)
- Institut für Biopsychologie, Universität Dresden (1)
- Institut für Neurowissenschaften der Universität Mailand (1)
- Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) (1)
- Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) Würzburg (1)
- Johns Hopkins School of Medicine, Baltimore, MD, U.S. (1)
- Johns Hopkins University School of Medicine (1)
- Maastricht University, Department of Psychiatry and Neuropsychology (1)
- Translationale soziale Neurowissenschaften (1)
ResearcherID
- N-8985-2015 (1)
In der vorliegenden Arbeit sollte anhand der error-related negativity (ERN) eine eingeschränkte Fehlerwahrnehmung und im weiteren Sinne eine eingeschränkte Handlungskontrolle bei Patienten mit Erkrankungn aus dem schizophrenen Formenkreis im Vergleich zu gesunden Probanden dargestellt werden. Für diesen Vergleich wurde zusätzlich die error- positivity (Pe) herangezogen. Anhand dieser Parameter erfolgte zusätzlich ein Vergleich der Patienten mit einer klassischen Schizophrenie und solchen mit einer Zykloiden Psychose mit Blick auf die bereits existierende klinische Differenzierung gemäß Leonhard. Als Ergebnis ließen sich im Vergleich zu den Kontrollprobanden eine eingeschränkte ERN und eine eingeschränkte Pe bei beiden Patientengruppen feststellen. Die Hypothese, dass Patienten mit einer Zykloiden Psychose sich nicht nur klinisch, sondern auch elektrophysiologisch von den Patienten mit einer klassischen Schizophrenie unterscheiden, ließ sich anhand der ERN und der Pe nicht untermauern. Anders als angenommen wiesen die Patienten mit einer Zykloiden Psychose keine weniger starke Einschränkung der beiden elektrophysiologischen Parameter auf.
Since the first description of a systematic mis-reaching by Balint in 1909, a reasonable number of patients showing a similar phenomenology, later termed optic ataxia (OA), has been described. However, there is surprising inconsistency regarding the behavioral measures that are used to detect OA in experimental and clinical reports, if the respective measures are reported at all. A typical screening method that was presumably used by most researchers and clinicians, reaching for a target object in the peripheral visual space, has never been evaluated. We developed a set of instructions and evaluation criteria for the scoring of a semi-standardized version of this reaching task. We tested 36 healthy participants, a group of 52 acute and chronic stroke patients, and 24 patients suffering from cerebellar ataxia. We found a high interrater reliability and a moderate test-retest reliability comparable to other clinical instruments in the stroke sample. The calculation of cut-off thresholds based on healthy control and cerebellar patient data showed an unexpected high number of false positives in these samples due to individual outliers that made a considerable number of errors in peripheral reaching. This study provides first empirical data from large control and patient groups for a screening procedure that seems to be widely used but rarely explicitly reported and prepares the grounds for its use as a standard tool for the description of patients who are included in single case or group studies addressing optic ataxia similar to the use of neglect, extinction, or apraxia screening tools.
Emerging evidence emphasizes the strong impact of regulatory genomic elements in neurodevelopmental processes and the complex pathways of brain disorders. The present genome-wide quantitative trait loci analyses explore the \(cis\)-regulatory effects of single-nucleotide polymorphisms (SNPs) on DNA methylation (meQTL) and gene expression (eQTL) in 110 human hippocampal biopsies. We identify \(cis\)-meQTLs at 14,118 CpG methylation sites and \(cis\)-eQTLs for 302 3′-mRNA transcripts of 288 genes. Hippocampal \(cis\)-meQTL-CpGs are enriched in flanking regions of active promoters, CpG island shores, binding sites of the transcription factor CTCF and brain eQTLs. \(Cis\)-acting SNPs of hippocampal meQTLs and eQTLs significantly overlap schizophrenia-associated SNPs. Correlations of CpG methylation and RNA expression are found for 34 genes. Our comprehensive maps of \(cis\)-acting hippocampal meQTLs and eQTLs provide a link between disease-associated SNPs and the regulatory genome that will improve the functional interpretation of non-coding genetic variants in the molecular genetic dissection of brain disorders.
Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a common, highly heritable neurodevelopmental disorder. Genetic loci have not yet been identified by genome-wide association studies. Rare copy number variations (CNVs), such as chromosomal deletions or duplications, have been implicated in ADHD and other neurodevelopmental disorders. To identify rare (frequency ≤1%) CNVs that increase the risk of ADHD, we performed a whole-genome CNV analysis based on 489 young ADHD patients and 1285 adult population-based controls and identified one significantly associated CNV region. In tests for a global burden of large (>500 kb) rare CNVs, we observed a nonsignificant (P=0.271) 1.126-fold enriched rate of subjects carrying at least one such CNV in the group of ADHD cases. Locus-specific tests of association were used to assess if there were more rare CNVs in cases compared with controls. Detected CNVs, which were significantly enriched in the ADHD group, were validated by quantitative (q)PCR. Findings were replicated in an independent sample of 386 young patients with ADHD and 781 young population-based healthy controls. We identified rare CNVs within the parkinson protein 2 gene (PARK2) with a significantly higher prevalence in ADHD patients than in controls \((P=2.8 × 10^{-4})\) after empirical correction for genome-wide testing). In total, the PARK2 locus (chr 6: 162 659 756-162 767 019) harboured three deletions and nine duplications in the ADHD patients and two deletions and two duplications in the controls. By qPCR analysis, we validated 11 of the 12 CNVs in ADHD patients \((P=1.2 × 10^{-3})\) after empirical correction for genome-wide testing). In the replication sample, CNVs at the PARK2 locus were found in four additional ADHD patients and one additional control \((P=4.3 × 10^{-2})\). Our results suggest that copy number variants at the PARK2 locus contribute to the genetic susceptibility of ADHD. Mutations and CNVs in PARK2 are known to be associated with Parkinson disease.
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.
Wie bereits mehrfach in anderen Studien beschrieben (Falkenstein et al., 1991; Gehring et al., 1993; Holroyd & Coles, 2002) konnte ein signifikanter Unterschied im EEG nach richtigen Antworten im Vergleich zu Fehlern in einem Zeitfenster von -35 bis 108 ms und von 110 bis 450 ms gezeigt werden. Die als Differenz aus den negativsten beziehungsweise positivsten Peaks nach falschen und richtigen Antworten berechnete „error-related negativity“ (ERN) und „error positivity“ (Pe) als wichtigste Komponenten der Fehlerverarbeitung zeigten im Vergleich zu anderen Studien zwar geringere, aber trotzdem vergleichbare Werte. Um den Einfluss von genetischen Unterschieden auf die Fehlerverarbeitung deutlich zu machen, wurde in dieser Studie untersucht, inwieweit Polymorphismen des Dopamintransporters (DAT), der Catechol-O-Methyl-Transferase (COMT) und des Phosphoproteins Stathmin Einfluss auf die Ausprägung der ERN und der Pe nehmen. Bezüglich des DAT-Polymorphismus konnte ein signifikanter Einfluss weder auf die ERN noch auf die Pe nachgewiesen werden. Hier ist zu vermuten, dass der Polymorphismus den Dopaminhaushalt der Basalganglien nicht nennenswert beeinträchtigt und demnach keinen Einfluss auf die Fehlerverarbeitung hat. Im Hinblick auf den COMT – Polymorphismus zeigte sich zwar kein Effekt auf die ERN, bei der Pe konnte man allerdings signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen feststellen. Hier zeigten die homozygoten Träger des „val“ – Allels signifikant höhere Pe – Amplituden als die homozygoten Träger des „met“ – Allels. Heterozygote Personen lagen hinsichtlich der Pe – Amplitude zwischen den beiden anderen Gruppen. Dieser Effekt entspricht zwar nicht den Ergebnissen von anderen Studien (Egan et al., 2005; Frank et al., 2007), sollte aber dennoch Gegenstand weiterführender Forschung sein. Der Polymorphismus im Gen des Phosphoproteins Stathmin beeinflusste zwar die Amplitude der Pe nicht, zeigte aber signifikante Auswirkungen auf die ERN, wobei hier Träger des T-Allels signifikant kleinere ERN-Amplituden aufwiesen als Probanden, die dieses Allel nicht trugen. Allerdings wurde deutlich, dass dieser Effekt nach genauerer Analyse nicht stabil gegenüber Veränderungen war. Trotzdem ist davon auszugehen, dass dieser Polymorphismus die Funktion des ACC und damit auch die Fehlerverarbeitung beeinflusst, wodurch die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen auf dem Gebiet des Phosphoproteins Stathmin gegeben ist.
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.
Anxiety disorders are the most common mental disorders. The etiology is complex involving genetic and environmental factors. The first genome-wide association studies so far implicate a number of genetic loci, genome-wide epigenetic and therapy response related genetic studies are emerging. Genetic studies of anxiety disorders — as the most recent Psychiatric Genomics Consortium (PGC) group of disorders — are at the threshold of providing findings comparable to other mental disorders.
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.
Copy number variants of SLC2A3, which encodes the glucose transporter GLUT3, are associated with several neuropsychiatric and cardiac diseases. Here, we report the successful reprogramming of peripheral blood mononuclear cells from two SLC2A3 duplication and two SLC2A3 deletion carriers and subsequent generation of two transgene-free iPSC clones per donor by Sendai viral transduction. All eight clones represent bona fide hiPSCs with high expression of pluripotency genes, ability to differentiate into cells of all three germ layers and normal karyotype. The generated cell lines will be helpful to enlighten the role of glucometabolic alterations in pathophysiological processes shared across organ boundaries.
Fibroblasts isolated from a skin biopsy of a healthy 46-year-old female were infected with Sendai virus containing the Yamanaka factors to produce transgene-free human induced pluripotent stem cells (iPSCs). CRISPR/Cas9 was used to generate isogenic cell lines with a gene dose-dependent deficiency of CDH13, a risk gene associated with neurodevelopmental and psychiatric disorders. Thereby, a heterozygous CDH13 knockout (CDH13\(^{+/-}\)) and a CDH13 null mutant (CDH13\(^{-/-}\)) iPSC line was obtained. All three lines showed expression of pluripotency-associated markers, the ability to differentiate into cells of the three germ layers in vitro, and a normal female karyotype.
Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the ADGRL3 gene have been significantly associated with the development of ADHD, the aetiology of which remains poorly understood. The rs1397547 SNP has additionally been associated with significantly altered ADGRL3 transcription. We therefore generated iPSCs from two wild type ADHD patients, and two ADHD patients heterozygous for the risk SNP. With this resource we aim to facilitate further investigation into the complex and heterogenous pathology of ADHD. Furthermore, we demonstrate the feasibility of using magnetic activated cell sorting to allow the unbiased selection of fully reprogrammed iPSCs.
Neurodevelopmental disorders, including attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) and autism spectrum disorder (ASD) are disorders of mostly unknown etiopathogenesis, for which both genetic and environmental influences are expected to contribute to the phenotype observed in patients. Changes at all levels of brain function, from network connectivity between brain areas, over neuronal survival, synaptic connectivity and axonal growth, down to molecular changes and epigenetic modifications are suspected to play a key roles in these diseases, resulting in life-long behavioural changes.
Genome-wide association as well as copy-number variation studies have linked cadherin-13 (CDH13) as a novel genetic risk factor to neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders. CDH13 is highly expressed during embryonic brain development, as well as in the adult brain, where it is present in regions including the hippocampus, striatum and thalamus (among others) and is upregulated in response to chronic stress exposure. It is however unclear how CDH13 interacts with environmentally relevant cues, including stressful triggers, in the formation of long-lasting behavioural and molecular changes. It is currently unknown how the environment influences CDH13 and which long term changes in behaviour and gene expression are caused by their interaction. This work therefore investigates the interaction between CDH13 deficiency and neonatal maternal separation (MS) in mice with the aim to elucidate the function of CDH13 and its role in the response to early-life stress (ELS).
For this purpose, mixed litters of wild-type (Cdh13+/+), heterozygous (Cdh13+/-) and homozygous knockout (Cdh13-/-) mice were maternally separated from postnatal day 1 (PN1) to postnatal day 14 (PN14) for 3 hours each day (180MS; PN1-PN14). In a first series of experiments, these mice were subjected to a battery of behavioural tests starting at 8 weeks of age in order to assess motor activity, memory functions as well as measures of anxiety. Subsequently, expression of RNA in various brain regions was measured using quantitativ real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). A second cohort of mice was exposed to the same MS procedure, but was not behaviourally tested, to assess molecular changes in hippocampus using RNA sequencing.
Behavioural analysis revealed that MS had an overall anxiolytic-like effect, with mice after MS spending more time in the open arms of the elevated-plus-maze (EPM) and the light compartment in the light-dark box (LDB). As a notable exception, Cdh13-/- mice did not show an increase of time spent in the light compartment after MS compared to Cdh13+/+ and Cdh13+/- MS mice. During the Barnes-maze learning task, mice of most groups showed a similar ability in learning the location of the escape hole, both in terms of primary latency and primary errors. Cdh13-/- control (CTRL) mice however committed more primary errors than Cdh13-/- MS mice. In the contextual fear conditioning (cFC) test, Cdh13-/- mice showed more freezing responses during the extinction recall, indicating a reduced extinction of fear memory. In the step-down test, an impulsivity task, Cdh13-/- mice had a tendency to wait longer before stepping down from the platform, indicative of more hesitant behaviour. In the same animals, qRT-PCR of several brain areas revealed changes in the GABAergic and glutamatergic systems, while also highlighting changes in the gatekeeper enzyme Glykogensynthase-Kinase 3 (Gsk3a), both in relation to Cdh13 deficiency and MS. Results from the RNA sequencing study and subsequent gene-set enrichment analysis revealed changes in adhesion and developmental genes due to Cdh13 deficiency, while also highlighting a strong link between CDH13 and endoplasmatic reticulum function. In addition, some results suggest that MS increased pro-survival pathways, while a gene x environment analysis showed alterations in apoptotic pathways and migration, as well as immune factors and membrane metabolism. An analysis of the overlap between gene and environment, as well as their interaction, highlighted an effect on cell adhesion factors, underscoring their importance for adaptation to the environment.
Overall, the stress model resulted in increased stress resilience in Cdh13+/+ and Cdh13+/- mice, a change absent in Cdh13-/- mice, suggesting a role of CDH13 during programming and adaptation to early-life experiences, that can results in long-lasting consequences on brain functions and associated behaviours. These changes were also visible in the RNA sequencing, where key pathways for cell-cell adhesion, neuronal survival and cell-stress adaptation were altered. In conclusion, these findings further highlight the role of CDH13 during brain development, while also shedding light on its function in the adaptation and response during (early life) environmental challenges.
Serotonin (5-HT) is an important modulator of many physiological, behavioural and developmental processes and it plays an important role in stress coping reactions. Anxiety disorders and depression are stress-related disorders and they are associated with a malfunction of the 5-HT system, in which the 5-HT transporter (5-HTT) plays an important role. 5-Htt knockout (KO) mice represent an artificially hyperserotonergic environment, show an increased anxiety-like behaviour and seem to be a good model to investigate the role of the 5-HT system concerning stress reactions and anxiety disorders. As synaptic proteins (SPs) seem to be involved in stress reactions, the effect of acute immobilization stress on the expression of the three SPs Synaptotagmin (Syt) I, Syt IV and Syntaxin (Stx) 1A was studied in the 5-Htt KO mouse model as well as the expression of the two immediate early genes (IEGs) FBJ osteosarcoma oncogene (c-Fos) and fos-like antigen 2 (Fra-2). Additionally, the expression of the corticotrophin releasing hormone (CRH) and its two receptors CRHR1 and CRHR2 was investigated as part of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) stress system. Based on gender- and genotype-dependent differences in corticosterone levels, expression differences in the brain were investigated by performing a quantitative real time-PCR study using primer pairs specific for these SPs and for the IEGs c-Fos and Fra-2 in five different brain regions in 5-Htt KO and 5-Htt wild-type (WT) mice. Mainly gender-dependent differences could be found and weaker stress effects on the expression of SPs could be demonstrated. Regarding the expression of IEGs, stress-, gender- and genotype-dependent differences were found mainly in the hypothalamus. Also in the hypothalamus, gender effects were found concerning the expression of CRH and its both receptors. Additionally, in a second study, male 5-Htt WT and male 5-Htt deficient mice were subjected to a resident-intruder-paradigm which stresses the animals through a loser experience. The morphological changes of neurons were subsequently analyzed in Golgi-Cox-stained sections of limbic brain areas in stressed and unstressed animals of both genotypes using the computer-based microscopy system Neurolucida (Microbrightfield, Inc.). While no differences concerning dendritic length, branching patterns and spine density were found in the hippocampus and no differences concerning dendritic length and branching patterns could be shown in the cingulate cortex (CG), pyramidal neurons in the infralimbic cortex (IL) of stressed 5-Htt WT mice displayed longer dendrites compared to unstressed 5-Htt WT mice. The results indicate that, although in this model drastic alterations of neuronal morphology are absent, subtle changes can be found in specific brain areas involved in stress- and anxiety-related behaviour which may represent neural substrates underlying behavioural phenomena.
Background: Panic disorder is common (5% prevalence) and females are twice as likely to be affected as males. The heritable component of panic disorder is estimated at 48%. Glutamic acid dehydrogenase GAD1, the key enzyme for the synthesis of the inhibitory and anxiolytic neurotransmitter GABA, is supposed to influence various mental disorders, including mood and anxiety disorders. In a recent association study in depression, which is highly comorbid with panic disorder, GAD1 risk allele associations were restricted to females. Methodology/Principal Findings: Nineteen single nucleotide polymorphisms (SNPs) tagging the common variation in GAD1 were genotyped in two independent gender and age matched case-control samples (discovery sample n = 478; replication sample n = 584). Thirteen SNPs passed quality control and were examined for gender-specific enrichment of risk alleles associated with panic disorder by using logistic regression including a genotype6gender interaction term. The latter was found to be nominally significant for four SNPs (rs1978340, rs3762555, rs3749034, rs2241165) in the discovery sample; of note, the respective minor/risk alleles were associated with panic disorder only in females. These findings were not confirmed in the replication sample; however, the genotype6gender interaction of rs3749034 remained significant in the combined sample. Furthermore, this polymorphism showed a nominally significant association with the Agoraphobic Cognitions Questionnaire sum score. Conclusions/Significance: The present study represents the first systematic evaluation of gender-specific enrichment of risk alleles of the common SNP variation in the panic disorder candidate gene GAD1. Our tentative results provide a possible explanation for the higher susceptibility of females to panic disorder.
Gen-Umwelt-Interaktionen haben einen wichtigen Stellenwert für das Verständnis der Entstehung psychiatrischer Erkrankungen. Für die Catechol-O-Methyltransferase (COMT)konnte kürzlich gezeigt werden, dass diese die Gehirnaktivität moduliert, während der Verarberitung negativer Stimuli. Für positive Stimuli konnte kein Effekt nachgewiesen werden. In der vorliegenden Arbeit sollte nun geprüft werden, ob Lebensereignisse, als ein Umweltfaktor, für die emotionale Verarbeitung eine Rolle spielen. Um das herauszufinden untersuchten wir 81 gesunde Probanden mittels EEG während der Darbietung positiver und negativer emotionaler Bilder. Wie erwartet moduliert COMT die EPN (early posterior negativity) für negative Bilder, aber nicht für positive. Unter Berücksichtigung der Lebensereignisse konnte der fehlende Effekt der COMT bei der positiven Bedingung aufgelöst werden. Eine hohe Lebensereignis-Last führt dabei zu einer verminderten Gehirnaktivität für positive Stimuli, was sich aber nur für den Met/Met-Genotyp zeigt. Relevant scheint das vor allem für die Entwicklung von Depressionen zu sein, da depressive Patienten häufig ihre Umwelt als weniger positiv bewerten.
Die Suche nach potentiellen Kandidatengenen für die Schizophrenie und die Bipolare Störung ist ein stark umforschtes Feld der modernen Psychiatrie. Das Fzd3-Gen findet sich auf dem Chromosom 8p21 und liegt auf einem Hotspot für Schizophrenien und bipolare Psychosen. Nach positiven, aber auch negativen Assoziationsanalysen für Einzelmarker und deren Haplotyp in asiatischen Populationen, untersuchten wir in einer Fall-Kontroll-Studie drei SNPs und deren Haplotyp bei 192 Patienten mit einer chronischen Schizophrenie, sowie bei 56 Patienten die an einer Bipolaren Störung litten. Als Vergleichsgruppe dienten 284 gesunde Blutspender. In vorliegender Studie ließen sich die Befunde der asiatischen Untersuchungen weder auf der Ebene der Einzelmarker, noch auf der Ebene der Haplotypen replizieren.
Angststörungen gehören zu den häufigsten psychischen Erkrankungen.
Da Arbeiten der letzten Jahre starke Evidenz dafür liefern, dass die Allelvariationen von CRHR1 rs17689918 (Weber et al., 2016) und GLRB rs7688285 (Deckert et al., 2017) hierbei eine entscheidende Rolle einnehmen könnten, insgesamt die Datenlage dazu jedoch eher spärlich ist, hat sich diese Arbeit mit den Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) dieser beiden Gene beschäftigt. In dieser Studie wurden gesunde Teilnehmende jeweils in Risikogruppen entsprechend ihrer Allelausprägung eingeteilt. Sie durchliefen ein neues Paradigma, angelehnt an den NPU-Threat-Test. In der Antizipationsphase der vorhersehbaren oder unvorhersehbaren Bedingung wurde schließlich ihre Angstreaktion durch Startle-Messungen und Erfassung der Hautleitfähigkeit (EDA) aufgezeichnet. Diese Studie konnte bzgl. der CRHR1-Variationen zeigen, dass die Risikogruppe (Tragende des Allels A) nicht so gut zwischen realer Gefahr und Sicherheit unterscheiden kann. Diese Erkenntnis gilt wie bei Weber und Kollegen nur für die Frauen der Stichprobe. Ähnliches gilt für die GLRB-Varianten: Auch hier kommt es zu einer verstärkten physiologischen Angstreaktion in ungefährlichen Situationen in dem Sinne, dass die Risikogruppe (ebenfalls Tragende des A-Allels) zwischen realer Gefahr und Sicherheit nicht wie die Kontrollgruppe unterscheiden kann. Die vorliegenden Ergebnisse sind im Einklang mit vorausgehenden Studien und konnten diese weiter ergänzen.
Zusammenfassung
1) Fragestellung und zentrale Untersuchung
Unter der Hypothese, dass die Transportrate des Glukosetransporters Typ 3 (GLUT3)
abhängig von der Kopienanzahl (CNV) des für ihn kodierenden Gens SLC2A3 ist,
wurden Zelllinien mit drei Kopien (Duplikation) mit Kontroll-Zelllinien mit nur zwei Kopien
bezüglich ihrer Glukoseaufnahme miteinander verglichen (n=2; N=9). Hierzu wurde die
zelluläre Glukoseaufnahme mittels radioaktiv markierter 2-Desoxyglukose in via
Eppstein-Barr-Virus immortalisierten lymphoblastoiden Zelllinien (EBV-LCLs)
gemessen. In den initialen Untersuchungen zeigt sich, dass das Protokoll an manchen
Stellen zu viel Spielraum lässt. Die Methode wird daraufhin standardisiert und bezüglich
einiger Parameter angepasst: g-Zentrifugeneinstellung, Mischen/Aliquotieren,
Zellanzahl, Replikatanzahl, Inkubationszeit/-intervalle und Durchführungsdauer.
2) Wichtigste Ergebnisse
Die funktionelle Untersuchung zur Duplikation des SLC2A3-Gens in Patienten mit
Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) zeigt schließlich im
dynamischen Aushungerungsversuch der EBV-LCLs über vier Tage (Vergleich t2 zu t1)
statistisch für die Gruppen eine deutliche Differenz mit mittlerer Effektstärke (Lineares
Gemischtes Modell; p = 0,06; Cohens d = 0,37).
Zum zweiten Messzeitpunkt (t2) zeigt sich statistisch zwischen den Gruppen eine sehr
signifikante Differenz mit hoher Effektstärke (Lineares Gemischtes Modell; p < 0,006;
Cohens d = 0,55).
Damit konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass die SLC2A3-Duplikation
neben dem Gendosiseffekt auf mRNA-Ebene auch hypermorph funktionelle
Veränderungen auf zellulärer Ebene nach sich zieht. Nachfolgende Untersuchungen
sollten vor diesem Hintergrund mögliche Kofaktoren investigieren und auf Alterationen
in nachgeschalteten Signalwegen abzielen.
NOS1, das für die neuronale Stickstoffmonoxidsynthase (NOS-I) kodierende Gen, konnte bislang durch eine stetig wachsende Zahl an Untersuchungen mit verschiedenen Pathomechanismen bedeutsamer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen in Verbindung gebracht werden. Der Dinukleotid-Polymorphismus im Promotergen von NOS1, für welchen in der Population verschieden lange Allelen existieren, war bislang bezüglich der durch ihn vermittelten Wirkungen kaum untersucht. Um die Relevanz und Funktionalität des Promoterpolymorphismus NOS1 Ex1f-VNTR zu erforschen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Reportergen-Assay durchgeführt, der den Einfluss verschieden langer Allele auf transkriptionaler Ebene verdeutlichen sollte. Hierfür wurden NOS1 Exon 1f-Promoterregionen mit unterschiedlich langen VNTRs in einen Luciferase-Genvektor kloniert und der Einfluss der verschiedenen Allellängen auf die Aktivität des Reportergens ermittelt. Hierbei zeigte sich der Einfluss der Allele dergestalt, dass das Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR in verminderter Aktivität des Reportergens resultierte. Durchgeführte Stimulationsversuche mit Östrogen und Forskolin ergaben hingegen keine signifikante Änderung der Transkriptionsaktivität. Im DNA-Microarray konnten mit kurzen Allelen des NOS1 Ex1f-VNTR assozierte Alterationen im Transkriptom des humanen Brodmann-Areals 46 nachgewiesen werden, was Wechselwirkungen zwischen dem Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR und der Gentranskription psychiatrisch relevanter Gene demonstriert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass der NOS1 Ex1f-VNTR Einfluss auf transkriptionaler Ebene ausübt und mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert ist, was ihn weiterhin zu einem wichtigen Forschungsobjekt macht und in die Gruppe klinisch bedeutsamer Polymorphismen einreiht.
Bereits in vorausgegangenen Studien konnte nachgewiesen werden, dass das Stathmin-Gen eine entscheidende Rolle im Hinblick auf erlernte und angeborene Angstreaktionen spielt. So konnte Frau Dr. Julia Katharina Heupel in ihrer Arbeit aus dem Jahr 2013 eine Assoziation eines (TAA)n-Polymorphismus, welcher sich ca. 2 kb upstream des ersten Exons des Stathmin-Gens und ca. 4 kb upstream des Translationsstarts befindet, mit Cluster-C-Persönlichkeitsstörungen belegen.
Sie vermutete, dass eine Hochregulation der Expression des Stathmin-Gens ein Risikofaktor für die Entstehung von Cluster C Persönlichkeitsstörungen darstellen könnte.
Da sich der beschriebene Polymorphismus in der Promotor-Region des Stathmin-Gens befindet, ist eine allelspezifische Auswirkung auf die Genexpression vorstellbar. Um diese Vermutung zu stützen, wurde in dieser Arbeit die Auswirkung zweier Allele des STR-Polymorphismus im Bereich der Promotorregion des Stathmin-Gens im Hinblick auf die Promotoraktivität untersucht.
Hierzu wurde die zu untersuchende Sequenz zunächst mittels Polymerase-Ketten-Reaktion vervielfältigt und anschließend in einen pGL4.23.Vektor kloniert.
Im Anschluss daran erfolgte die Untersuchung der Promotoraktivität mittels eines Luciferase-Assays in der humanen Neuroblastomzelllinie SH-SY5Y.
Nach statischer Auswertung der Messreihen zeigte sich eine signifikant höhere Luciferase-Aktivität des STR-Polymorphismus (TAA)12 im Vergleich zu dem STR-Polymorphismus (TAA)13.
Hierdurch kann von einer höheren Promotoraktivität bei dem Genotyp (TAA)12 gegenüber dem Genotyp (TAA)13 ausgegangen werden.
Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse dieser Arbeit die These, dass es sich bei dem Stathmin-Gen um ein Suszeptibilitätsgen für die Entstehung von Cluster C Persönlichkeitsstörungen handeln könnte.
Objective. Several neuroscience tools showed the involvement of auditory cortex in chronic tinnitus. In this proof-of-principle study we probed the capability of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for the measurement of brain oxygenation in auditory cortex in dependence from chronic tinnitus and from intervention with transcranial magnetic stimulation. Methods. Twenty-three patients received continuous theta burst stimulation over the left primary auditory cortex in a randomized sham-controlled neuronavigated trial (verum = 12; placebo = 11). Before and after treatment, sound-evoked brain oxygenation in temporal areas was measured with fNIRS. Brain oxygenation was measured once in healthy controls (n = 12). Results. Sound-evoked activity in right temporal areas was increased in the patients in contrast to healthy controls. Left-sided temporal activity under the stimulated area changed over the course of the trial; high baseline oxygenation was reduced and vice versa. Conclusions. By demonstrating that rTMS interacts with auditory evoked brain activity, our results confirm earlier electrophysiological findings and indicate the sensitivity of fNIRS for detecting rTMS induced changes in brain activity. Moreover, our findings of trait-and state-related oxygenation changes indicate the potential of fNIRS for the investigation of tinnitus pathophysiology and treatment response.
Sodium-glucose transporters (SGLT) belong to the solute carrier 5 family, which is characterized by sodium dependent transport of sugars and other solutes. In contrast, the human SGLT3 (hSGLT3) isoform, encoded by SLC5A4, acts as a glucose sensor that does not transport sugar but induces membrane depolarization by Na\(^{+}\) currents upon ligand binding. Whole-exome sequencing (WES) of several extended pedigrees with high density of attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) identified a triplet ATG deletion in SLC5A4 leading to a single amino acid loss (ΔM500) in the hSGLT3 protein imperfectly co-segregating with the clinical phenotype of ADHD. Since mutations in homologous domains of hSGLT1 and hSGLT2 were found to affect intestinal and renal function, respectively, we analyzed the functional properties of hSGLT3[wt] and [ΔM500] by voltage clamp and current clamp recordings from cRNA-injected Xenopus laevis oocytes.
The cation conductance of hSGLT3[wt] was activated by application of glucose or the specific agonist 1-desoxynojirimycin (DNJ) as revealed by inward currents in the voltage clamp configuration and cell depolarization in the current clamp mode. Almost no currents and changes in membrane potential were observed when glucose or DNJ were applied to hSGLT3[ΔM500]-injected oocytes, demonstrating a loss of function by this amino acid deletion in hSGLT3. To monitor membrane targeting of wt and mutant hSGLT3, fusion constructs with YFP were generated, heterologously expressed in Xenopus laevis oocytes and analyzed for membrane fluorescence by confocal microscopy. In comparison to hSGLT3[wt] the fluorescent signal of mutant [ΔM500] was reduced by 43% indicating that the mutant phenotype might mainly result from inaccurate membrane targeting. As revealed by homology modeling, residue M500 is located in TM11 suggesting that in addition to the core structure (TM1-TM10) of the transporter, the surrounding TMs are equally crucial for transport/sensor function.
In conclusion, our findings indicate that the deletion [ΔM500] in hSGLT3 inhibits membrane targeting and thus largely disrupts glucose-induced sodium conductance, which may, in interaction with other ADHD risk-related gene variants, influence the risk for ADHD in deletion carriers.
Prävention ist der zentrale Hebel, um dem gesundheitspolitischen und sozialen Problem der Alzheimer-Krankheit (AD) zu begegnen. Ein Ansatz ist der Einsatz krankheitsmodifizierender Therapien in der präklinischen Krankheitsphase. Zwei mögliche Früherkennungsmethoden sind die somatosensibel evozierten Potenziale des Nervus vagus (VSEP) und das Aufmerksamkeitsblinzeln (Attentional Blink, ATB). Beide werden möglicherweise über den Locus coeruleus vermittelt, der sehr früh im Krankheitsverlauf strukturelle Veränderungen aufweist.
Ziel der Arbeit war es, Korrelationen zwischen den Parametern beider Methoden zu untersuchen. Hierfür mussten individuumspezifische ATB-Parameter entwickelt werden. Außerdem wurden Korrelationen mit psychometrischen Parametern der Demenzdiagnostik und Gruppenunterschiede zwischen Personen mit und ohne Mild Cognitive Impairment (MCI) analysiert.
Es wurden insgesamt 108 Teilnehmer der „Vogel-Studie“, einer prospektiven Längsschnittstudie zur Frühdiagnostik dementieller Erkrankungen, untersucht. Die VSEP wurden mittels der durch Fallgatter et al. (2003) entwickelten Technik bestimmt. Die ATB-Messung erfolgte in einem an Zylberberg et al. (2012) angelehnten Versuchsablauf.
Die gemessenen Parameter siedelten sich zwischen dem aus der Literatur bekannten Wertebereich gesunder und an Alzheimer-Demenz erkrankter Probanden an. Auffallend war das Auftreten von Attentional Masking Errors (AME), die bisher ausschließlich bei Patienten mit Alzheimer- und Lewy-Body-Demenz beschrieben wurden. Somit sprechen die Ergebnisse für eine beginnende Alzheimer-Pathologie im untersuchten Studienkollektiv. Es konnten keine signifikanten Korrelationen zwischen VSEP- und ATB-Parametern nachgewiesen werden. Die explorative Analyse weist auf zahlreiche Zusammenhänge zwischen ATB-Parametern und psychometrischen Tests hin. 16 % der Probanden erfüllten die Kriterien eines MCI (Portet et al., 2006). Wie in der vorbestehenden Literatur ergaben sich auch in dieser Arbeit keine signifikanten Gruppenunterschiede zwischen Probanden mit und ohne MCI.
Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen die bestehende Evidenz dahingehend, dass beide Methoden frühe subklinische Alzheimer-Pathologien detektieren könnten. Insbesondere AME scheinen ein vielversprechender Parameter zu sein. Weiterführende Ergebnisse zum Vorhersagewert der einzelnen Parameter wird das Follow-Up der „Vogel-Studie“ erbringen.
Einführung. In der vorliegenden Studie untersuchten wir durch funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) präfrontale Hirnoxygenierung während Ableistung von Sprachaufgaben. FNIRS weist über Bestimmung von Konzentrationsunterschieden von sauerstoffbeladenes (OxyHb) und sauerstofffreies Hämoglobin (DeoxyHb) regionale Blutflussänderungen nach und lässt somit validen Rückschluss auf Hirnaktivität zu. Bereits in früheren Studien konnte nachgewiesen werden, dass Patienten mit Alkoholkrankheit verminderte präfrontale Hirnaktivität zeigen. Teil 2 der Studie untersucht den im Untersuchungsgebiet liegenden Schläfenmuskel (musculus temporalis) auf Einflüsse auf die Methode fNIRS.
Methoden. Wir verglichen 15 entgiftete Patienten mit Alkoholkrankheit (Patientengruppe, PG) mit passenden 15 gesunden Kontrollprobanden (Kontrollgruppe, KG)bezüglich deren Hirn- und Muskelaktivität während Ableistung Wortflüssigkeitsaufgabe (VFT; engl. Verbal Fluency Task). Bestimmte, insbesondere präfrontale Hirnareale wurden durch phonologische und semantische Testsaufgaben (TA´s), ebenso durch eine Kontrollaufgabe (KA), (Wochentag aufzählen) aktiviert. Durch EMG wurde während Durchführung der Aufgabe die Aktivität des musculus temporalis gemessen. Wir verwendeten zur Datenanalyse sowohl von fNIRS wie auch EMG eine 2x2x2x6 Varianzanalyse (ANOVA) mit Zwischensubjektfaktor „Gruppe“ und Innersubjektfaktoren „Bedingung“, „Seite“ und „Zeit“, gerechnet wurde dies für jeweils Oxy- und DeoxyHb sowie den phonologischen sowie semantischen Teil.
Ergebnisse. Beide Gruppen lieferten eine vergleichbare Menge an Worten, Hirnaktivierung zeigte sich bei beiden Gruppen signifikant höher in den Testaufgaben (phonologisch > semantisch). Die PG zeigte verminderte Hirnaktivierung präfrontal im phonologischen, vergleichbare Hirnaktivität im semantischen Teil. Beide Gruppen zeigten vergleichbare Muskelaktivität, jeweils signifikant höher in den jeweiligen Testaufgaben. Es zeigten sich keine systematischen Assoziationen (Korrelation nach Pearson) zwischen fNIRS und EMG.
Schlussfolgerungen. Insgesamt konnten vorherige Studien mit Nachweis niedrigerer präfrontaler Hirnoxygenierung bei entgifteten Patienten mit Alkoholkrankheit gegenüber gesunden Kontrollen bestätigt werden. Die Mehraktivierung beider Gruppen während phonologischer Aufgabe gründet in dem höheren intelektuellen Anspruch der Aufgabe, dies erklärt auch den Gruppenunterschied in speziell dieser Aufgabe. Durch eine vergleichbare Muskelaktivität der beiden Gruppen sowie fehlende Assoziationen zwischen fNIRS und EMG sehen wir keinen Einfluss von Muskelaktivität auf die Hirnaktivitätsmessung durch fNIRS. Auch eine valide Untersuchung von psychiatrisch kranken Probandengruppen wie Patienten mit Alkoholkrankheit ist hierdurch gut möglich. Die Studie befürwortet den künftigen Einsatz und weitere methodische Untersuchungen zur Messung mit fNIRS, einem validen, artefaktunempfindlichen, handlichen und relativ günstigen Messinstrument.
Oligodendrocytes provide metabolic and functional support to neuronal cells, rendering them key players in the functioning of the central nervous system. Oligodendrocytes need to be newly formed from a pool of oligodendrocyte precursor cells (OPCs). The differentiation of OPCs into mature and myelinating cells is a multistep process, tightly controlled by spatiotemporal activation and repression of specific growth and transcription factors. While oligodendrocyte turnover is rather slow under physiological conditions, a disruption in this balanced differentiation process, for example in case of a differentiation block, could have devastating consequences during ageing and in pathological conditions, such as multiple sclerosis. Over the recent years, increasing evidence has shown that epigenetic mechanisms, such as DNA methylation, histone modifications, and microRNAs, are major contributors to OPC differentiation. In this review, we discuss how these epigenetic mechanisms orchestrate and influence oligodendrocyte maturation. These insights are a crucial starting point for studies that aim to identify the contribution of epigenetics in demyelinating diseases and may thus provide new therapeutic targets to induce myelin repair in the long run.
Social contact is an integral part of daily life. Its health-enhancing effects include reduced negative affective experiences of fear and anxiety, a phenomenon called social buffering. This dissertation studied different forms of social contact and their anxiety-buffering effects with diverse methodologies.
The laboratory-based first study investigated minimal social contact in the context of pain relief learning. Results showed that the observed decreased autonomic and increased subjective fear responses following pain relief learning were independent of social influence. The minimalistic and controlled social setting may have prevented social buffering. Study 2 targeted social buffering in daily life using Ecological Momentary Assessment. We repeatedly assessed individuals’ state anxiety, related cardiovascular responses, and aspects of social interactions with smartphones and portable sensors on five days. Analyses of over 1,500 social contacts revealed gender-specific effects, e.g., heart rate-reducing effects of familiarity in women, but not men. Study 3 examined anxiety, loneliness, and related social factors in the absence of social contact due to social distancing. We constructed and validated a scale measuring state and trait loneliness and isolation, and analysed its link to mental health. Results include a social buffering-like relation of lower anxiety with more trait sociability and sense of belonging.
In sum, the studies showed no fear reduction by minimal social contact, but buffering effects relating to social and personal factors in more complex social situations. Anxiety responses during daily social contacts were lower with more familiar or opposite-gender interaction partners. During limited social contact, lower anxiety related to inter-individual differences in sociability, social belonging, and loneliness. By taking research from lab to life, this dissertation underlined the diverse nature of social contact and its relevance to mental health.
Emotional-associative learning processes such as fear conditioning and extinction are highly relevant to not only the development and maintenance of anxiety disorders (ADs), but also to their treatment. Extinction, as the laboratory analogue to behavioral exposure, is assumed a core process underlying the treatment of ADs. Although exposure-based treatments are highly effective for the average patient suffering from an AD, there remains a gap in treatment efficacy with over one third of patients failing to achieve clinically significant symptom relief. There is ergo a pressing need for intensified research regarding the underlying neural mechanisms of aberrant emotional-associative learning processes and the neurobiological moderators of treatment (non-)response in ADs.
The current thesis focuses on different applications of the fundamental principles of fear conditioning and extinction by using two example cases of ADs from two different multicenter trials. First, we targeted alterations in fear acquisition, extinction, and its recall as a function of psychopathology in panic disorder (PD) patients compared to healthy subjects using fMRI. Second, exposure-based therapy and pre-treatment patient characteristics exerting a moderating influence on this essential learning process later on (i.e. treatment outcome) were examined using multimodal functional and structural neuroimaging in spider phobia.
We observed aberrations in emotional-associative learning processes in PD patients compared to healthy subjects indicated by an accelerated fear acquisition and an attenuated extinction recall. Furthermore, pre-treatment differences related to defensive, regulatory, attentional, and perceptual processes may exert a moderating influence on treatment outcome to behavioral exposure in spider phobia. Although the current results need further replication, on an integrative meta level, results point to a hyperactive defensive network system and deficient emotion regulation processes (including extinction processes) and top-down control in ADs. This speaks in favor of transdiagnostic deficits in important functional domains in ADs.
Deficits in transdiagnostic domains such as emotion regulation processes could be targeted by enhancing extinction learning or by means of promising tools like neurofeedback. The detection of pre-treatment clinical response moderators, for instance via machine learning frameworks, may help in supporting clinical decision making on individually tailored treatment approaches or, respectively, to avoid ineffective treatment and its related financial costs. In the long run, the identification of neurobiological markers which are capable of detecting non-responders a priori represents an ultimate goal.
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.
Fractal phenomena can be found in numerous scientific areas including neuroscience. Fractals are structures, in which the whole has the same shape as its parts. A specific structure known as pink noise (also called fractal or 1/f noise) is one key fractal manifestation, exhibits both stability and adaptability, and can be addressed via the Hurst exponent (H). FMRI studies using H on regional fMRI time courses used fractality as an important characteristic to unravel neural networks from artificial noise. In this fMRI-study, we examined 103 healthy male students at rest and while performing the 5-choice serial reaction time task. We addressed fractality in a network associated with waiting impulsivity using the adaptive fractal analysis (AFA) approach to determine H. We revealed the fractal nature of the impulsivity network. Furthermore, fractality was influenced by individual impulsivity in terms of decreasing fractality with higher impulsivity in regions of top-down control (left middle frontal gyrus) as well as reward processing (nucleus accumbens and anterior cingulate cortex). We conclude that fractality as determined via H is a promising marker to quantify deviations in network functions at an early stage and, thus, to be able to inform preventive interventions before the manifestation of a disorder.
Die Dissertation hatte zum Ziel, die Häufigkeit formaler Denkstörungen in der Normalbevölkerung mit der Methodik der experimentellen Denkprüfung zu bestimmen. Die Störung des formalen Denkens ist ein Hauptsymptom der Kataphasie, die eine schizophrene Psychose aus dem Kreis der unsystematischen Schizophrenien in der Klassifikation nach Karl Leonhard darstellt. Basierend auf den Untersuchungen von Jabs (2005) wurde in der vorliegenden Dissertation eine Kontrollgruppe aus psychisch gesunden Probanden erstellt und das Denken untersucht. Es fanden sich in der Kontrollgruppe bei 17,1 % der Probanden kataphasie-typische Ergebnisse, im Vergleich zu 24,6% bei den Angehörigen von an Kataphasie Erkrankten. Der ausschlaggebendste Faktor bei der Zuordnung zu einer kataphasie-typischen Denkprüfung war die Zugehörigkeit zu einer Familie mit Kataphasie, auch hatte eine niedrige Schulbildung einen signifikanten Einfluss auf das Vorkommen formaler Denkstörungen. Hinsichtlich der Fehleranalyse zeigten sich semantische und logische Auffälligkeiten entscheidend für die Einstufung in die Gruppe der kataphasischen Denkprüfungen. Abschließend wurden mögliche Ursachen für das Auftreten der Störung in der Normalbevölkerung, sowie die Relevanz und Konsequenz der gefundenen Ergebnisse diskutiert.
Background: Genomic reprogramming is thought to be, at least in part, responsible for the protective effect of brain preconditioning. Unraveling mechanisms of this endogenous neuroprotection, activated by preconditioning, is an important step towards new clinical strategies for treating asphyctic neonates. Therefore, we investigated whole-genome transcriptional changes in the brain of rats which underwent perinatal asphyxia (PA), and rats where PA was preceded by fetal asphyctic preconditioning (FAPA). Offspring were sacrificed 6 h and 96 h after birth, and whole-genome transcription was investigated using the Affymetrix Gene1.0ST chip. Microarray data were analyzed with the Bioconductor Limma package. In addition to univariate analysis, we performed Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) in order to derive results with maximum biological relevance.
Results: We observed minimal, 25% or less, overlap of differentially regulated transcripts across different experimental groups which leads us to conclude that the transcriptional phenotype of these groups is largely unique. In both the PA and FAPA group we observe an upregulation of transcripts involved in cellular stress. Contrastingly, transcripts with a function in the cell nucleus were mostly downregulated in PA animals, while we see considerable upregulation in the FAPA group. Furthermore, we observed that histone deacetylases (HDACs) are exclusively regulated in FAPA animals.
Conclusions: This study is the first to investigate whole-genome transcription in the neonatal brain after PA alone, and after perinatal asphyxia preceded by preconditioning (FAPA). We describe several genes/pathways, such as ubiquitination and proteolysis, which were not previously linked to preconditioning-induced neuroprotection. Furthermore, we observed that the majority of upregulated genes in preconditioned animals have a function in the cell nucleus, including several epigenetic players such as HDACs, which suggests that epigenetic mechanisms are likely to play a role in preconditioning-induced neuroprotection.
Durch eine Kopplungsanalyse im Jahr 2000 wurden für die periodische Katatonie zwei Genloci auf Chromosom 15 und Chromosom 22 identifiziert. Durch Genotypisierung einer weiteren Zahl an polymorphen Markern konnte der Bereich auf Chromosom 15 von ca. 40 cM auf knapp 20 cM eingeengt werden. Zahlreiche Gene, die von Forschergruppen bis dato in Zusammenhang mit Schizophrenie gebracht wurden, insbesondere das von Freedmann und seiner Gruppe favorisierte im chromosmalen Bereich 15q13.2 gelegene Gen für die α7-Untereinheit des neuronalen, nikotinischen Acetylcholinrezeptors, konnten durch die Feinkartierung als Kandidatengen für periodisch katatone Schizophrenie definitiv ausgeschlossen werden. Nach der Durchschau der Gene - in der zwischen den Markern D15S144 und D15S132 verbleibenden Region - unter Berücksichtigung ihrer Funktion erschien SLC12A6 als vielversprechendes Kandidatengen. Es codiert für den Kalium-Chlorid Kotransporter 3 und ist in der Region 15q13-14 gelegen (Mount et al., 1999, Hiki et al., 1999). Aufgrund eines alternativen Spleißens sind zwei Isoformen des Gens, KCC3a und KCC3b, bekannt (Mount et al.,1999). KCC3a wird weitverbreitet im Gehirn exprimiert, KCC3b hingegen fast ausschließlich in der Niere (Pearson et al., 2001). Delpire und Mount sahen das Gen als möglichen Kandidaten für das rezessiv vererbte Andermann-Syndrom sowie für die periodische Katatonie an. Howard gelang 2002 der Beweis, dass eine rezessive Mutation von SLC12A6 tatsächlich das Andermann-Syndrom, welches mit oder ohne Agenesie des Corpus callosum auftreten kann, verursacht. Neuere Erkenntnisse aus elektrophysiologischen, morphologischen und neuropsychologischen Studien haben gezeigt, dass bei schizophrenen Patienten auch Veränderungen im Bereich des Corpus callosum vorliegen. SLC12A6 wurde in der mutmaßlichen Promotorregion, im 5’-UTR Bereich, dem Exonbereich und den Exon/Intron Übergängen auf Mutationen untersucht. DNA-Proben von zwei erkrankten Mitgliedern der Familie 11 sowie von drei Kontrollpersonen wurden sequenziert und die erhaltenen Sequenzen mittels eines Online-Programms analysiert. Wir fanden verschiedene Polymorphismen, insbesondere zwei seltene SNP (G/A, G/A) im Promotor und der 5’-UTR Region sowie eine Thymidin-Insertion im Intron 4. Erkrankte Familienmitglieder der anderen 10 Familien mit periodischer Katatonie weisen diese Polymorphismen jedoch nicht auf. Durch Feinkartierung einer weiteren Familie mit periodischer Katatonie wurde in der Zwischenzeit die chromosomale Region auf 7.7 cM zwischen den Markern D15S1042 und D15S182 eingeengt (Meyer et al. 2003). SLC12A6 liegt außerhalb dieses Bereiches, so dass die Wahrscheinlichkeit für einen ätiologischen Zusammenhang der gefundenen Varianten mit familärer periodischer Katatonie sehr gering erscheint. Die gefundenen Polymorphismen von SLC12A6 wurden in einer Assoziationsstudie im Rahmen einer weiteren medizinischen Doktorarbeit näher untersucht, wobei eine Assoziation mit bipolaren Erkrankungen nachgewiesen werden konnte.
Sowohl die zu den Schizophrenien zählende periodische Katatonie als auch die bipolare Erkrankung werden gegenwärtig als multifaktoriell polygen bedingte Erkrankungen mit komplexem Vererbungsmodus verstanden. Für die periodische Katatonie wurden im Rahmen vorangegangener Kopplungsanalysen zwei chromosomale Loci auf Chromosom 15 und 22 bestätigt. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde die Kandidatengenregion auf Chromosom 15q13 -15 mittels Feinkartierung einer Mehrgenerationsfamilie mit familiärer katatoner Schizophrenie (SCZD10, OMIM %605419) durch Genotypisierung zusätzlicher polymorpher Marker auf 7,7 cM zwischen den Markern D15S1042 und D15S182 verkleinert. Hierdurch konnten viele interessante Kandidatengene für die periodische Katatonie wie zum Beispiel RYR3, CX36 und auch SLC12A6 als krankheitsverursachend ausgeschlossen werden. Trotz Ausschluss in der untersuchten Familie stellt das für den Kalium-Chlorid-Kotransporter 3 codierende Gen SLC12A6 aufgrund seiner funktionellen Eigenschaften und vermuteten Bedeutung in der Pathogenese einiger neuro-psychiatrischer Erkrankungen wie zum Beispiel dem Andermann Syndrom (ACCPN, OMIM 218000) ein interessantes Kandidatengen für die periodische Katatonie und die bipolare Störung dar. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden zwei seltene SLC12A6-Varianten, die im Promotor bzw. der 5’-UTR-Region gelegenen SNPs 32418760 (G/A) und 32416574 (G/A), im Rahmen einer Fall-Kontroll-Studie auf Assoziation mit Erkrankungen des schizophrenen Formenkreises und der bipolaren Störung hin untersucht. Der Nachweis einer signifikanten Assoziation der G-Variante des proximal gelegenen SNP 32418760 mit der bipolaren Erkrankung und auch dem Gesamtkollektiv einerseits und einem Trend zur Assoziation für die G-Variante des zweiten SNP 32416574 andererseits, unterstützt die Hypothese, dass SLC12A6 eines von mehreren Risikogenen insbesondere für die bipolare Störung darstellt. In anschließenden funktionellen Untersuchungen als Teil einer naturwissenschaftlichen Doktorarbeit konnte eine mutmaßliche regulatorische Funktion der G-Variante des SNP 32418760 nachgewiesen werden. Zukünftig ist die weitere Untersuchung der verbleibenden Kandidatengene und deren funktioneller Bedeutung nötig, des weiteren unterstützen die hier erhobenen Ergebnisse die Forderung nach der Weiterentwicklung des gängigen pathophysiologischen Krankheitsverständnisses der endogenen Psychosen und deren aktuell verwendeter Klassifikation.
Fear and anxiety disorders – interaction of AVP and OXT brain systems with the serotonergic system
(2023)
Anxiety disorders pose a great burden onto society and economy and can have devastating consequences for affected individuals. Treatment options are still limited to psychopharmacotherapy originally developed for the treatment of depression and behavioral therapy. A combination of genetic traits together with aversive events is most likely the cause of these diseases. Gene x environment studies are trying to find a link between genetic traits and specific negative circumstances. In a first study, we focused on social anxiety disorder (SAD), which is the second most-common anxiety disorder after specific phobias. We used a social fear conditioning (SFC) paradigm, which is able to mimic the disease in a mouse model. We wanted to investigate protein levels, as well as mRNA expression of immediate early genes (IEGs), to determine brain areas affected by the paradigm. We also included genes of the vasopressin (AVP)-, oxytocin (OXT)-, neuropeptide Y (NPY)-, and the serotonin system, to investigate the effects of SFC on neurotransmitter gene expression levels in brain regions related to social as well as fear-related behavior. AVP and OXT regulate a lot of different social and anxiety-related behaviors, both positive and negative. Finding a link between different neurotransmitter systems in the development of anxiety disorders could help to identify potential targets for new treatment approaches, which are desperately needed, because the rate of patients not responding to available treatment is very high.
We were able to show altered gene expression of the IEGs cFos and Fosl2, as well as a change in number and density of cFOS-positive cells in the dorsal hippocampus, indicating an influence of SFC on neuronal activity. Our results reveal a possible involvement of anterior dentate gyrus (DG), as well as cornu ammonis area 1 (CA1) and CA3 in the dorsal hippocampus during the expression of social fear. Contrary to our hypothesis, we were not able to see changes in neuronal activity through expression changes of IEGs in the amygdala. Significant higher IEG immunoreactivity and gene expression in the dorsal hippocampus of animals without fear conditioning (SFC-), compared to animals with fear conditioning (SFC+), indicate an involvement of different hippocampal regions in two possible scenarios. Either as elevated gene expression in SFC- animals compared to SFC+ animals or as reduction in SFC+ animals compared to SFC- animals. However, this question cannot be answered without an additional control of basal IEG-activity without social interaction. The NPY system in general and the neuropeptide y receptor type 2 in particular seem to be involved in regulating the response to social fear, mostly through the septum region. In addition to that, a possible role for the induction of social fear response could be identified in the serotonergic system and especially the serotonin receptor 2a of the PVN.
In a second study we focused on changes in the serotonergic system. A polymorphism in the human serotonin transporter (5-HTT) gene is associated with higher risks for the development of anxiety disorders. This makes the 5-HTT a widely used target to study possible causes and the development of anxiety disorders. In mice, a genetically induced knockout of the 5-Htt gene is associated with increased anxiety-like behavior. High amounts of stress during pregnancy, also known as prenatal stress, significantly increase the risk to develop psychiatric disorders for the unborn child. We utilized a prenatal stress paradigm in mice heterozygous for the 5-Htt gene. Some of the animals which had been subjected to prenatal stress showed noticeably “unsocial” interaction behavior towards conspecifics. Again, we were searching for links between the serotonergic system and AVP- and OXT systems. Through quantitative gene expression analysis, we were able to show that both AVP and OXT neuromodulator systems are affected through prenatal stress in female mice, but not in male mice. The 5-Htt genotype seems to be only slightly influential to AVP, OXT or any other neurotransmitter system investigated. Gene expression of AVP and OXT brain systems is highly influenced through the estrous cycle stages of female mice. Additionally, we analyzed the AVP and OXT neuropeptide levels of mice with different 5-Htt genotypes and in both sexes, in order to see whether the production of AVP and OXT is influenced by 5-Htt genotype. On neuropeptide level, we were able to identify a sex difference for vasopressin-immunoreactive (ir) cells in the PVN, with male mice harboring significantly more positive cells than female mice.
C9ORF72 mutations are the most common cause of familial frontotemporal lobar degeneration (FTLD) and amyotrophic lateral sclerosis (ALS). MRI studies have investigated structural changes in C9ORF72-associated FTLD (C9FTLD) and provided first insights about a prominent involvement of the thalamus and the cerebellum. Our multicenter, 18F-fluorodeoxyglucose positron-emission tomography study of 22 mutation carriers with FTLD, 22 matched non-carriers with FTLD, and 23 cognitively healthy controls provided valuable insights into functional changes in C9FTLD: compared to non-carriers, mutation carriers showed a significant reduction of glucose metabolism in both thalami, underscoring the key role of the thalamus in C9FTLD. Thalamic metabolism did not correlate with disease severity, duration of disease, or the presence of psychotic symptoms. Against our expectations we could not demonstrate a cerebellar hypometabolism in carriers or non-carriers. Future imaging and neuropathological studies in large patient cohorts are required to further elucidate the central role of the thalamus in C9FTLD.
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.
Dementia, including Alzheimer's disease, is a growing problem worldwide. Prevention or early detection of the disease or a prodromal cognitive decline is necessary. By means of our long-term follow-up ‘Vogel study’, we aim to predict the pathological cognitive decline of a German cohort (mean age was 73.9 ± 1.55 years at first visit) with three measurement time points within 6 years per participant. Especially in samples of the elderly and subjects with chronic or co-morbid diseases, dropouts are one of the biggest problems of long-term studies. In contrast to the large number of research articles conducted on the course of dementia, little research has been done on the completion of treatment. To ensure unbiased and reliable predictors of cognitive decline from study completers, our objective was to determine predictors of dropout. We conducted multivariate analyses of covariance and multinomial logistic regression analyses to compare and predict the subject's dropout behaviour at the second visit 3 years after baseline (full participation, partial participation and no participation/dropout) with neuropsychiatric, cognitive, blood and lifestyle variables. Lower performance in declarative memory, attention and visual–spatial processing predicted dropout rather than full participation. Lower performance in visual–spatial processing predicted partial participation as opposed to full participation. Furthermore, lower performance in mini-mental status examination predicted whether subjects dropped out or participated partially instead of full participation. Baseline cognitive parameters are associated with dropouts at follow-up with a loss of impaired participants. We expect a bias into a healthier sample over time.
Der gasförmige Neurotransmitter Stickstoffmonoxid (NO) spielt eine Rolle bei verschiedenen physiologischen Vorgängen, aber auch psychiatrischen Erkrankungen wie Aggression, Ängstlichkeit, Depression und auch bei kognitiven Funktionen. Um mehr über die physiologische Rolle von NO herauszufinden untersuchten wir mittels Gen-Expressionsanalyse und Verhaltensversuchen Mäuse, bei denen die neuronale Isoform der Stickstoffmonoxidsynthase ausgeschaltet wurde. Die so genannte NOS-I ist die hauptsächliche Quelle von NO im zentralen Nervensystem. Knockout Tiere sind wertvolle Werkzeuge um sowohl den Einfluss eines Gens auf Verhalten als auch möglicherweise damit zusammenhängende Veränderungen des Transkriptoms zu identifizieren. Dies ist wichtig um herauszufinden, mit welchen molekularen Pfaden bestimmte Verhaltensweisen korreliert sind. In Bezug auf NOS-I gibt es zwei bisher beschriebene Knockout Mäuse Stämme. Es existieren KOex6 Knockout Mäuse, in welchen es überhaupt keine katalytisch aktive NOS-I gibt und es gibt einen Mausstamm, bei dem Exon 1 deletiert wurde, was aufgrund alternativer NOS-I Splicevarianten zu einer residualen Expression von bis zu 7% führt. Daher sind diese Mäsue besser zutreffend als Knockdown Mäuse zu bezeichnen. In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir die Nos1 Knockdown Mäuse, da die hier vorliegende Situation wohl ähnlicher zu der bei menschlicher genetischer Varianten ist, da eine komplette Disruption bisher noch nicht beim Menschen beschrieben wurde. Es gibt diverse Studien, welche den behaviouralen Phänotyp der Nos1 Knockdown Mäuse untersuchen, aber diese widersprechen sich zum Teil. Bei unserer Untersuchung legten wir den Schwerpunkt auf Verhaltenstests, welche spezifische Symptome des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) aufdecken sollten. Wir führten den Elevated Plus Maze Test (EPM) und ein modifiziertes Lochbrett-Paradigma, die COGITAT-Box, durch. Um die den gefundenen Verhaltensänderungen zugrunde liegenden molekularen Mechanismen herauszufinden, suchten wir nach Unterschieden der Expression des Serotonin- (5HTT) und des Dopamintransporters (DAT) zwischen den Knockdown und den Wildtyp Mäusen. Wir hatten spekuliert, dass die Disruption der NOS-I zu einer modifizierten Expression des DAT oder des 5HTT geführt habe könnte wegen den bekannten engen Interaktionen zwischen dem nitrinergen und den monoaminergen Systemen. Wir fanden einen diskret anxiolytischen Phänotyp, da die Knockdown Mäuse eine längere Zeit auf dem offenen Arm des EPM verbrachten bzw. häufiger den offenen Arm betraten im Vergleich zu dem Wildtypen. Dies war nicht durch eine höhere lokomotorische Aktivität zu erklären. Auch beobachteten wir ein geschlechterunabhängiges kognitives Defizit im Arbeits- und Referenzgedächtnis in der COGITAT-Box. Überraschenderweise fanden wir keine signifikante Dysregulation der Monoamin-Transporter in der Expressionsanalyse mittels der quantitativen Real Time PCR. Dies war eher unerwartet, da vorherige Studien verschiedene Veränderungen im serotonergen und dopaminergen System bei den Nos1 Knockdown Mäusen gefunden hatten, wie z.B. einen verminderten Serotonin-Umsatz in frontalen Cortex und hypofunktionale 5 HT1A and 5HT1B Rezeptoren. Auch ist bekannt, dass NO direkt Monoamin-Transporter nitrosyliert. Zusammenfassend zeigen die Nos1 Knockdown Mäuse ein charakteristisches behaviourales Profil mit reduzierter Ängstlichkeit und Defiziten im Gedächtnis. Weitere Studien sollten folgen um zu klären, ob diese Mäuse als Tiermodell für z.B. die Alzheimer-Erkrankung oder das Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom dienen könnten und die weitere pathophysiologische Rolle des NO bei neuropsychiatrischen Erkrankungen herauszufinden.
Schwermut, Einsamkeit, Desinteresse: 2-7% der Weltbevölkerung werden von diesen Gefühlen bestimmt, sie sind an einer Depression erkrankt. In Deutschland leiden aktuell bis zu 4 Mio. Menschen an einer Depression. Zwei Drittel diese Kollektivs befinden sich in hausärztlicher Behandlung, aber nur etwa die Hälfte von diesen Patienten wird korrekt diagnostiziert und behandelt. Die Gründe hierfür sind auf der einen Seite die schwierige Diagnosefindung, auf der anderen die bisher nicht vollständig geklärte Ätiologie und die komplexen Wirkmechanismen der medikamentösen antidepressiven Therapieoptionen. Die Entstehung einer depressiven Episode ist multifaktoriell bedingt, wobei insbesondere genetischen Faktoren in der Pathogenese depressiver Erkrankungen eine wichtige Rolle zugeordnet wird. Neurobiologische Untersuchungen der molekularen und biochemischen Hintergründe von depressiven Episoden befassen sich zurzeit insbesondere mit drei Hypothesen: Diese sind die Neurotransmitter-Dysbalance-Hypothese (Monoaminhypothese), die Stressachsen-Hypothese (Hypothalamus-Hypophysen-Achse) und die Neurotrophin-Hypothese. Die Stressachsen-Hypothese befasst sich in diesem Zusammenhang mit der Aktivität des Hypothalamus-Hypophysen-Systems, die bei depressiv erkrankten Patienten dysreguliert ist und mit einer erhöhten Kortisolsekretion einhergeht. Die Monoaminhypothese der Depression postuliert eine Dysfunktion serotonerger, noradrenerger und dopaminerger Systeme. Die Neurotrophinhypothese bezieht sich auf das Second Messenger-System des durch Antidepressiva aktivierten cyclischen Adenosin-Monophosphat (cAMP) Signalwegs. Cyclisches Adenosin-Monophosphat aktiviert die cAMP-abhängige Proteinkinase (PKA), die wiederum den Transkriptionsfaktor cAMP response element binding protein (CREB) phosphoryliert und ihn somit stimuliert. Aktiviertes CREB verstärkt die Transkription zahlreicher Zielgene, inklusive die des brain-derived neurotrophic factor (BDNF), welcher unter anderem als Regulator von Neurotransmittern dient und Überleben, Differenzierung und Plastizität von Neuronen beeinflusst. Astrozyten gehören zur Gruppe der Makrogliazellen im zentralen Nervensystem (ZNS) und sind die größte Population der Gliazellen. Sie sind für die Kaliumhomöostase und ebenso für die Regulation der synaptischen Transmission und der neurovaskulären Koppelung zuständig. Des Weiteren scheinen Astrozyten eine wichtige Rolle für die Bildung glialer Narben, die Induktion der Blut-Hirn-Schranke und auch für das neuronale Überleben zu spielen. Bei der Analyse der Wirkmechanismen medikamentöser antidepressiver Therapien ist in der letzten Zeit die Rolle der Astrozyten in den Vordergrund gerückt, um deren Beitrag zu antidepressiven Therapien zu untersuchen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war zu untersuchen, ob in Astrozyten der Serotonin-Transporter (5-HT-Transporter, 5-HTT), der Brain-derived neurotrophic factor (BDNF), der Dopamin-Transporter oder die Stickstoffmonoxyd-Synthase III (endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase, eNOS) gebildet werden und falls ja, ob sich deren Expression durch Applikation von Antidepressiva ändert. Die aus Rattenhirnen gewonnenen Astrozytenkulturen wurden hierfür entweder mit dem trizyklischen Antidepressivum Imipramin, dem selektiven Serotoninrückaufnahmeinhibitor Escitalopram oder zur Kontrolle mit Kochsalzlösung inkubiert. Nachdem die entsprechende mRNA aus den behandelten Astrozytenkulturen extrahiert wurde, ist sie in cDNA translatiert und mit Hilfe der quantitativen Real-Time PCR quantifiziert worden. Durch Vergleich der Expression des zu untersuchenden Gens mit der Expression der Housekeeping-Gene 18s-rRNA, Glycerinaldehyddehydrogenase (GAPDH) und Acidic ribosomal phosphoprotein (ARP) wurden Ungenauigkeiten bei der cDNA-Synthese ausgeglichen und die Daten normalisiert. Die rechnerische Auswertung der quantitativen Real-Time PCR erfolgte unter Verwendung der Ct-Werte unter Zuhilfenahme der geNORM Software. Die Ergebnisse zeigen eine signifikant erhöhte BDNF-Expression nach Imipramingabe. Hierbei zeigen bei den getrennten Untersuchungen der jeweiligen mRNA Chargen die mit 100µM Imipramin behandelten Astrozytenkulturen stärker signifikante Ergebnisse, als die mit 50µM Imipramin behandelten Astrozytenkulturen. Werden alle Proben, die mit der jeweiligen Imipraminkonzentration 4 Stunden inkubiert wurden, zusammen analysiert und mit den jeweiligen Kontrollen verglichen, zeigt sich sowohl bei der Behandlung mit 50µM Imipramin als auch mit 100µM Imipramin eine signifikante Steigerung der BDNF Expression. Escitalopram stimulierte die BDNF-Expression zwar ebenfalls nominell, jedoch war der Effekt nicht signifikant. Des Weiteren konnte eine deutliche Expression von 5-HTT-mRNA in Astrozytenkulturen nachgewiesen werden. Jedoch hatte keines der Antidepressiva einen signifikanten Effekt auf die 5-HTT-Expression. Es konnten weder in den behandelten, noch in den unbehandelten Astrozytenkulturen DAT oder NOS-III nachgewiesen werden.
Background: There is increasing evidence that glial cells play a role in the pathomechanisms of mood disorders and the mode of action of antidepressant drugs.
Methods: To examine whether there is a direct effect on the expression of different genes encoding proteins that have been implicated in the pathophysiology of affective disorders, primary astrocyte cell cultures from rats were treated with two different antidepressant drugs, imipramine and escitalopram, and the RNA expression of brain-derived neurotrophic factor (Bdnf), serotonin transporter (5Htt), dopamine transporter (Dat), and endothelial nitric oxide synthase (Nos3) was examined.
Results: Stimulation of astroglial cell culture with imipramine, a tricyclic antidepressant, led to a significant increase of the Bdnf RNA level whereas treatment with escitalopram did not. In contrast, 5Htt was not differentially expressed after antidepressant treatment. Finally, neither Dat nor Nos3 RNA expression was detected in cultured astrocytes.
Conclusion: These data provide further evidence for a role of astroglial cells in the molecular mechanisms of action of antidepressants.
Many every-day life situations require two or more individuals to execute actions together. Assessing brain activation during naturalistic tasks to uncover relevant processes underlying such real-life joint action situations has remained a methodological challenge. In the present study, we introduce a novel joint action paradigm that enables the assessment of brain activation during real-life joint action tasks using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). We monitored brain activation of participants who coordinated complex actions with a partner sitting opposite them. Participants performed table setting tasks, either alone (solo action) or in cooperation with a partner (joint action), or they observed the partner performing the task (action observation). Comparing joint action and solo action revealed stronger activation (higher [oxy-Hb]-concentration) during joint action in a number of areas. Among these were areas in the inferior parietal lobule (IPL) that additionally showed an overlap of activation during action observation and solo action. Areas with such a close link between action observation and action execution have been associated with action simulation processes. The magnitude of activation in these IPL areas also varied according to joint action type and its respective demand on action simulation. The results validate fNIRS as an imaging technique for exploring the functional correlates of interindividual action coordination in real-life settings and suggest that coordinating actions in real-life situations requires simulating the actions of the partner.
Attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) is a complex neurodevelopmental disorder characterized by hyperactivity, impulsivity, and/or inattention, which are symptoms also observed in many rare genetic disorders. We searched for genes involved in Mendelian disorders presenting with ADHD symptoms in the Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM) database, to curate a list of new candidate risk genes for ADHD. We explored the enrichment of functions and pathways in this gene list, and tested whether rare or common variants in these genes are associated with ADHD or with its comorbidities. We identified 139 genes, causal for 137 rare disorders, mainly related to neurodevelopmental and brain function. Most of these Mendelian disorders also present with other psychiatric traits that are often comorbid with ADHD. Using whole exome sequencing (WES) data from 668 ADHD cases, we found rare variants associated with the dimension of the severity of inattention symptoms in three genes: KIF11, WAC, and CRBN. Then, we focused on common variants and identified six genes associated with ADHD (in 19,099 cases and 34,194 controls): MANBA, UQCC2, HIVEP2, FOPX1, KANSL1, and AUH. Furthermore, HIVEP2, FOXP1, and KANSL1 were nominally associated with autism spectrum disorder (ASD) (18,382 cases and 27,969 controls), as well as HIVEP2 with anxiety (7016 cases and 14,475 controls), and FOXP1 with aggression (18,988 individuals), which is in line with the symptomatology of the rare disorders they are responsible for. In conclusion, inspecting Mendelian disorders and the genes responsible for them constitutes a valuable approach for identifying new risk genes and the mechanisms of complex disorders.
Background: Depression and anxiety are common and independent outcome predictors in patients with chronic heart failure (CHF). However, it is unclear whether CHF causes depression. Thus, we investigated whether mice develop anxiety- and depression-like behavior after induction of ischemic CHF by myocardial infarction (MI).
Methods and Results: In order to assess depression-like behavior, anhedonia was investigated by repeatedly testing sucrose preference for 8 weeks after coronary artery ligation or sham operation. Mice with large MI and increased left ventricular dimensions on echocardiography (termed CHF mice) showed reduced preference for sucrose, indicating depression-like behavior. 6 weeks after MI, mice were tested for exploratory activity, anxiety-like behavior and cognitive function using the elevated plus maze (EPM), light-dark box (LDB), open field (OF), and object recognition (OR) tests. In the EPM and OF, CHF mice exhibited diminished exploratory behavior and motivation despite similar movement capability. In the OR, CHF mice had reduced preference for novelty and impaired short-term memory. On histology, CHF mice had unaltered overall cerebral morphology. However, analysis of gene expression by RNA-sequencing in prefrontal cortical, hippocampal, and left ventricular tissue revealed changes in genes related to inflammation and cofactors of neuronal signal transduction in CHF mice, with Nr4a1 being dysregulated both in prefrontal cortex and myocardium after MI.
Conclusions: After induction of ischemic CHF, mice exhibited anhedonic behavior, decreased exploratory activity and interest in novelty, and cognitive impairment. Thus, ischemic CHF leads to distinct behavioral changes in mice analogous to symptoms observed in humans with CHF and comorbid depression.
While the healthy brain works through balanced synaptic communication between
glutamatergic and GABAergic neurons to coordinate excitation (E) and inhibition (I), disruption
of E/I balance interferes with synaptic communication, information processing, and ultimately
cognition. Multiple line of evidence indicates that E/I imbalance represents the
pathophysiological basis of a wide spectrum of mental disorders. Genetic screening
approaches have identified Cadherin-13 (CDH13). as a risk gene across neurodevelopmental
and mental disorders. CDH13 regulates several cellular and synaptic processes in brain
development and neuronal plasticity in adulthood. In addition to other functions, it is specifically
localized at inhibitory synapses of parvalbumin- and somatostatin-expressing GABAergic
neurons. In support of CDH13’s function in moderating E/I balance, electrophysiological
recordings of hippocampal slices in a CDH13-deficient mouse model revealed an increase in
basal inhibitory but not excitatory synaptic transmission. Moreover, the search for genetic
variants impacting functional expression of the CDH13 gene identified SNP (single nucleotide
polymorphism)) rs2199430 in intron 1 to be associated with differential mRNA concentrations
in human post-mortem brain across the three genotypes CDH13G/G, CDH13A/G and CDH13A/A
.
This work therefore aimed to further validate these findings in a complementary human model
by using induced pluripotent stem cells (iPSCs). The application of human iPSCs in research
has replaced the use of embryonic cells, resolving the ethical conflict of destructive usage of
human embryos. Investigating CDH13’s mode of action in inhibitory synapses was predicted
to facilitate mechanistic insight into the effects of CDH13 gene variants on E/I network activity,
which can then be targeted to reinstate balance.
Genome-wide association studies have identified rare copy number variants (CNVs) resulting
in a deletion (or duplication) of CDH13. To reduce genetic background variance, a set of
isogenic iPSC lines with a gene dose-dependent deficiency of CDH13 (CDH13-/- and CDH13+/-
) was generated by using the Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic
Repeats/CRISPR-associated protein 9 (CRISPR/Cas9) system. These CRISPRed iPSCs
carrying a single or two allele(s) with CDH13 inactivation facilitate investigation of CDH13
function in cellular processes, at inhibitory synapses and in neuronal network activity. In
addition, iPSCs carrying allelic SNP rs2199430 variants were used to study the effects of
common genetic variation of CDH13. These cell lines were differentiated into pure
glutamatergic and GABAergic neurons and co-cultured to generate neuronal networks allowing
its activity to be measured and correlated with electrophysiological signatures of differential
CDH13 genotypes. The work towards assessment of neuronal network activity of the iPSC
lines was subdivided into three major steps: first, generating rtTA/Ngn2 and rtTA/Ascl1-positive
iPSCs via a lentivirus-mediated approach; second, differentiating pure glutamatergic and
GABAergic neurons from the genetically transduced iPSCs and co-culturing of pure
glutamatergic and GABAergic neurons in a pre-established ratio (65:35) by direct
differentiation upon supplementation with doxycycline and forskolin on a microelectrode array
(MEA) chip; and, finally, recording of neuronal network activity of iPSC lines after 49 days in
vitro, followed by extraction and analyses of multiple MEA parameters.
x
Based on the MEA parameters, it was confirmed that complete CDH13 knockout as well as
heterozygous deficiency influence E/I balance by increasing inhibition. It was further revealed
that common SNP variation alters the signature of neuronal network activity. Specifically,
CDH13 deficiency resulted in a significant reduction in network burst duration (NBD), reduced
number of detected spikes within a network burst and reduction in network burst rate (NBR)
compared to the control (CDH13G/G). CDH13A/G and CDH13A/A showed similarities with the
CRISPRed CDH13-deficient networks by showing a significant reduction in the NBD and a
reduced number of detected spikes within a network compared to CDH13G/G. Strikingly. there
was a significant increase in the NBR of the CDH13A/G and CDH13A/A compared to CDH13G/G
networks. CDH13A/G networks exhibited significant differences in both parameters. At the
cellular level, this indicates that signalling pathways which determine the length and frequency
of network bursts differ among allelic variants of SNP rs2199430, thus confirming functional
relevance of this intronic SNP.
In summary, CDH13-deficient isogenic iPSC lines were generated using CRISPR/Cas9, iPSCs
were genetically transduced via a lentivirus approach, direct differentiation of
glutamatergic/GABAergic neurons derived from transduced iPSCs were used to establish a
scalable co-culture system, and network activity was recorded by MEA using pre-established
parameters to extract and analyze activity information. The results indicate that iPSC-derived
neuronal networks following CRISPR/Cas9-facilitated CDH13 inactivation, as well as networks
with allelic SNP variants of CDH13, moderate E/I balance, thus advancing understanding of
CDH13 function at inhibitory synapses and elucidating the effects of rare and common CDH13
gene variation.
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.
Moderne Medizinische Rehabilitation versteht sich als der Teil einer Behandlungskette, in dem es insbesondere um die Förderung der Teilhabe geht. Die Ergebnisse der Rehabilitationsmaßnahmen werden durch die Nachsorge bzw. die Umsetzung von Veränderungen in der Zeit nach der Rehabilitation stabilisiert, so dass die Vorbereitung der Nachsorge von besonderer Bedeutung für die Verstetigung ist. Art und Inhalte der Beratung durch Sozialarbeiter unterscheiden sich dabei je nach Problem- und Bedarfslage der Rehabilitanden und dürften innerhalb eine homogenen Patienten-/Indikationsgruppe eine gewisse Ähnlichkeit aufweisen.
Für die vorliegende Arbeit wurde ältere Rehabilitanden (> 65 J.) einer Rehabilitationsklinik mit internistischem und orthopädischem Schwerpunkt acht Wochen nach dem Reha-Aufenthalt in einem halbstrukturierten Telefoninterview gefragt, ob und inwieweit es bisher gelang, die Empfehlungen des Sozialdienstes aus der Rehabilitation umzusetzen.
Im Ergebnis zeigt sich, dass viele Empfehlungen seitens des Sozialdienstes bis zum Zeitpunkt der Nachbefragung von den Rehabilitanden nach Eigenangaben umgesetzt wurden. Vor allem die Teilnahme an Sportprogrammen oder die Unterstützung im Alltag wurden häufig in das alltägliche Leben integriert. Für die untersuchten Einflussvariablen (Geschlecht, Lebensalter, Barthel-Index, Lebensverhältnisse) lassen sich allerdings nur in den wenigsten Fällen signifikante Zusammenhänge nachweisen.
Günstig wäre es sicher auch, wenn gewährleistet wird, dass Patienten in der nachstationären ambulanten Versorgung weiter angehalten werden, um die empfohlene Nachsorge auch effizient umsetzen zu können.
Mithilfe eines frühzeitigen und umfassenden Entlassungsmanagements sollen Schnittstellen im Behandlungsprozess überwunden und der Übergang des Patienten in die poststationäre Versorgung nach einem Krankenhausaufenthalt optimal vorbereitet werden. Trotz der allgemein anerkannten Bedeutung des Entlassungsmanagements aus der stationären medizinischen Versorgung erfolgt die Umsetzung bei den Rehabilitationskliniken sehr unterschiedlich. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein kurzes Fragebogeninstrument für Patienten systematisch entwickelt und erprobt, welches im Rahmen einer postalischen Nachbefragung ehemaliger Rehabilitanden eingesetzt werden soll. Es soll die Qualität des Entlassungsmanagements der medizinischen Rehabilitation systematisch erfassen und Impulse für das Qualitätsmanagement der Kliniken bieten. Die Ergebnisse der Erprobung in acht Kliniken mit über 900 auswertbaren Fragebögen weisen darauf hin, dass beides möglich ist. Sie werden mit dem Ziel der Weiterentwicklung des Instruments diskutiert und es werden Vorschläge zur weiteren Nutzung im Alltag der Rehabilitation erarbeitet.
Among mental disorders, panic disorder (PD) is one of the most common anxiety disorders characterized by recurring and unexpected episodes of extreme fear i.e. panic attacks. PD displays lifetime prevalence rates in the general population between 2.1-4.7 % and in about 30 to 40 % occurs comorbid with major depressive disorder (MDD). Differential methylation levels of the monoamine oxidase A (MAOA) gene have previously been associated with the etiology of both PD and MDD. The TGFB-Inducible Early Growth Response Protein 2 (TIEG2; alias KLF11), an activating transcription factor of the MAOA gene, has been reported to be increased in MDD, but has not yet been investigated in PD on any level.
Therefore, in an attempt to further define the role of an impaired TIEG2-MAOA pathway in anxiety and affective disorders, in the present thesis TIEG2 promoter DNA methylation was analyzed in two independent samples of I) PD patients with or without comorbid MDD in a case/control design and II) MDD patients with and without anxious depression. Additionally, in PD patients of sample I), TIEG2 methylation was correlated with Beck Depression Inventory (BDI-II) scores. Finally, in a third independent healthy control sample, correlation of TIEG2 promoter methylation levels with Anxiety Sensitivity Index (ASI) scores as a PD-related measure was analyzed.
No overall association of TIEG2 promoter methylation with PD was detected. However, PD patients with comorbid MDD showed significant TIEG2 hypomethylation compared to PD patients without comorbid MDD (p=.008) as well as to healthy controls (p=.010). In addition, MDD patients without anxious features displayed a statistical trend in decreased TIEG2 methylation in comparison to MDD patients with anxious depression (p=.052). Furthermore, TIEG2 methylation was negatively correlated with BDI-II scores in PD patients (p=.013) and positively correlated with ASI scores in the healthy control sample (p=.043).
In sum, the current study suggests TIEG2 promoter hypomethylation as a potential epigenetic marker of MDD comorbidity in PD or of non-anxious depression, respectively. If replicated and verified in future studies, altered TIEG2 methylation might therefore represent a differential pathomechanism of anxiety and mood disorders.
Recent human and animal studies suggest that epigenetic mechanisms mediate the impact of environment on development of mental disorders. Therefore, we hypothesized that polymorphisms in epigenetic-regulatory genes impact stress-induced emotional changes. A multi-step, multi-sample gene-environment interaction analysis was conducted to test whether 31 single nucleotide polymorphisms (SNPs) in epigenetic-regulatory genes, i.e. three DNA methyltransferase genes DNMT1, DNMT3A, DNMT3B, and methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR), moderate emotional responses to stressful and pleasant stimuli in daily life as measured by Experience Sampling Methodology (ESM). In the first step, main and interactive effects were tested in a sample of 112 healthy individuals. Significant associations in this discovery sample were then investigated in a population-based sample of 434 individuals for replication. SNPs showing significant effects in both the discovery and replication samples were subsequently tested in three other samples of: (i) 85 unaffected siblings of patients with psychosis, (ii) 110 patients with psychotic disorders, and iii) 126 patients with a history of major depressive disorder. Multilevel linear regression analyses showed no significant association between SNPs and negative affect or positive affect. No SNPs moderated the effect of pleasant stimuli on positive affect. Three SNPs of DNMT3A (rs11683424, rs1465764, rs1465825) and 1 SNP of MTHFR (rs1801131) moderated the effect of stressful events on negative affect. Only rs11683424 of DNMT3A showed consistent directions of effect in the majority of the 5 samples. These data provide the first evidence that emotional responses to daily life stressors may be moderated by genetic variation in the genes involved in the epigenetic machinery.
The main goal of the present study was the identification of cellular phenotypes in attention-deficit-/hyperactivity disorder (ADHD) patient-derived cellular models from carriers of rare copy number variants (CNVs) in the PARK2 locus that have been previously associated with ADHD. Human-derived fibroblasts (HDF) were cultured and human-induced pluripotent stem cells (hiPSC) were reprogrammed and differentiated into dopaminergic neuronal cells (mDANs). A series of assays in baseline condition and in different stress paradigms (nutrient deprivation, carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine (CCCP)) focusing on mitochondrial function and energy metabolism (ATP production, basal oxygen consumption rates, reactive oxygen species (ROS) abundance) were performed and changes in mitochondrial network morphology evaluated. We found changes in PARK2 CNV deletion and duplication carriers with ADHD in PARK2 gene and protein expression, ATP production and basal oxygen consumption rates compared to healthy and ADHD wildtype control cell lines, partly differing between HDF and mDANs and to some extent enhanced in stress paradigms. The generation of ROS was not influenced by the genotype. Our preliminary work suggests an energy impairment in HDF and mDAN cells of PARK2 CNV deletion and duplication carriers with ADHD. The energy impairment could be associated with the role of PARK2 dysregulation in mitochondrial dynamics.
Die Proliferation von in der Subgranulärzone des Gyrus dentatus ansässigen neuralen Stammzellen ist der erste Schritt der Neuentstehung von Nervenzellen im adulten Organismus, der so genannten adulten Neurogenese, die in bestimmten neurogenen Nischen des ZNS von Säugetieren und des Menschen vorkommt. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass das Enzym endotheliale Stickstoffmonoxidsynthase (NOS-III bzw. eNOS) bzw. durch NOS-III gebildetes Stickstoffmonoxid (NO) die Proliferation neuraler Stamm- bzw. Vorläuferzellen im Gyrus dentatus des Hippokampus positiv reguliert, da Mäuse, bei denen das Gen für dieses Enzym deletiert ist, über eine signifikant erniedrigte Stammzellproliferation verfügen. NOS-III-Knockout-Mäuse zeigen außerdem erhöhte Volumina von Substrukturen des Gyrus dentatus. Biometrische Faktoren, wie z. B. Alter, Geschlecht, Körpergewicht, Umgebungsbedingungen, hatten dagegen keinen signifikanten Einfluss auf die adulte Neurogenese. Die Abnahme der adulten Neurogenese bei NOS-III-Knockout-Tieren ist fast vollständig auf die Reduktion der Stammzellproliferation in der Subgranulärzone des Gyrus dentatus zurückzuführen. Ein Netto-Zuwachs an neu gebildeten Neuronen 4 Wochen nach Proliferation kann jedoch durch NOS-III nicht bewirkt werden, was auf eine komplexe Regulation der adulten Neurogenese hinweist. Die Stammzellproliferation im adulten murinen Gyrus dentatus wird jedoch vermutlich unter anderem über im Endothel gebildetes NO (als gasförmiges, parakrines Signalmolekül) vermittelt.
Introduction
Neurotransmitter release at presynaptic active zones (AZs) requires concerted protein interactions within a dense 3D nano-hemisphere. Among the complex protein meshwork the (M)unc-13 family member Unc-13 of Drosophila melanogaster is essential for docking of synaptic vesicles and transmitter release.
Methods
We employ minos-mediated integration cassette (MiMIC)-based gene editing using GFSTF (EGFP-FlAsH-StrepII-TEV-3xFlag) to endogenously tag all annotated Drosophila Unc-13 isoforms enabling visualization of endogenous Unc-13 expression within the central and peripheral nervous system.
Results and discussion
Electrophysiological characterization using two-electrode voltage clamp (TEVC) reveals that evoked and spontaneous synaptic transmission remain unaffected in unc-13\(^{GFSTF}\) 3rd instar larvae and acute presynaptic homeostatic potentiation (PHP) can be induced at control levels. Furthermore, multi-color structured-illumination shows precise co-localization of Unc-13\(^{GFSTF}\), Bruchpilot, and GluRIIA-receptor subunits within the synaptic mesoscale. Localization microscopy in combination with HDBSCAN algorithms detect Unc-13\(^{GFSTF}\) subclusters that move toward the AZ center during PHP with unaltered Unc-13\(^{GFSTF}\) protein levels.
This study investigated the role of bottom-up and top-down neural mechanisms in the processing of emotional face expression during memory formation. Functional brain imaging data was acquired during incidental learning of positive ("happy"), neutral and negative ("angry" or "fearful") faces. Dynamic Causal Modeling (DCM) was applied on the functional magnetic resonance imaging (fMRI) data to characterize effective connectivity within a brain network involving face perception (inferior occipital gyrus and fusiform gyrus) and successful memory formation related areas (hippocampus, superior parietal lobule, amygdala, and orbitofrontal cortex). The bottom-up models assumed processing of emotional face expression along feed forward pathways to the orbitofrontal cortex. The top-down models assumed that the orbitofrontal cortex processed emotional valence and mediated connections to the hippocampus. A subsequent recognition memory test showed an effect of negative emotion on the response bias, but not on memory performance. Our DCM findings showed that the bottom-up model family of effective connectivity best explained the data across all subjects and specified that emotion affected most bottom-up connections to the orbitofrontal cortex, especially from the occipital visual cortex and superior parietal lobule. Of those pathways to the orbitofrontal cortex the connection from the inferior occipital gyrus correlated with memory performance independently of valence. We suggest that bottom-up neural mechanisms support effects of emotional face expression and memory formation in a parallel and partially overlapping fashion.
Elektrophysiologische Korrelate der Konfliktverarbeitung bei hierarchischen Stimuli mit drei Ebenen
(2012)
Diese Studie untersucht den Einfluss des Aufmerksamkeitsfokus und des Interferenzgrades dreidimensionaler Stimuli auf Verhaltensdaten (Anzahl korrekter Antworten, Reaktionszeiten) und elektrophysiologische Daten. Wir orientierten uns hierbei an einem von Blasi gestalteten dreidimensionalen Pfeilbild- Paradigma (Blasi et al., 2005, 2007). Blasis Paradigma darf man insofern als sehr innovativ bezeichnen, da er der einer der wenigen war, der im Bereich der Interferenzforschung dreidimensionales Stimulusmaterial zum Einsatz brachte. Jedoch sind wir der Meinung, dass Blasis Entwurf des Paradigmas sich trotz aller Innovativität nicht in vollem Ausmaß dazu eignet, valide Aussagen über Interferenz und Aufmerksamkeit zu treffen. Der mögliche Einfluss des visuellen Erscheinungsbildes eines Stimulus, die Möglichkeit von Lateralitätseffekten, die Beschränkung auf nur einzelne Pfeilstimuli, sowie die mangelnde Trennung von Interferenz- und Aufmerksamkeitsprozessen fanden dort keine kritische Beachtung. Im Gegensatz zu Blasi führten wir unsere Untersuchungen nicht mit dem fMRI, sondern mittels ereigniskorrelierter Potentiale (P1, P2, N2, P3) durch. Zahlreiche andere Studien vor uns untersuchten bereits die Auswirkungen von Interferenz und Aufmerksamkeitsfokus auf ebendiese Potentiale, da EKPs eine genauere zeitliche Information liefern. Das Besondere an unserem Vorgehen war, dass – soweit in der Literatur bekannt – zum ersten Mal der Einfluss von Aufmerksamkeit und Interferenz völlig unabhängig von dem optischen Erscheinungsbild des Stimulus, ohne einen zu erwartetem Lateralitätseffet und ohne Konfundation von Interferenz- und Aufmerksamkeitsprozessen diskutiert werden konnte.
Ziel dieser Untersuchung war es, herauszufinden, ob die serotonerge Signalübertragung alkoholkranker Patienten, die sich im Persönlichkeitsmerkmal HA widerspiegelt, auch im Parameter der Intensitätsabhängigkeit evozierter Potentiale reflektiert wird. Besonderes Augenmerk sollte darauf gelegt werden, ob ein solcher Zusammenhang auch mit den Mitteln der topographischen Analyse festgestellt werden kann, wie sie Lehmann bzw. Strik beschrieben. Auf der Literatur (z.B. Peierson et al., 1999) basierend wurde die Hypothese aufgestellt, dass HA bei alkoholkranken Patienten mit der Intensitätsabhängigkeit einer N1P2 – Komponente in akustisch evozierten Potentialen korreliert. Die vorliegenden Ergebnisse stützen eindeutig die These vom Zusammenhang zwischen der Lautstärkeabhängigkeit akustisch evozierter Potentiale und zentraler serotonerger Informationsverarbeitung anhand des Persönlichkeitsmerkmales HA bei alkoholkranken Patienten. Die topographische Analyse des EEGs konnte keinen zusätzlichen Erkenntnisgewinn beitragen, allerdings zeigen die Ergebnisse bezüglich GFP und vor allem bezüglich der sehr deutlichen Centroidenbewegung vielversprechende Ansätze, die unter optimierten Versuchsbedingungen und unter Beachtung der geäußerten Einwende nochmals überprüft werden sollten.
Elektrophysiologische Cue-Reaktivität und Aufmerksamkeitsverzerrung bei alkoholabhängigen Patienten
(2005)
In vorhergehenden Untersuchungen wurden in den ereigniskorrelierten Potentialen alkoholabhängiger Patienten höhere Amplituden auf suchtspezifische gegenüber neutralen Reizen beschrieben, die sich bei Kontrollpersonen nicht in diesem Maße nachweisen ließen. Diese Amplitudeneffekte waren besonders im Bereich um 300 ms nach Auftreten des Stimulus zu finden. Hierbei könnte es sich um eine spezifische Cue-Reaktivität handeln. Die Amplitudenerhöhung könnte jedoch auch dadurch erklärt werden, dass die Patienten ihre Aufmerksamkeit verstärkt alkoholbezogenen Stimuli zuwenden. Um diese Effekte aufzuklären, wurden in der vorliegenden Arbeit in einem dot-probe Paradigma bei alkoholabhängigen Patienten und gesunden Kontrollpersonen die Reaktionszeiten auf alkoholbezogene und emotionale Bilder und Wörter gemessen. Mit Hilfe einer simultanen EEG-Aufnahme wurden die ereigniskorrelierten Potentiale auf die Stimuli abgeleitet. Ziel dieser Untersuchung war es, die beschriebene Amplitudenerhöhung zu replizieren, und zu prüfen, ob die Patienten ihre Aufmerksamkeit auf die alkoholbezogenen Stimuli lenken. Es wurden je 17 männliche Patienten und Kontrollen untersucht. Die Patienten befanden sich im Rahmen einer qualifizierten Entzugsbehandlung auf der Suchtstation der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie und waren zum Zeitpunkt der Untersuchung bereits körperlich entgiftet. Als Stimulusmaterial wurden Bilder und Wörter mit alkoholspezifischem und emotional positivem, negativem und neutralem Inhalt verwendet. Die Stimuli wurden einzeln auf wechselnden Seiten eines Bildschirms präsentiert. Nach dem Ausblenden des jeweiligen Stimulus erschien auf einer der beiden Bildschirmhälften ein imperativer Stimulus in Form eines Plus-Zeichens, der mit einem Tastendruck beantwortet werden musste. Konnte der imperative Reiz, der auf derselben Bildschirmhälfte erschien, wie zuvor das Bild oder das Wort, schneller beantwortet werden, als ein Reiz in entgegengesetzter Lokalisation, spricht dies dafür, dass zuvor die Aufmerksamkeit stark von dem Bild angezogen wurde. Wurde ein imperativer Reiz auf der entgegengesetzten Bildschirmhälfte schneller mit einem Tastendruck bearbeitet, war die Aufmerksamkeit zuvor entweder nicht so stark von dem Stimulus angezogen, oder von ihm abgewendet worden. Die erwartete Amplitudenerhöhung auf alkoholspezifische Stimuli in den EKPs der Patienten im Bereich von 300 ms nach Stimuluspräsentation konnte nicht bestätigt werden. Im Gegenteil zeigten die Kontrollpersonen verglichen mit den Patienten bei dem Peak P1 (an der Elektrode Pz 160-340 ms) stärker positive Amplituden auf alkoholbezogene gegenüber neutralen Bildern. Effekte in den Latenzen der Amplituden bestanden bei dem negativen Peak zwischen 204 und 320 ms. Die Patienten reagierten auf alkoholbezogene Wörter mit kürzeren Latenzen als auf neutrale Stimuli. Die Kontrollpersonen wiesen längere Latenzen auf. In den Reaktionszeiten auf die imperativen Stimuli war keine signifikante Interaktion zwischen Gruppe, Stimulus und Kongruenz vorhanden, so dass die vermutete Aufmerksamkeitslenkung der Patienten auf alkholbezogene Stimuli nicht bestätigt werden konnte. Dies könnte aber auch in methodischen Ursachen begründet sein, wie in einem zu großen visuellen Winkel. Die Ergebnisse der ereigniskorrelierten Potentiale könnten damit erklärt werden, dass die Patienten sich im Gegensatz zu den Kontrollen von den alkoholbezogenen Stimuli abwendeten. Auch könnte es sein, dass die Patienten sich zu Beginn keinem der Stimuli im Besonderen zuwendeten. Möglicherweise weisen nicht alle abhängigen Patienten eine Cue-Reaktivität auf. Die künstliche Untersuchungssituation könnte Reaktionen verdeckt haben, die in natürlicher Umgebung vorhanden sind.
Serotonin (5-HT) has been implicated in the regulation of emotions as well as in its pathological states, such as anxiety disorders and depression. Mice with targeted deletion of genes encoding various mediators of central serotonergic neurotransmission therefore provides a powerful tool in understanding contributions of such mediators to homeostatic mechanisms as well as to the development of human emotional disorders. Within this thesis a battery of electrophysiological recordings were conducted in the dorsal raphe nucleus (DRN) and the hippocampus of two murine knockout lines with deficient serotonergic systems. Serotonin transporter knockout mice (5-Htt KO), which lack protein responsible for reuptake of 5-HT from the extracellular space and tryptophan hydroxylase 2 knockout (Tph2 KO) mice, which lack the gene encoding the neuronal 5-HT-synthesising enzyme. First, 5-HT1A receptor-mediated autoinhibition of serotonergic neuron firing in the DRN was assessed using the loose-seal cell-attached configuration. Stimulation of 5-HT1A receptors by a selective agonist, R-8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)tetralin (R-8-OH-DPAT), showed a mild sensitisation and a marked desensitisation of these receptors in Tph2 KO and 5-Htt KO mice, respectively. While application of tryptophan, a precursor of 5-HT and a substrate of Tph2, did not cause autoinhibition in Tph2 KO mice due to the lack of endogenously produced 5-HT, data from 5-Htt KO mice as well as heterozygous mice of both KO mice lines demonstrated the presence of autoinhibitory mechanisms as normal as seen in wildtype (WT) controls. When the Tph2-dependent step in the 5-HT synthesis pathway was bypassed by application of 5-hydroxytryptophan (5-HTP), serotonergic neurons of both Tph2 KO and 5-Htt KO mice showed decrease in firing rates at lower concentrations of 5-HTP than in WT controls. Elevated responsiveness of serotonergic neurons from Tph2 KO mice correspond to mild sensitisation of 5-HT1A receptors, while responses from 5-Htt KO mice suggest that excess levels of extracellular 5-HT, created by the lack of 5-Htt, stimulates 5-HT1A receptors strong enough to overcome desensitisation of these receptors. Second, the whole-cell patch clamp recording data from serotonergic neurons in the DRN showed no differences in basic electrophysiological properties between Tph2 KO and WT mice, except lower membrane resistances of neurons from KO mice. Moreover, the whole-cell patch clamp recording from CA1 pyramidal neurons in the hippocampus of 5-Htt KO mice showed increased conductance both at a steady state and at action potential generation. Lastly, magnitude of long-term potentiation (LTP) induced by the Schaffer collateral/commissural pathway stimulation in the ventral hippocampus showed no differences among Tph2 KO, 5-Htt KO, and WT counterparts. Taken together, lack and excess of extracellular 5-HT caused sensitisation and desensitisation of autoinhibitory 5-HT1A receptors, respectively. However, this may not directly translate to the level of autoinhibitory regulation of serotonergic neuron firing when these receptors are stimulated by endogenously synthesised 5-HT. In general, KO mice studied here showed an astonishing level of resilience to genetic manipulations of the central serotonergic system, maintaining overall electrophysiological properties and normal LTP inducibility. This may further suggest existence of as-yet-unknown compensatory mechanisms buffering potential alterations induced by genetic manipulations.
Depressionen und Angststörungen sind die beiden häufigsten psychischen Erkrankungen. Für Angststörungen wurde in zahlreichen Untersuchungen die Bedeutung veränderter Muster in den basalen emotional-assoziativen Lernprozessen für die Ätiologie und Aufrechterhaltung der Erkrankung gezeigt. Hierzu zählen eine verstärkte Akquisitionsreaktion auf den konditionierten Stimulus, Defizite in der Inhibition der Furchtreaktion auf den Sicherheit signalisierenden Stimulus, Übergeneralisierung und Beeinträchtigungen in der Extinktion konditionierter Reaktionen.
Aufgrund der hohen Prävalenzen einer Komorbidität mit Depressionen rückte in den letzten Jahren zunehmend die Untersuchung der genannten Prozesse bei Depressionen in den Fokus. Hierfür konnten bisher keine einheitlichen Ergebnisse gezeigt werden.
Weiterhin wird der Subtyp der ängstlichen Depression einerseits mit hohen Prävalenzen beschrieben, andererseits zeigen Untersuchungen eine schlechtere Prognose, stärkere Einschränkungen in der Funktionalität und ein schlechteres Ansprechen auf die Therapie im Vergleich zu depressiven Patienten ohne hohes Ängstlichkeitsniveau.
In dieser Arbeit wurden die Akquisition, Generalisierung und Extinktion in einem differentiellen Konditionierungsparadigma bei schwer depressiven ängstlichen und nicht ängstlich-depressiven Patienten sowie einer gesunden Kontrollgruppe untersucht. Ängstliche und nicht ängstlich-depressive Patienten zeigten ein beeinträchtigtes Sicherheitslernen in der Akquisition und Beeinträchtigungen in der Extinktion der konditionierten Furcht. Es ergaben sich keine Unterschiede hinsichtlich der Stärke der Generalisierung zwischen Patienten und den gesunden Kontrollen und es konnten keine differenzierenden Muster zwischen den ängstlich- und den nicht ängstlich-depressiven Patienten gezeigt werden.
Zusammenfassend weisen die Ergebnisse auf Veränderungen im Furchtlernen bei Patienten mit Depressionen hin. Es konnten keine Belege für unterschiedliche Mechanismen im Furchtlernen von ängstlich- und nicht ängstlich-depressiven Patienten gefunden werden. Unsere Ergebnisse stützen somit die Klassifikation der ängstlichen Depression als Subtyp der Depression. Weiterhin weisen die Ergebnisse der beeinträchtigten Extinktion bei Patienten mit Depressionen darauf hin, dass Expositionselemente, welche bei der Therapie von Angststörungen als Verfahren der Wahl eingesetzt werden, auch bei der Behandlung von Depressionen integriert werden sollten, um so den Therapieerfolg zu verbessern.
Ziel der vorliegenden Studie war es, durch Betrachtung ereigniskorrelierter Potentiale in einer sozial-evaluativen Situation herauszufinden, welchen Einfluss der soziale Kontext auf die kognitive und emotionale Verarbeitung von Fehlern hat, und wie dieser Einfluss durch Persönlichkeitsmerkmale moduliert wird. Die ereigniskorrelierten Potentiale waren die Error-related negativity (ERN) und die Feedback related negativity (FRN). Im Experiment wurden soziale Stimuli in Form von emotionalen Gesichtern als Feedback benutzt.
Bei der ERN gab es keine Auswirkungen der Feedback-Art auf die Amplituden, bei der FRN waren die Amplituden wie erwartet nach fazialem Feedback größer als bei neutralem. Bei beiden ERPs zeigte sich gleichermaßen eine signifikante Interaktion der Faktoren Feedback und Verträglichkeit. Feedback mit sozialer Komponente hatte bei Probanden mit hoher Ausprägung einer sozialen Persönlichkeitseigenschaft mehr Wirkung auf das Fehlermonitoring. Positiver Affekt nahm während des Experiments ab.
Insgesamt zeigte sich im Experiment, dass sowohl kognitive als auch soziale Fehler Fehlermonitoring in Gang setzen können und dass dessen Art und Weise durch die Ausprägung bestimmter Persönlichkeitseigenschaften moduliert wird.
In dieser Arbeit wurde der Einfluss sozialer Stresserfahrung sowie des 5-Htt-Genotyps auf die neuronale Morphologie bestimmter Hirnregionen anhand eines Mausmodells untersucht. Es wurde in mit Golgi-Cox gefärbten Gehirnen der 5-HTT-KO-Linie in der lateralen Amygdala (LA) die Apikal- und Basaldendriten pyramidenzellähnlicher Neurone und die Apikaldendriten der Pyramidenzellen der Cornu ammonis (CA)3-Region des Hippocampus mithilfe des Neurolucidasystems rekonstruiert und die so gewonnenen Daten anschließend statistisch ausgewertet.
Die erzielten Ergebnisse belegen, dass vor allem die Erfahrung von sozialem Verteidigungsstress aber auch der 5-Htt-Genotyp (WT, HET, KO) im Mausmodell signifikanten Einfluss auf die Morphologie der Neurone der LA und der CA3-Region besitzen. Um die in dieser Arbeit mit allen drei 5-Htt-Genotypen erzielten Ergebnisse der LA-Neurone besser mit den Ergebnissen von Nietzer und Bonn (nur WT, KO) vergleichen zu können (Nietzer et al., 2011), wurden die von mir erhobenen Daten nicht nur in einem 3er-Vergleich, sondern auch einem 2er-Vergleich (WT vs. KO) statistisch analysiert. Untersuchungen der LA-Neurone aller drei 5-Htt-Genotypen zeigen, dass sozialer Stress zu einer Zunahme der Komplexität der Dendritenbäume durch längere und auch stärker verzweigte Dendriten vor allem in der Gruppe der WT-Mäuse führt. HET- und KO-Mäuse zeigten keinen entsprechenden Stress-Effekt. Darüber hinaus zeigten sich deutliche Genotypeffekte. Unabhängig vom Stresserleben besitzen HET-Mäuse längere Dendriten als WT-Mäuse sowie eine höhere Spinedichte als WT- und KO-Mäuse. Die Hypothese, die in der Arbeit von Nietzer et al. aufgestellt wurde, dass eine vollständige 5-HTT-Defizienz zu mehr Spines führt, ließ sich hier weder durch den 3er- noch durch den 2er-Vergleich replizieren. Die Pyramidenzellen der CA3-Region, die in dieser Studie zum ersten Mal analysiert wurden, zeigen in Bezug auf die durch den Stress ausgelösten Veränderungen ein im Vergleich zu den LA-Neuronen entgegengesetzten Effekt. Der soziale Stress führt hier zu einer Dendritenatrophie in der WT-Gruppe mit kürzeren und weniger komplexen Dendriten. Außerdem führte er zu einer geringeren Spinedichte bei den HET-Mäusen. Es zeigten sich klare Genotypeffekte, unabhängig von der Stresserfahrung, mit einer reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse gegenüber den WT-Mäusen und einer nur in den Kontrollen detektierten, reduzierten Spinedichte der KO-Mäuse im Vergleich zu den WT- und HET-Mäusen. Sowohl in der LA als auch in der CA3-Region lassen sich Kompensationsmechanismen des 5-HTT-Defizits der HET-Tiere vermuten, über die die KO-Tiere nicht verfügen.
Die in LA und CA3 gezeigten gegensätzlichen Auswirkungen des sozialen Stresses weisen auf die unterschiedlichen Funktionen dieser beiden Regionen im Furchtkreislauf und/oder bei der Verarbeitung von Stress hin. Darüber hinaus deutet diese Arbeit darauf hin, dass Arbeiten mit ähnlichen Untersuchungsmethoden und sogar gleichem Untersuchungsmaterial unterschiedliche Ergebnisse liefern können.
Hintergrund: Schizophrene Patienten zeigen eine verminderte Aktivität frontaler Hirnregionen (Hypofrontalität), was sich insbesondere auch in einer verminderten Aktivität des anterioren cingulären Cortex (ACC) äußert. Die Aktivität dieser Hirnregionen lässt sich medikamentös beeinflussen, wobei sich die Substanzen, die den typischen Antipsychotika zugeordnet werden, von denen der atypischen Antipsychotika grundlegend unterscheiden. Den atypischen Antipsychotika wird hierbei eine positive Wirkung zugesprochen, während typische Antipsychotika häufig keine, teilweise sogar auch negative Effekte auf die frontale Hirnaktivität zeigen. Ziel: Es existieren viele Arbeiten, in denen untersucht wird, inwieweit sich typische und atypische Antipsychotika in ihrer Wirkung auf die Frontalhirnfunktion unterscheiden. Es wurden jedoch bislang nur wenige Studien durchgeführt, in denen man nur eine Substanz der jeweiligen Medikamentengruppe miteinander verglichen hat. Daher war es Ziel der Studie, den generell positiven Effekt atypischer Antipsychotika auf frontale Hirnfunktionen, der sich in einer Vielzahl von Arbeiten gezeigt hat, in einer Vergleichsstudie zwischen Flupentixol und Quetiapin, welche im klinischen Alltag häufig Verwendung finden, nachzuweisen. Dies hätte Vorteile für die Patienten, da sich hierdurch eine bessere Indikationsstellung für das jeweilige Medikament durchführen ließe und damit eine bessere, differenzierte medikamentöse Therapie möglich wäre. Methoden: Es flossen die Daten von 21 Patienten in die Erhebung ein, wobei jeder Patient zu 2 Messzeitpunkten (t1 und t4) neurophysiologisch und neuropsychologisch untersucht wurde. Die psychometrischen Testungen fanden zu 4 Messzeitpunkten (t1, t2, t3 und t4) statt. Die Baselinemessung zu t1 erfolgte innerhalb der ersten 3 Tage im Rahmen eines stationären Aufenthaltes, die Messungen zu t2, t3 und t4 jeweils eine Woche später. 13 Patienten erhielten als Medikation Quetiapin, 8 Patienten Flupentixol. Zur Untersuchung der Frontalhirnaktivität wurde bei den Patienten eine EEGMessung durchgeführt, während sie eine konflikthafte Flankeraufgabe absolvieren mussten (Variable Attention Control, VAC-Aufgabe), bei der hoch-, mittel- und niedrig-interferente Stimuli präsentiert wurden. Ergebnisse: Die Ergebnisse der vorliegenden Studie gestalteten sich heterogen: Während auf kognitiver Ebene teilweise eine positive Wirkung bei den Patienten der Quetiapingruppe nachgewiesen werden konnte, ließ sich dies nicht mit entsprechenden Resultaten auf elektrophysiologischer Ebene korrelieren. In Bezug auf die subjektiv empfundene Lebensqualität zeigte sich bei den Patienten der Quetiapingruppe ein signifikanter Anstieg. Der in vielen Studien nachgewiesene positive Effekt atypischer Antipsychotika auf die Frontalhirnfunktion ließ sich in der vorliegenden Studie also nur eingeschränkt nachweisen. Schlussfolgerung: In der vorliegenden Studie wurden die Patienten in einem 4 Wochen andauernden Intervall untersucht. Einige zuvor durchgeführte Arbeiten, die Typika und Atypika in neurophysiologischen Versuchsanordnungen miteinander verglichen, wiesen ein größeres zeitliches Intervall (6 Wochen) zwischen Baseline und Follow-up auf als es in der vorliegenden Studie der Fall war (4 Wochen). Hierdurch könnte sich die Tatsache begründen lassen, dass sich in den neurophysiologischen Versuchen keine signifikant bessere Wirkung für Quetiapin nachweisen ließ. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass die Tatsache, dass ein Teil der Patienten zu t1 schon Medikation erhalten hatten, den Baselinewert eventuell erhöht haben könnte. Die Verbesserung der kognitiven Leistung lässt sich zum einen durch das Wirkprofil von Quetiapin, das zu den Atypika zählt begründen, zum anderen durch die signifikante Erhöhung der EPS in der Flupentixolgruppe, die deren Leistungen verschlechtert haben könnten. Die subjektiv empfundene Lebensqualität konnte Quetiapin im Vergleich zu Flupentixol deutlich verbessern. Hierbei ist zu erwähnen, dass die Flupentixolgruppe schon zu t1 eine Punktzahl vorweisen konnte, die nur wenig Raum für Verbesserung ließ und die Tatsache, dass der Grad der EPS deutlich höher war als bei der Quetiapingruppe, was eine weitere Verbesserung der subjektiv empfundenen Lebensqualität wahrscheinlich nicht zuließ.
Hintergrund: Patienten mit Erkrankungen aus dem schizophrenen Formenkreis sind im Laufe ihrer Erkrankung nicht selten von funktionellen Beeinträchtigungen frontaler Hirnregionen betroffen, die unter dem Begriff der Hypofrontalität subsummiert werden. Eine Struktur, die in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle spielt, ist der für Handlungssteuerung und –überwachung bedeutsame anteriore cinguläre Cortex (ACC). Den beiden Klassen antipsychotisch wirksamer Medikamente – Typika und Atypika – werden unterschiedliche Effekte auf die Frontalhirnfunktion nachgesagt. Atypische Antipsychotika sollen einen günstigeren Einfluss auf die Entwicklung frontaler Defizite haben. Außerdem wird den atypischen Antipsychotika ein größeres Potenzial bei der Behandlung negativer Symptome und der Verbesserung der subjektiv empfundenen Lebensqualität nachgesagt. Trotz starker Hinweise ist die Befundlage noch rar, Befunde über den Zusammenhang zwischen Wirkprofil und Medikamentenspiegel kaum vorhanden. Ziel: Primäres Studienziel war die Untersuchung der ACC-Aktivität als Marker der Frontalhirnfunktion in einer Gruppe schizophrener Patienten unter der Behandlung mit dem atypischen Antipsychotikum Quetiapin im Vergleich zu dem typischen Antipsychotikum Flupentixol. Als neurophysiologische Marker der ACC-Aktivität wurden die Error-related negativity (ERN) und die Error Positivity (Pe) untersucht, fehlerassoziierte ereigniskorrelierte Potenziale, die im Anterioren Cingulum generiert werden. Des Weiteren wurde die Frontalhirnfunktion mittels dreier neuropsychologischer Tests (VFT, TMT, Stroop-Test) untersucht. Neben der Frontalhirnfunktion wurde auch die klinische Entwicklung der Patienten anhand psychopathologischer Skalen quantifiziert und die von den Patienten subjektiv empfundene Lebensqualität evaluiert. Schließlich wurde noch angestrebt, weitere Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen Medikamentenblutspiegel und Wirkprofil der beiden Substanzen zu gewinnen. Methoden: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 20 Patienten neurophysiologisch, neuropsychologisch und psychopathologisch untersucht. Der Untersuchungszeitraum erstreckte sich über 30 Tage. Die neurophysiologischen und neuropsychologischen Untersuchungen wurden insgesamt zweimal (t1 und t4) - zu Beginn und zum Ende der Behandlung – durchgeführt. Die klinische Beurteilung der Patienten erfolgte jeweils im Abstand von zehn Tagen an insgesamt vier Terminen (t1, t2, t3, t4). Die Zuteilung der Patienten zu den beiden Medikationsgruppen (Quetiapin: n=11; Flupentixol: n=9) erfolgte randomisiert, die Durchführung einfachblind, sodass nur der behandelnde Arzt und der Patient, nicht jedoch der Untersucher über die verwendete Medikation informiert waren. Im Rahmen der neurophysiologischen Untersuchungen führten die Patienten einen Erkisen-Flanker-Test durch, wobei anhand der begangenen Fehler die ERN und die Pe untersucht wurden. Ergebnisse: Beide Patientengruppen zeigten im Laufe des Behandlungszeitraums eine signifikante Verbesserung der Positiv-, Negativ-, und Globalsymptomatik. Dabei zeigte sich in keiner der Subskalen ein Vorteil für eines der beiden Medikamente. Allerdings wurde eine stärkere zeitpunktunabhängige Ausprägung der Negativ- und Globalsymptomatik bei den Flupentixolpatienten sichtbar. Bei der Betrachtung der Lebensqualität zeigte sich sowohl für den Gesamtquotienten als auch für das Einzelitem Zufriedenheit mit der seelischen Gesundheit ein Vorteil für Quetiapin. Die Medikamentenblutspiegel waren in beiden Gruppen nur an einem von drei Untersuchungstagen mit der verabreichten Dosis korreliert, Korrelationen mit der Symptomstärke waren außer für die Extrapyramidalmotorik nicht zu finden. Neuropsychologisch war ein vorteilhafter Effekt von Quetiapin nur im TMT andeutungsweise zu finden. Neurophysiologisch waren Effekte der ERN ebenfalls nur andeutungsweise in Form eines statistischen Trends zu finden: der Amplitudenanstieg war in der Quetiapingruppe ausgeprägter als in der Flupentixolgruppe. Deutlich unterschieden sich die beiden Gruppen hingegen im Anstieg der Pe-Amplitude, der in der Quetiapingruppe signifikant ausgepägter zu finden war. Schlussfolgerung: Quetiapin und Flupentixol scheinen in Bezug auf die Linderung der Negativsymptomatik nicht unterschiedlich potent zu sein. Unterschiede in Bezug auf die Entwicklung der subjektiven Lebensqualität ließen sich jedoch bestätigen. Der Pe-Amplitudenanstieg in der Quetiapingruppe lässt sich mit einer Verbesserung der Handlungsüberwachung in Form einer unspezifischen Steigerung des Handlungsbewusstseins in Einklang bringen und gibt einen Hinweis auf eine verbesserte ACC- und damit Frontalhirnaktivität.
Die vorliegende retrospektive Untersuchung arbeitete mit Daten von 153 Patienten der Neurogerontopsychiatrischen Tagesklinik Würzburg. Dabei wurde zum einen geprüft, ob multimorbide Patienten und niereninsuffiziente Patienten höhere dosiskorrigierte Serumkonzentrationen der Antidepressiva Escitalopram, Sertralin, Venlafaxin und Mirtazapin aufwiesen. Zum anderen erfolgte die Untersuchung, ob hohe Serumkonzentrationen der vier
genannten Antidepressiva zu einem besseren Therapieergebnis führten.
Für die Berechnungen wurden die letzten vor Entlassung erhobenen Laborparameter verwendet. Es erfolgte die Berechnung der dosiskorrigierten Serumkonzentration. 76 Patienten (49,7 %) wurden als multimorbide eingestuft.
Es zeigten sich für die dosiskorrigierte Serumkonzentration des
aktiven Metaboliten O-Desmethyl-Venlafaxin statistisch signifikant höhere
Konzentrationen bei der multimorbiden Subgruppe.
Ferner zeigte sich bei 140 Patienten eine Niereninsuffizienz (91,5 %). Für die dosiskorrigierte Konzentration von O-Desmethyl Venlafaxin, die dosiskorrigierte Summenserumkonzentration aus Venlafaxin und O-Desmethyl- Venlafaxin sowie die dosiskorrigierte Serumkonzentration von Sertralin ließen sich statistisch signifikant höhere Konzentrationen bei einer zunehmenden Einschränkung der Nierenfunktion nachweisen.
Es zeigte sich kein Einfluss der Höhe der dosiskorrigierten Serumkonzentration der
Antidepressiva auf das Therapieergebnis in der vorliegenden Arbeit.
Mit der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass sowohl Multimorbidität als
auch Niereninsuffizienz einen Einfluss auf die Verstoffwechselung und
auch die dosiskorrigierte Serumkonzentration der Antidepressiva Venlafaxin und
Sertralin haben. Daher ergibt sich die Schlussfolgerung, dass bei
älteren Patienten, welche von Multimorbidität oder Niereninsuffizienz betroffen sind,
eine Dosisanpassung und regelmäßige Kontrollen der Serumkonzentration im Sinne
eines Therapeutischen Drug Monitoring erfolgen sollten.
Methodik: Für diese Studie wurden 34 Patienten zu drei verschiedenen Zeitpunkten untersucht. Hierbei wurden die EEG-Potentiale während einer CPT-OX-Testung abgeleitet. Für die vorliegende Arbeit sollen vor allem die Daten der ersten EEG-Messung (t1) ohne Einfluss jeglicher relevanter Medikation, die Daten der zweiten EEG-Messung (Challenge; t2), welche 60 Minuten nach der Einnahme eines der drei zur Verfügung stehenden Medikamente (Methylphenidat MPH 20 mg, Atomoxetin ATX 20 mg oder Placebo) erhoben wurden, und die Langzeitergebnisse nach ca. 28 Tagen Behandlungsdauer (t3) mit Methylphenidat (MPH) oder Atomoxetin (ATX) untersucht werden. Zur Überprüfung der Alternativhypothesen H1: μ > μ0, wurden jeweils die Hirnströme der Placebo-Gruppe mit denen der Medikamentengruppen (MTP und ATX) verglichen. Zur Überprüfung der Alternativhypothese H2: µ1 ≠ µ2, wurden die beiden Wirkstoffgruppen (ATX und MTP) miteinander verglichen. Auswertbar waren zum Zeitpunkt der Challenge die Daten von 30 Patienten, zum Zeitpunkt des Follow-Ups noch 28 Patientendaten. Ergebnisse: 1. Es ergab sich ein signifikanter Unterschied der relativen P150-Amplitude unter Therapie mit Methylphenidat zwischen der Baseline (t1) und der Challenge (t2) über Elektrodenposition Fz. 2. Es ergab sich ein signifikanter Unterschied der Amplitude der N2 unter Therapie mit Atomoxetin sowohl zwischen der Baseline- (t1) und der Challenge- (t2) also auch zwischen der Baseline- (t1) und der Behandlungsmessung (t3). Im Rahmen der Challenge-Untersuchung trat ein vergleichbarer Effekt auch in der Placebogruppe auf. Außerdem zeigte die Amplitude der N2 sowohl unter Atomoxetin als auch in der Placebogruppe Anstiege zwischen der Baseline (t1) und der Challenge (t2), welche für die Methylphenidatgruppe nicht beobachtet wurden. Diskussion: Das Potential P150 repräsentiert Filterung und gerichteter Aufmerksamkeit. Diese Komponenten werden durch die kurzfristige Einnahme von Methylphenidat beeinflusst. Einen Zusammenhang zwischen Dopaminaktivität im präfrontalen Kortex und verbesserter Aufmerksamkeit konnte kürzlich gezeigt werden (Rubia et al., 2011). Unsere Ergebnisse können diesen Zusammenhang bestätigen und zeigen zudem eine direkte Korrelation zwischen der Einnahme von Mehtylphenidat und dem Potential P150. Ein Ansprechen der P150 auf Methylphenidat repräsentiert somit eine Verbesserung der Aufmerksamkeit. Das Potential N2 repräsentiert Inhibition und somit, die Impulsivität. Diese wird sowohl durch die kurzfristige, als auch durch die längerfristige Einnahme von Atomoxetin beeinflusst. Analog der o. g. Ergebnisse kann somit von einem Effekt des selektiven Noradrenalin Wiederaufnahmehemmer auf die Symptomatik der Impulsivität ausgegangen werden. Eine Korrelation von Atomoxetin und der Aktivität des rechten inferioren, frontalen Kortex konnte ebenfalls bereits gezeigt werden (Chamberlain et al., 2008). Auch diese Ergebnisse können wir mit unserer Studie bestätigen und zudem eine Korrelation zwischen der Einnahme von Atomoxetin und dem Potential N2 aufzeigen. Ein Ansprechen der N2 unter Methylphenidat repräsentiert somit eine verbesserte Inhibtionskontrolle und somit eine verminderte Impulsivität. Somit konnte gezeigt werden, dass beide Medikamente auf unterschiedliche Teilsymptome des ADHS wirken.
Neben Alter, Geschlecht, Rauchen und genetischen Polymorphismen der metabolischen Enzyme können vor allem Arzneimittelinteraktionen die Pharmakokinetik und dynamik von Medikamenten beeinflussen und zu starken Unterschieden der Serumspiegelkonzentrationen führen. Eine im klinischen Alltag sehr häufig zu findende Arzneimittelkombination ist die von Antipsychotika und Antikonvulsiva. Trotz der häufigen gemeinsamen Gabe gibt es noch immer keine eindeutigen Daten über Interaktionen zwischen den beiden Klassen von Psychopharmaka und daraus resultierenden Veränderungen der jeweiligen Serumwirkspiegel. In der Arbeit werden Einflüsse von Alter und Geschlecht sowie mögliche Effekte antikonvulsiver Komedikation auf die mittels Therapeutischen Drug Monitorings gemessenen Serumwirkspiegel der Antipsychotika aufgezeigt. Genauer untersucht werden dabei die Kombinationen Clozapin und Valproat sowie Olanzapin und Valproat. Die Arbeit betont zudem die Bedeutung des Therapeutischen Drug Monitorings im klinischen Alltag.
Die komplexe Pathogenese von Angst und insbesondere der Panikstörung wird sowohl von genetischen Faktoren wie dem Adenosin A2A Rezeptorgen (ADORA2A) 1976T/C Polymorphismus (rs5751876) als auch von neuropsychologischen Faktoren wie einer verzerrten Emotionsverarbeitung und Defiziten in der frühen Informationsverarbeitung beeinflusst. Ziel der vorliegenden doppelblinden, Placebo-kontrollierten Studie war, ein mehrstufiges pathogenetisches Angstmodell zu etablieren, in dem der Einfluss von 300 mg Koffeinzitrat – einem Antagonisten am Adenosin A2A Rezeptor – versus Placebo 1) auf den emotionspotenzierten Startlereflex (negative, neutrale und positive Bilder aus dem International Affective Picture System (IAPS) sowie zusätzlich panikspezifisches Bildmaterial) an 115 gesunden Probanden (m = 57, w = 58) und 2) auf die frühe Informationsverarbeitung (Prepulse-Modifikation (PPM)-Paradigma mit Interstimulus Intervallen (ISI) von 60, 120, 240, 480 und 2000 ms) an vorwiegend derselben Stichprobe von 114 gesunden Probanden (m = 57, w = 57) getestet wurde. Die Probanden wurden dabei für die genetische ADORA2A 1976T/C Variante stratifiziert und mittels des Angstsensitivitäts-Index (ASI) für Angstsensitivität (AS) charakterisiert. Zusätzlich zum erwarteten Haupteffekt der Bildkategorien (höchste Startlemagnituden für negative, niedrigste für positive Bilder) konnte eine Genotyp X Intervention Interaktion auf die Bildkategorien beobachtet werden: Sowohl Trägerschaft des ADORA2A 1976TT Risikogenotyps unter Placebo als auch der Konsum von Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgerschaft stellten ein Risiko für eine ähnliche, d.h. undifferenzierte physiologische Erregung in Antwort auf negative und neutrale Reize und damit womöglich für eine erhöhte Angstbereitschaft dar. In Übereinstimmung mit dem hypothetisierten multifaktoriellen Risikomodell potenzierte Koffein in Synergie mit dem ADORA2A 1976TT Risikogenotyp die Startlereaktion spezifisch für negative emotionale Reize. Dieser Effekt wurde maßgeblich durch eine hohe Angstsensitivität verursacht. Die höchsten Startlemagnituden nach Koffeineinnahme bei negativen Bildern zeigten sich insbesondere in der weiblichen Stichprobe. Bei panikspezifischen Bildern führte Koffein bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern dazu, dass im Vergleich zu Placebo weniger zwischen negativen und Panikbildern unterschieden wurde. Bei ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern ergaben sich bzgl. der panikspezifischen Bilder weder unter Koffein- noch unter Placebobedingungen Unterschiede. Bezüglich der frühen Informationsverarbeitung konnte eine Vierfachinteraktion zwischen Genotyp, Intervention, Geschlecht und ISI beobachtet werden. Eine Stratifikation nach ISI ergab, dass die Prepulse Inhibition (PPI) nach Koffeineinnahme für das ISI von 120 ms und von 240 ms bei weiblichen ADORA2A 1976TT Risikogenotypträgern im Vergleich zu männlichen ADORA2A 1976TT Homozygoten eingeschränkt war, während es keine signifikanten Effekte bei ADORA2A 1976CC/CT Nicht-Risikogenotypträgern oder in der Placebogruppe gab. Nur bei hoch ängstlichen Probanden konnte ein signifikanter Interventionseffekt mit verminderter Prepulse Fazilitation (PPF; ISI von 2000 ms) unter Koffein beobachtet werden. Unsere Ergebnisse weisen auf ein komplexes, mehrstufiges und potenziell geschlechtsspezifisches pathogenetisches Angstmodell hin, bei dem genetische und biochemische Faktoren interaktiv das Risiko für defizitäre emotionale Verarbeitungsprozesse und somit möglicherweise auch für Angststörungen erhöhen. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass weibliche ADORA2A 1976TT Homozygote unter Koffein eine eingeschränkte Fähigkeit haben, irrelevante sensorische Informationen zu filtern, was die Rolle des adenosinergen Systems bei der Pathogenese von Angst zusätzlich stützt. Durch die Definition von multifaktoriellen Risikoprofilen für Angst und insbesondere die Panikstörung, wie in der vorliegenden Arbeit exemplarisch demonstriert, können in Zukunft Fortschritte in der individuellen Primär- und Sekundärprävention erzielt werden.
Ängstliche Depression ist ein Subtypus der depressiven Erkrankung geprägt von schwerer klinischen Symptomatik und schlechterem Ansprechen auf antidepressive Therapie. Faktoren, die eine ängstliche Depression begünstigen sowie neuroendokrine Veränderungen sind bislang nicht bekannt. Wir untersuchten die Auswirkung einer kindlichen Traumatisierung sowie Veränderungen der Hypothalamus-Hypophysen-Nebennierenrinden-Achse bei diesem Subtypus. Patienten mit einer ängstlichen Depression erfuhren häufiger eine emotionale und körperliche Vernachlässigung in der Kindheit. Darüber hinaus fanden sich im modifizierten Dexamethason-Suppressions-Test eine erhöhte Sensitivität des Glukokortikoid-Rezeptors in Abhängigkeit eines sexuellen Missbrauchs sowie ein morgendlicher Hypercortisolismus bei ängstlich depressiven Patienten, in Abhängigkeit des Ansprechens auf antidepressive Therapie.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war den Einfluss des Gewichts und des Rauchens auf die Pharmakokinetik der Psychopharmaka zu zeigen.
Analysiert wurden Antidepressiva Amitriptylin, Doxepin, Es-Citalopram, Mirtazapin und Venlafaxin sowie Antipsychotika Clozapin, Quetiapin und Risperidon. Zur Erhebung der Daten wurden insgesamt 5999 TDM- Anforderungsscheine herangezogen, die in den Jahren 2009 - 2010 im Speziallabor für TDM in der Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie des Universitäsklinikums Wüzburg ausgewertet wurden.
Ein signifikanter Einfluss von Rauchen konnte bei den Serumspiegeln von Amitriptylin, Doxepin, Mirtazapin, Venlafaxin und Clozapin festgestellt werden. Nichtraucher wiesen jeweils signifikant höhere dosiskorrigierte Serumkonzentrationen als Raucher auf.
Diese Ergebnisse liefern somit Hinweise auf mögliche Induktion der Enzyme CYP2C19, CYP1A2 und CYP3A4 durch Tabakrauch.
Bei der Analyse des Einflusses des Körpergewichts auf die Pharmakokinetik konnten signifikante Ergebnisse bei den Substanzen Amitriptylin, Doxepin, Mirtazapin und Venlafaxin gezeigt werden. Bei diesen Substanzen konnten wir niedrigere Serumspiegel mit zunehmenden Gewicht feststellen.
Für diese Ergebnisse könnten zum einen die lipophilen Eigenschaften mancher Psychopharmaka (Nortriptylin, Doxepin) zuständig sein. Zum anderen hat das zunehmende Körpergewicht einen Einfluss auf den Metabolismus der Cytochrom-P450-Enzyme. Somit könnte die mögliche Induktion von CYP2D6, CYP2C19 und CYP3A4 bei Patienten mit höherem Körpergewicht für wirksam niedrigere Serumspiegel der Substanzen bzw. deren Metaboliten verantwortlich sein.
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.
Der präfrontale Kortex wird im Allgemeinen mit exekutiven Funktionen in Verbindung gebracht, die unter anderem Aufmerksamkeitskontrolle, Inhibition, Arbeitsgedächtnis oder die Erkennung und Bewertung neuartiger Reize beinhalten. Für die situationsgerechte Anpassung der verschiedenen Kontrollmechanismen ist in dieser Hirnregion, wie sich in zahlreichen Studien gezeigt hat, der Neurotransmitter Dopamin entscheidend. Dieser liegt, u.a. bedingt durch den Val108/158Met-Polymorphismus der Catechol-O-Methyl-Transferase, interindividuell in verschiedenem Ausmaß vor und sollte dadurch Unterschiede in präfrontalen Funktionen zwischen einzelnen Individuen maßgeblich beeinflussen. Ziel dieser Arbeit war es, diesen Einfluss mittels EEG und ereigniskorrelierten Potenzialen genauer zu bestimmen und zusätzlich herauszuarbeiten, welche kognitiven Prozesse genau durch den COMT-Genotyp beeinflusst werden. 60 gesunde Probanden absolvierten hierzu unter EEG-Ableitung eine Aufgabe mit variablem Aufmerksamkeitsbedarf. Es wurde zunächst der Zusammenhang zwischen den ereigniskorrelierten Potenzialen N200 und P300 mit präfrontalen Funktionen wie Aufmerksamkeitskontrolle, Inhibition und Konfliktdetektion bzw. –verarbeitung untersucht. Zusätzlich wurden sowohl das Verhalten als auch die elektrophysiologische Aktivität zwischen den sorgfältig gematchten Genotyp-Gruppen Val/Val, Val/Met und Met/Met (je 11 Probanden) verglichen. Es zeigte sich, dass die N200 v.a. durch eine Veränderung der Aufmerksamkeitsrichtung zwischen globalen und lokalen Stimuluseigenschaften beeinflusst wurde. Die P300 wurde dagegen sowohl von der Aufmerksamkeitsrichtung als auch der Konfliktstärke (lokale im Vergleich zu globalen Stimuluseigenschaften sowie erhöhter Konflikt mit vermehrter Beanspruchung von Aufmerksamkeitsressourcen) beeinflusst. Wir konnten keine Auswirkungen der COMT-Ausprägung auf die Performanz (Korrektheit und Reaktionsgeschwindigkeit) im VAC-Test feststellen. Die hirnelektrische Aktivität (N200 und P300) unterlag dagegen einem deutlichen Einfluss des COMT-Genotyps: Met-Allel-Homozygote zeigten ein effizienteres Arbeiten - es lag eine bessere Aktivierung des Kortex (höhere P300) sowie ein geringerer Bedarf an Inhibition bei gleicher Leistung wie bei Val-Allel-Trägern vor (niedrigere N200- Amplitude). Es zeigte sich zudem bei den Met-Allel-Homozygoten kaum Variabilität der Hirnaktivierung über alle Schwierigkeitsstufen hinweg, was möglicherweise Ausdruck einer geringeren kognitiven Flexibilität im Vergleich zu Val-Allel-Trägern ist.
Einfluss des Catechol-O-Methyltransferase Val158Met Polymorphismus auf die Aufmerksamkeitskontrolle
(2010)
Diese Studie untersucht den Einfluss des Catechol-O-Methyltransferase(COMT) Val158Met Polymorphismus auf die Aufmerksamkeitskontrolle und die Funktion des dorso-lateralen präfrontalen Kortex (DLPFC). Der COMT Val158Met Polymorphismus ist ein funktioneller Polymorphismus mit einem hochaktiven Val- und einem weniger aktiven Met-Allel. Blasi und Kollegen (2005) konnten nur im Bereich des Cingulums einen Einfluss des COMT Val158Met Polymorphismus auf die Hirn-Aktivierung beobachten, nicht jedoch im DLPFC. Dies steht im Gegensatz zu mehreren Studien mit Aufgaben zum Arbeitsgedächtnis, welche einen solchen Einfluss für den DLPFC beschreiben konnten. Blasi und Kollegen (2005) verwendeten in ihrer Untersuchung die von ihnen neu entwickelte VAC-Aufgabe, in welcher den Versuchspersonen Pfeilstrukturen mit unterschiedlichen Anforderungen an die Aufmerksamkeitskontrolle präsentiert werden.Gegenstand dieser Arbeit war es, unter Anwendung der von Blasi und Kollegen (2005)entwickelten VAC-Aufgabe zur Aufmerksamkeitskontrolle die Auswirkungen der unterschiedlichen Bedingungen des Paradigmas auf das Verhalten (Fragestellung 1) und auf die Aktivierung im Bereich des DLPFC (Fragestellung 2) nachzuvollziehen. Des Weiteren sollten mögliche Einflüsse des COMT Val158Met Polymorphismus auf das Verhalten (Fragestellung 3) und auf die Aktivierung im Bereich des DLPFC (Fragestellung 4) analysiert werden. Die Aktivierung des DLPFC wurde während der Aufgabe zur Aufmerksamkeitskontrolle bei 104 gesunden Probanden mit der funktionellen Nah-Infrarot Spektroskopie (fNIRS) gemessen. Mit zunehmender Schwierigkeit der Bedingungen der VACAufgabe wiesen die Versuchspersonen einen geringeren Anteil korrekter Antworten bei einer zunehmenden Reaktionszeit auf. Wir konnten im Bereich des DLPFCs einen deutlichen Aktivierungsanstieg mit zunehmenden Anforderungen an die Aufmerksamkeitskontrolle beobachten. Wir konnten keinen Effekt des COMT Val158Met Polymorphismus auf die Verhaltensdaten feststellen. Wir konnten einen Interaktionseffekt von Bedingung und COMT-Genotyp auf die Aktivierung im Bereich des DLPFC feststellen.
Einfluss der Reizdarbietung auf die elektrophysiologischen Korrelate der motorischen Steuerung
(2003)
In dieser Arbeit wurden die motorische Steuerung und ihre vermuteten elektrophysiologischen Korrelate (N200, P300 und NGA) näher untersucht. Dazu wurden fünf verschiedene Paradigmen (Continuous Performance Tests, CPTs)an 23 gesunden Probanden durchgeführt und die ereigniskorrelierten Potentiale aufgezeichnet. Die CPTs unterschieden sich jeweils in der Art der Reizdarbietung (visuelle/akustische Modalität, Präsentationsdauer, Inter-Stimulus-Intervall). Die Ergebnisse dieser Studie deuten auf einen Zusammenhang der elektrophysiologischen Parameter mit der motorischen Steuerung hin. Die elektrophysiologischen Unterschiede zwischen der Ausführung (Go) und der Hemmung (NoGo) einer vorbereiteten motorischen Antwort sind stabil und zeigen, dass ihnen unterschiedliche Prozesse zugrunde liegen.
Einfluss der aurikulären Vagusnervstimulation auf affektive Parameter bei depressiven Patienten
(2018)
Hintergrund und Ziele:
Das Krankheitsbild der Depression gehört zu den häufigsten psychischen Erkrankungen. Als Therapieoptionen stehen in erster Linie Antidepressiva der verschiedensten Klassen und unterschiedliche Formen der Psychotherapie zur Verfügung (Möller, Laux et al. 2015).
Trotz allem gibt es jedoch immer wieder Patienten, die trotz intensiver Therapiebemühungen keine Besserung zeigen. Neben der Elektrokonvulsions-therapie (EKT) als Gold-Standard bietet hier die Vagusnervstimulation (VNS) in vielen Ländern bereits ein zugelassenes Verfahren zur Behandlung sogenannter therapie-refraktärer Depressionen. Das Problem besteht allerdings im Verlauf des N. vagus, da dieser im Halsbereich nur schwer in einem operativen Verfahren zugänglich ist und er hier mit anderen lebenswichtigen Strukturen gemeinsam verläuft (Benninghoff, Drenckhahn et al. 2008). Dies macht eine Therapie nicht ganz ungefährlich. Allerdings gibt der N. vagus einen Hautast ab, der Teile des äußeren Gehörganges (insbesondere den Tragus), sensibel versorgt. Im Jahr 2000 schlug Ventureyra erstmals die Möglichkeit vor, diesen Ramus auricularis n. vagi als alternativen Zugangsweg zum Hals zu nutzen (Ventureyra 2000). Wenig später gelang es Fallgatter und Kollegen erstmals, durch elektrische Stimulation in diesem Innervationsgebiet somatosensibel evozierte Potentiale des N. vagus (VSEP) an der Schädelkalotte abzuleiten (Fallgatter, Neuhauser et al. 2003). Hierbei konnte in Einzelfällen gezeigt werden, dass nur an dieser Stelle diese Potentiale evoziert werden können, nicht jedoch an anderen Stellen des Ohres, die größtenteils vom N. trigeminus innerviert werden (Benninghoff, Drenckhahn et al. 2008). Dieser Vorbefund sollte in dieser Studie in einer Subgruppenanalyse an 10 Probanden überprüft werden. Darüber hinaus stellte sich die Frage, ob durch transkutane Stimulation des Hautastes eine ähnliche gute klinische Verbesserung bei Depressionen wie bei konventioneller VNS, möglich ist. Ziel dieser Studie war es zu untersuchen, ob über diesen alternativen Zugangsweg der VNS am Ohr positive Effekte auf affektive Parameter ähnlich denen der konventionellen VNS bei depressiven Patienten zu erzielen sind. Die Hypothese dabei lautete, dass nach der VNS ein stimmungsaufhellender Effekt zu sehen ist, während man bei der ausschließlichen Stimulation des N. trigeminus an den übrigen Stellen des Ohres keinen antidepressiven Effekt sieht.
Für viele Patienten wäre es eine Erleichterung, wenn man künftig die Möglichkeit einer einfachen Therapieform zur unterstützenden Behandlung von therapierefraktären Depressionen hätte.
Methoden:
Hierzu wurden 50 Patienten aus der Universitätsklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Universitätsklinikums Würzburg, die unter unipolarer oder bipolarer Depressionen leiden rekrutiert. Jeder Patient wurde jeweils 20 Minuten sowohl im Innervationsgebiet des Vagus als auch an einer Stelle, welche rein vom Trigeminus innerviert wird, stimuliert. Die Reihenfolge der Stimulation erfolgte randomisiert, so dass der Patient nicht wusste, welche Stimulation er als erstes erhält. Jeweils vor und nach jeder Stimulation wurde der Proband mittels visueller Analogskala bezüglich affektiver Parameter befragt. 30 Patienten wurden kontinuierlich über 20 Minuten stimuliert, während 20 Patienten pulsatil dergestalt stimuliert wurden, dass immer nach 5 Minuten eine Stimulationspause von 30 Sekunden folgte, damit wieder ein neuer Reiz gesetzt werden konnte.
Bei 10 Patienten wurden zusätzlich noch evozierte Potentiale sowohl bei transkutaner Vagusnervstimulation, als auch bei Kontrollstimulation im Innervationsgebiet des N. trigeminus, abgeleitet.
Ergebnisse und Beobachtungen:
Zusammenfassend kann man sagen, während sich unter kontinuierlichen Stimulationsbedingungen keine signifikanten Ergebnisse zeigten, fühlten sich die Probanden unter pulsatilen Stimulationsbedingungen nach der Versuchsstimulation signifikant fröhlicher (t(38)= 5,24; p< 0,001), optimistischer (t(38)= 3,28; p= 0,002) und schätzten ihr allgemeines Empfinden danach besser ein (t(38)= 3,50; p= 0,001). Daher ist in künftigen Studien die pulsatile Stimulationsart der kontinuierlichen vorzuziehen. Keinen Einfluss hingegen schienen die Stimulationen auf die Vigilanz zu nehmen.
Bei der Auswertung der evozierten Potentiale zeigte sich, dass die Amplitude P1-N1 in Ableitung FzF3 bei Kontrollstimulation signifikant kleiner als bei Versuchsstimulation war (t(9)= 3,13; p= 0,012). Darüber hinaus war die Amplitude im Schnitt immer unter Kontrollstimulation kleiner, als bei Versuchsstimulation. Für die Amplitude P1-N1 in Ableitung C3F3 war hierfür ebenfalls ein Trend zu sehen (t(9)= 1,85; p= 0,097).
Auffallend war auch, dass die Latenzen P1, N1 und P2 sehr oft im Schnitt bei Kontrollstimulation verlängert waren. Die Latenz an Punkt P1 in Ableitung C3F3 war hier sogar bei Kontrollstimulation signifikant länger, als bei Versuchsstimulation (t(9)= -2,37; p= 0,042).
Praktische Schlussfolgerungen:
In Ansätzen konnte gezeigt werden, dass die Versuchsstimulation am Tragus ein anderes Potential auf Hirnstammebene generiert als die Kontrollstimulation am Ohrläppchen. Während sich bei kontinuierlicher Stimulationsart keine signifikanten Ergebnisse zeigten, fühlten sich die Probanden nach pulsatiler Vagusnervstimulation signifikant fröhlicher, optimistischer und schätzten ihr allgemeines Empfinden besser ein. Nur auf die Vigilanz scheint die pulsatile VNS keinen Einfluss zu nehmen. Gerade die pulsatile VNS zeigt vielversprechende Ergebnisse und sollte in künftigen Studien näher untersucht und der kontinuierlichen Stimulationsart vorgezogen werden. Natürlich sind noch intensivere Studien notwendig, trotzdem besteht aufgrund der Ergebnisse die Hoffnung, die transkutane VNS in Zukunft zur unterstützenden Therapie bei der Depressionsbehandlung einsetzen zu können.
In der vorliegenden prospektiven Pilotstudie wurden die Hypothesen überprüft, dass es durch die nicht-invasive aurikuläre Vagusnervstimulation, jedoch nicht durch eine Kontrollstimulation am Ohrläppchen, zu einer Steigerung der Befindlichkeit, einer Verbesserung der Kognition und einem positiven Effekt auf die Herzratenvariabilität kommt.
Zusammenfassend konnten dabei in dieser Studie geringe Effekte der t-VNS auf einen kognitiven Parameter (F%-Wert des d2-Tests) sowie einen einzelnen HRV-Parameter (pNN50) gezeigt werden, wobei es Hinweise auf eine Intensitätsabhängigkeit der einzelnen Effekte gab. Auf die übrigen erfassten kognitiven Parameter und die weiteren gemessenen HRV-Parameter sowie die Befindlichkeit konnte kein Einfluss der t-VNS nachgewiesen werden. Bestätigt werden konnte das gute Sicherheitsprofil und die gute Tolerabilität der t-VNS.
In der vorliegenden prospektiven Pilotstudie wurden die Hypothesen überprüft, dass es durch die nicht-invasive aurikuläre Vagusnervstimulation, jedoch nicht durch eine Kontrollstimulation am Ohrläppchen (Innervationsgebiet des N. trigeminus) zu einer mittels NIRS messbaren Zunahme des regionalen zerebralen Blutflusses und damit der kortikalen Aktivität im Bereich des präfrontalen Kortex, zu einer Steigerung der Befindlichkeit und zu einer Verbesserung der Kognition kommt.
Die Ergebnisse zeigten eine Deaktivierung im Bereich des präfrontalen Kortex, wobei keine signifikanten Unterschiede zwischen der Vagusnerv- und der Kontrollstimulation in allen drei Modulen (Hirnaktivierung, Kognition, Befindlichkeit) nachweisbar waren.
It has been shown that applying transcranial direct current stimulation (tDCS) over the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) influences declarative memory processes. This study investigates the efficacy of tDCS on emotional memory consolidation, especially experimental fear conditioning. We applied an auditory fear-conditioning paradigm, in which two differently colored squares (blue and yellow) were presented as conditioned stimuli (CS) and an auditory stimulus as unconditioned stimulus (UCS). Sixty-nine participants were randomly assigned into three groups: anodal, cathodal, and sham stimulation. The participants of the two active groups (i.e., anodal and cathodal) received tDCS over the left DLPFC for 12 min after fear conditioning. The effect of fear conditioning and consolidation (24 h later) was measured by assessing the skin conductance response (SCR) to the CS. The results provide evidence that cathodal stimulation of the left DLPFC leads to an inhibitory effect on fear memory consolidation compared to anodal and sham stimulation, as indicated by decreased SCRs to CS+ presentation during extinction training at day 2. In conclusion, current work suggests that cathodal stimulation interferes with processes of fear memory consolidation.
Anxious depression represents a subtype of major depressive disorder and is associated with increased suicidality, severity, chronicity and lower treatment response. Only a few studies have investigated the differences between anxious depressed (aMDD) and non-anxious depressed (naMDD) patients regarding treatment dosage, serum-concentration and drug-specific treatment response. In our naturalistic and prospective study, we investigated whether the effectiveness of therapy including antidepressants (SSRI, SNRI, NaSSA, tricyclics and combinations) in aMDD patients differs significantly from that in naMDD patients. In a sample of 346 patients, we calculated the anxiety somatization factor (ASF) and defined treatment response as a reduction (≥50%) in the Hamilton Depression Rating Scale (HDRS)-21 score after 7 weeks of pharmacological treatment. We did not observe an association between therapy response and the baseline ASF-scores, or differences in therapy outcomes between aMDD and naMDD patients. However, non-responders had higher ASF-scores, and at week 7 aMDD patients displayed a worse therapy outcome than naMDD patients. In subgroup analyses for different antidepressant drugs, venlafaxine-treated aMDD patients showed a significantly worse outcome at week 7. Future prospective, randomized-controlled studies should address the question of a worse therapy outcome in aMDD patients for different psychopharmaceuticals individually.
The most prominent brain region evaluating the significance of external stimuli immediately after their onset is the amygdala. Stimuli evaluated as being stressful actuate a number of physiological processes as an immediate stress response. Variation in the serotonin transporter gene has been associated with increased anxiety- and depression-like behavior, altered stress reactivity and adaptation, and pathophysiology of stress-related disorders. In this study the instant reactions to an acute stressor were measured in a serotonin transporter knockout mouse model. Mice lacking the serotonin transporter were verified to be more anxious than their wild-type conspecifics. Genome-wide gene expression changes in the amygdala were measured after the mice were subjected to control condition or to an acute stressor of one minute exposure to water. The dissection of amygdalae and stabilization of RNA was conducted within nine minutes after the onset of the stressor. This extremely short protocol allowed for analysis of first wave primary response genes, typically induced within five to ten minutes of stimulation, and was performed using Affymetrix GeneChip Mouse Gene 1.0 ST Arrays. RNA profiling revealed a largely new set of differentially expressed primary response genes between the conditions acute stress and control that differed distinctly between wild-type and knockout mice. Consequently, functional categorization and pathway analysis indicated genes related to neuroplasticity and adaptation in wild-types whereas knockouts were characterized by impaired plasticity and genes more related to chronic stress and pathophysiology. Our study therefore disclosed different coping styles dependent on serotonin transporter genotype even directly after the onset of stress and accentuates the role of the serotonergic system in processing stressors and threat in the amygdala. Moreover, several of the first wave primary response genes that we found might provide promising targets for future therapeutic interventions of stress-related disorders also in humans.
Das Enzym Catechol-O- Methyltransferase (COMT) spielt eine wichtige Rolle beim Abbau der Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin. In dessen Gen befindet sich ein Polymorphismus (SNP), der einen Aminosäureaustausch von Valin zu Methionin an Position 158 der membrangebundenden Isoform bewirkt.. In früheren Studien zeigen die verschiedenen Genotypen des Polymorphismus Unterschiede in der emotionalen Verarbeitung, bei der die COMT Einfluss auf die Verarbeitung von negativen, aber nicht von positiven Stimuli zeigt. Neben emotionalen werden durch die COMT aber auch kognitive präfrontale Prozesse beeinflusst. Eine Aufmerksamkeitslenkung auf Bilder führt im Zeitfenster der EPN und LPP zu ähnlichen Effekten wie beim Betrachten emotionaler Bilder In dieser Studie sollte daher untersucht werden, ob die COMT- Effekte auf die Emotionsverarbeitung durch Aufmerksamkeitsprozesse begründet sind und diese unabhängig vom emotionalen Inhalt durch die Aufmerksamkeitsinstruktion auslösbar sind.
Dafür wurden bei 48 gesunden und entweder Val/Val oder Met/Met- Homozygoten Probanden während der Präsentation von IAPS Bildern mit positiven, negativen und neutralen Bildern ein EEG abgeleitet. Und es wurde die neuronale Aktivierung bei emotionalen Stimuli, in Interaktion mit der Instruktion, die Aufmerksamkeit auf eine bestimmte emotionale Kategorie zu richten, untersucht. Dabei zeigten sich die erwarteten Emotions- und Aufmerksamkeitseffekte auf EPN und LPP. Keinen Einfluss hatte der COMT-Genotyp. Dies könnte an der Interferenz der Emotionseffekte mit kognitiven Effekten des COMT- Polymorphismus liegen.
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Angstsensitivität auf die Emotionsverarbeitung und selektive Aufmerksamkeitsprozesse. Anhand des Angstsensitivitätsindex-3 (ASI-3) wurden die Probanden in stark und wenig angstsensitiv eingeteilt. Der Selbstbeurteilungsfragebogen ASI-3 erfasst in welchem Maß die betreffende Person auf typische angstauslösende Stimuli mit Symptomen reagiert (Kemper, et al., 2009). Bei 53 gesunden, freiwilligen Probanden wurde, während der Präsentation von Bildern mit positiven, negativen und neutralen Inhalt, ein EEG (Elektroenzephalogramm) abgeleitet. In Anlehnung an das Paradigma von Schupp und Kollegen (Schupp, et al., 2007) wurde jede Bildkategorie jeweils in einem Durchgang als Target- und gleichzeitig die beiden anderen Kategorien als Non-Target-Bedingung dargeboten. Außerdem wurde ein Durchgang mit der Anweisung „alle gleich beachten“ (PB-Bedingung) durchgeführt. Die Angstsensitivität beeinflusst den Verlauf des EPN (early posterior negative potential). Bei hoch angstsensitiven Probanden zeigt sich ein stärker negativer Verlauf der EPN-Amplitude als bei wenig Angstsensitiven. Diese Aussage gilt für die Darbietung von neutralen und positiven Bildern bei der PB-Bedingung. Bei Probanden mit hoher Angstsensitivität verläuft sowohl bei der Target-Bedingung als auch bei der Non-Target-Bedingung das EPN signifikant negativer, als bei denjenigen mit niedriger Angstsensitivität. Ebenfalls zeigte sich das EPN-Potential während der Target- und Non-Target-Bedingung bei positiven und neutralen Bildern für hoch angstsensitive Probanden signifikant negativer als bei wenig angstsensitiven Probanden. Im LPP (late positive potential) zeigte sich kein Einfluss der Angstsensitivität auf den Verlauf des Potentials. Keine geschlechtsspezifischen Unterschiede konnten im LPP und EPN festgestellt werden.
Background: Bipolar disorders (BD) are among the most severe mental disorders with first clinical signs and symptoms frequently appearing in adolescence and early adulthood. The long latency in clinical diagnosis (and subsequent adequate treatment) adversely affects the course of disease, effectiveness of interventions and health-related quality of life, and increases the economic burden of BD. Despite uncertainties about risk constellations and symptomatology in the early stages of potentially developing BD, many adolescents and young adults seek help, and most of them suffer substantially from symptoms already leading to impairments in psychosocial functioning in school, training, at work and in their social relationships. We aimed to identify subjects at risk of developing BD and investigate the efficacy and safety of early specific cognitive-behavioural psychotherapy (CBT) in this subpopulation.
Methods/Design: EarlyCBT is a randomised controlled multi-centre clinical trial to evaluate the efficacy and safety of early specific CBT, including stress management and problem solving strategies, with elements of mindfulness-based therapy (MBT) versus unstructured group meetings for 14 weeks each and follow-up until week 78. Participants are recruited at seven university hospitals throughout Germany, which provide in-and outpatient care (including early recognition centres) for psychiatric patients. Subjects at high risk must be 15 to 30 years old and meet the combination of specified affective symptomatology, reduction of psychosocial functioning, and family history for (schizo) affective disorders. Primary efficacy endpoints are differences in psychosocial functioning and defined affective symptomatology at 14 weeks between groups. Secondary endpoints include the above mentioned endpoints at 7, 24, 52 and 78 weeks and the change within groups compared to baseline; perception of, reaction to and coping with stress; and conversion to full BD.
Discussion: To our knowledge, this is the first study to evaluate early specific CBT in subjects at high risk for BD. Structured diagnostic interviews are used to map the risk status and development of disease. With our study, the level of evidence for the treatment of those young patients will be significantly raised.
Dysregulated IGFBP5 expression causes axon degeneration and motoneuron loss in diabetic neuropathy
(2015)
Diabetic neuropathy (DNP), afflicting sensory and motor nerve fibers, is a major complication in diabetes.The underlying cellular mechanisms of axon degeneration are poorly understood. IGFBP5, an inhibitory binding protein for insulin-like growth factor 1 (IGF1) is highly up-regulated in nerve biopsies of patients with DNP. We investigated the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP5 in motor axons and sensory nerve fibers. These mice develop motor axonopathy and sensory deficits similar to those seen in DNP. Motor axon degeneration was also observed in mice in which the IGF1 receptor(IGF1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF1 on IGF1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF1 for IGF1R on motor axons, thus leading to progressive neurodegeneration. Inhibition of IGFBP5 could thus offer novel treatment strategies for DNP.
Background
In individuals suffering from a rare disease the diagnostic process and the confirmation of a final diagnosis often extends over many years. Factors contributing to delayed diagnosis include health care professionals' limited knowledge of rare diseases and frequent (co-)occurrence of mental disorders that may complicate and delay the diagnostic process. The ZSE-DUO study aims to assess the benefits of a combination of a physician focusing on somatic aspects with a mental health expert working side by side as a tandem in the diagnostic process.
Study design
This multi-center, prospective controlled study has a two-phase cohort design.
Methods
Two cohorts of 682 patients each are sequentially recruited from 11 university-based German Centers for Rare Diseases (CRD): the standard care cohort (control, somatic expertise only) and the innovative care cohort (experimental, combined somatic and mental health expertise). Individuals aged 12 years and older presenting with symptoms and signs which are not explained by current diagnoses will be included. Data will be collected prior to the first visit to the CRD’s outpatient clinic (T0), at the first visit (T1) and 12 months thereafter (T2).
Outcomes
Primary outcome is the percentage of patients with one or more confirmed diagnoses covering the symptomatic spectrum presented. Sample size is calculated to detect a 10 percent increase from 30% in standard care to 40% in the innovative dual expert cohort. Secondary outcomes are (a) time to diagnosis/diagnoses explaining the symptomatology; (b) proportion of patients successfully referred from CRD to standard care; (c) costs of diagnosis including incremental cost effectiveness ratios; (d) predictive value of screening instruments administered at T0 to identify patients with mental disorders; (e) patients’ quality of life and evaluation of care; and f) physicians’ satisfaction with the innovative care approach.
Conclusions
This is the first multi-center study to investigate the effects of a mental health specialist working in tandem with a somatic expert physician in CRDs. If this innovative approach proves successful, it will be made available on a larger scale nationally and promoted internationally. In the best case, ZSE-DUO can significantly shorten the time to diagnosis for a suspected rare disease.
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.
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.
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.
Recent studies as well as theoretical models of error processing assign fundamental importance to the brain's dopaminergic system. Research about how the electrophysiological correlates of error processing—the error-related negativity (ERN) and the error positivity (Pe)—are influenced by variations of common dopaminergic genes, however, is still relatively scarce. In the present study, we therefore investigated whether polymorphisms in the DAT1 gene and in the DRD4 gene, respectively, lead to interindividual differences in these error processing correlates. One hundred sixty participants completed a version of the Eriksen Flanker Task while a 26-channel EEG was recorded. The task was slightly modified in order to increase error rates. During data analysis, participants were split into two groups depending on their DAT1 and their DRD4 genotypes, respectively. ERN and Pe amplitudes after correct responses and after errors as well as difference amplitudes between errors and correct responses were analyzed. We found a differential effect of DAT1 genotype on the Pe difference amplitude but not on the ERN difference amplitude, while the reverse was true for DRD4 genotype. These findings are in line with predictions from theoretical models of dopaminergic transmission in the brain. They furthermore tie results from clinical investigations of disorders impacting on the dopamine system to genetic variations known to be at-risk genotypes.
Background
Temporal lobe epilepsy (TLE) with hippocampal sclerosis (HS) is a common pharmaco-resistant epilepsy referred for adult epilepsy surgery. Though associated with prolonged febrile seizures (FS) in childhood, the neurobiological basis for this relationship is not fully understood and currently no preventive or curative therapies are available. DNA methylation, an epigenetic mechanism catalyzed by DNA methyltransferases (DNMTs), potentially plays a pivotal role in epileptogenesis associated with FS. In an attempt to start exploring this notion, the present cross-sectional pilot study investigated whether global DNA methylation levels (5-mC and 5-hmC markers) and DNMT isoforms (DNMT1, DNMT3a1, and DNMT3a2) expression would be different in hippocampal and neocortical tissues between controls and TLE patients with or without a history of FS.
Results
We found that global DNA methylation levels and DNMT3a2 isoform expression were lower in the hippocampus for all TLE groups when compared to control patients, with a more significant decrease amongst the TLE groups with a history of FS. Interestingly, we showed that DNMT3a1 expression was severely diminished in the hippocampus of TLE patients with a history of FS in comparison with control and other TLE groups. In the neocortex, we found a higher expression of DNMT1 and DNMT3a1 as well as increased levels of global DNA methylation for all TLE patients compared to controls.
Conclusion
Together, the findings of this descriptive cross-sectional pilot study demonstrated brain region-specific changes in DNMT1 and DNMT3a isoform expression as well as global DNA methylation levels in human TLE with or without a history of FS. They highlighted a specific implication of DNMT3a isoforms in TLE after FS. Therefore, longitudinal studies that aim at targeting DNMT3a isoforms to evaluate the potential causal relationship between FS and TLE or treatment of FS-induced epileptogenesis seem warranted.
That the human brain contains magnetite is well established; however, its spatial distribution in the brain has remained unknown. We present room temperature, remanent magnetization measurements on 822 specimens from seven dissected whole human brains in order to systematically map concentrations of magnetic remanence carriers. Median saturation remanent magnetizations from the cerebellum were approximately twice as high as those from the cerebral cortex in all seven cases (statistically significantly distinct, p = 0.016). Brain stems were over two times higher in magnetization on average than the cerebral cortex. The ventral (lowermost) horizontal layer of the cerebral cortex was consistently more magnetic than the average cerebral cortex in each of the seven studied cases. Although exceptions existed, the reproducible magnetization patterns lead us to conclude that magnetite is preferentially partitioned in the human brain, specifically in the cerebellum and brain stem.
Disorder-specific effects of polymorphisms at opposing ends of the Insulin Degrading Enzymegene
(2011)
Background
Insulin-degrading enzyme (IDE) is the ubiquitously expressed enzyme responsible for insulin and amyloid beta (Aβ) degradation. IDE gene is located on chromosome region 10q23-q25 and exhibits a well-replicated peak of linkage with Type 2 diabetes mellitus (T2DM). Several genetic association studies examined IDE gene as a susceptibility gene for Alzheimer's disease (AD), however with controversial results.
Methods
We examined associations of three IDE polymorphisms (IDE2, rs4646953; IDE7, rs2251101 and IDE9, rs1887922) with AD, Aβ42 plasma level and T2DM risk in the longitudinal Vienna Transdanube Aging (VITA) study cohort.
Results
The upstream polymorphism IDE2 was found to influence AD risk and to trigger the Aβ42 plasma level, whereas the downstream polymorphism IDE7 modified the T2DM risk; no associations were found for the intronic variant IDE9.
Conclusions
Based on our SNP and haplotype results, we delineate the model that IDE promoter and 3' untranslated region/downstream variation may have different effects on IDE expression, presumably a relevant endophenotype with disorder-specific effects on AD and T2DM susceptibility.
Psychosocial factors affect mental health and health-related quality of life (HRQL) in a complex manner, yet gender differences in these interactions remain poorly understood. We investigated whether psychosocial factors such as social support and personal and work-related concerns impact mental health and HRQL differentially in women and men during the first year of the COVID-19 pandemic. Between June and October 2020, the first part of a COVID-19-specific program was conducted within the “Characteristics and Course of Heart Failure Stages A-B and Determinants of Progression (STAAB)” cohort study, a representative age- and gender-stratified sample of the general population of Würzburg, Germany. Using psychometric networks, we first established the complex relations between personal social support, personal and work-related concerns, and their interactions with anxiety, depression, and HRQL. Second, we tested for gender differences by comparing expected influence, edge weight differences, and stability of the networks. The network comparison revealed a significant difference in the overall network structure. The male (N = 1370) but not the female network (N = 1520) showed a positive link between work-related concern and anxiety. In both networks, anxiety was the most central variable. These findings provide further evidence that the complex interplay of psychosocial factors with mental health and HRQL decisively depends on gender. Our results are relevant for the development of gender-specific interventions to increase resilience in times of pandemic crisis.
Prenatal stress (PS) has been shown to influence the development of the fetal brain and to increase the risk for the development of psychiatric disorders in later life. Furthermore, the variation of human serotonin transporter (5-HTT, SLC6A4) gene was suggested to exert a modulating effect on the association between early life stress and the risk for depression. In the present study, we used a 5-HttxPS paradigm to investigate whether the effects of PS are dependent on the 5-Htt genotype. For this purpose, the effects of PS on cognition, anxiety-and depression-related behavior were examined using a maternal restraint stress paradigm of PS in C57BL6 wild-type (WT) and heterozygous 5-Htt deficient (5-Htt +/-) mice. Additionally, in female offspring, a genome-wide hippocampal gene expression profiling was performed using the Affymetrix GeneChip (R) Mouse Genome 430 2.0 Array. 5-Htt +/- offspring showed enhanced memory performance and signs of reduced anxiety as compared to WT offspring. In contrast, exposure of 5-Htt +/- mice to PS was associated with increased depressive-like behavior, an effect that tended to be more pronounced in female offspring. Further, 5-Htt genotype, PS and their interaction differentially affected the expression of numerous genes and related pathways within the female hippocampus. Specifically, MAPK and neurotrophin signaling were regulated by both the 5-Htt +/- genotype and PS exposure, whereas cytokine and Wnt signaling were affected in a 5-Htt genotypexPS manner, indicating a genexenvironment interaction at the molecular level. In conclusion, our data suggest that although the 5-Htt +/- genotype shows clear adaptive capacity, 5-Htt +/- mice -particularly females-at the same time appear to be more vulnerable to developmental stress exposure when compared to WT offspring. Moreover, hippocampal gene expression profiles suggest that distinct molecular mechanisms mediate the behavioral effects of the 5-Htt genotype, PS exposure, and their interaction.
Neuromelanin (NM) is a complex polymer pigment found in catecholaminergic neurons of the human substantia nigra and locus ceruleus. The structure of this molecule is poorly characterised, and the physiological function of it in the brain is unknown. In vitro data, based upon synthetic dopamine melanins (DAM), suggest that these pigments may exhibit radical scavenging properties, but in the presence of iron, DAM acts as a proxidant. These data suggested that NM may be associated with the especial vulnerability of pigmented dopaminergic cells in Parkinson´s disease (PD), a disorder in which nigral iron levels are increased and the relatively specific loss of the pigmented neurons of the substantia nigra. Given the rarity of NM, and the difficulty of isolating this material from the human brain, all functional studies of NM published to date have utilised a synthetic dopamine melanin in place of the native pigment. In the current work we investigated the effects of NM from the healthy human brain and synthetic DAM on cell health and oxidative status in human-derived cell lines. Methods SK-N-SH, a human neuroblastoma cell line, and U 373, a human glioblastoma cell line was chosen to represent human neuronal and glial cell types. NM was isolated from the SN of adult human subjects from Australia and Germany with no history of neurological or neurodegenerative diseases. Synthetic DAM was prepared by autooxidation of dopamine. DAM and NM samples were added to the cultures with fresh media to final concentrations of 0.05 or 0.1 mg/ml. In some experiments cells were incubated with Fenton reagent (400µM FeSO4 plus 200µM H2O2) in the presence or absence of melanin or the iron chelator desferoxamine mesylate (100µM). The cells were incubated at 37 °C at 5% CO2 for varying periods of time as described. Lactate dehydrogenase (LDH) activity and Lipid peroxidation were measured. Hydroxyl radical production in the cultures was estimated used a modification of the salicylic acid spin-trapping method. All experiments were performed three times in triplicate and analysed using regression analysis and one- or two-way Analysis of Variance followed by Bonferroni’s t test corrected for multiple comparisons as appropriate. Results Following 24 hr incubation, both the native NM and the synthetic DAM pigment could be seen as electron dense granules both within the cell bodies of the SK-N-SH and U373 cells. The melanin was incorporated into the cell via an invagination of the cell membrane. DAM but not NM significantly increased the LDH activity and lipid peroxidation as well as the hydroxyl radical production. Co-incubation of Fenton reagent with either DAM or NM resulted in additive effects, compared to the levels elicited by Fenton reagent and the melanins alone. When added the iron chelator desferoximine together with Fenton reagent attentuated lipid peroxidation and hydroxyl radical production to control levels. In contrast, lipid peroxidation and hydroxyl radical production in U373 cells exposed to NM or DAM did not differ to that measured in untreated cells. Discussion Human neuron-derived cell line is a useful approach to address the effects of NM on dopaminergic neuron function. This is the first work to use internalised NM isolated from the healthy human brain as a model of intraneuronal pigment in vitro. Cell line functional studies showing cellular changes induced by DAM but not NM demonstrated that DAM is relatively toxic to cells but not NM. DAM represents a poor functional model of NM in that it displays a marked toxicity unrepresentative of the effects of the native melanin. Both NM and DAM were unable to attentuate the toxic effects of the added oxidative stimulus, this probably due to the exceeding the chelating capacity of NM. Future studies should point to the characterization and role of NM under in vivo conditions. The development of strategies to protect the neuromelanin in dopaminergic neurons may have important therapeutic implications not only for PD.
Nikotinkonsum senkt zum einen die Lebenserwartung durch Verursachung von z.B. Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems und Krebserkrankungen und führt zum anderen zu hohen volkswirtschaftlichen Belastungen. Das mesokortikolimbische dopaminerge System, insbesondere der dlPFC, spielt eine entscheidende Rolle für die Entstehung des cue-induced Craving, das als wichtiger Risikofaktor für Rückfälle bei der Entzugstherapie gilt. Die Wirkung von rTMS des dlPFC zur Verringerung des cue-induced Craving wurde in zahlreichen Studien untersucht. Jedoch gibt es bislang keine Studie, die sich mit der Wirkung von iTBS als relativ neue Variante der rTMS zur Unterstützung der Nikotinentwöhnung beschäftigt hat. 45 gesunde Raucher zwischen 21 und 64 Jahren nahmen an einem dreiwöchigen KBN teil. Die Versuchspersonen wurden randomisiert einer Verum- bzw. einer Placebogruppe zugeordnet, die jeweils vier iTBS-Behandlungen mit einer Stimulationsstärke von 80 % der Motorschwelle bzw. sham-Stimulationen über dem rechten dlPFC über zwei Wochen erhielten. Vor und nach den Stimulationen wurden Daten zum Rauchverhalten, insbesondere dem subjektiv empfundenen Craving, mittels standardisierter Fragebögen erhoben sowie die Aktivität des dlPFC mit fNIRS gemessen, einer relativ neuen, einfach und kostengünstig durchzuführenden Methode zur Erfassung kortikaler Hirnaktivitäten. Auf Verhaltensebene ließen sich keine signifikanten Gruppenunterschiede nachweisen. Auf neurophysiologischer Ebene konnte ein signifikanter Aktivitätsanstieg des dlPFC der Verumgruppe während der Betrachtung raucherassoziierter Cues gemessen werden, der sich in der Placebogruppe nicht fand. Insgesamt waren jedoch die gemessenen Hirnaktivitäten relativ gering ausgeprägt. Die Ergebnisse deuten auf eine Wirksamkeit der iTBS auf neurophysiologischer Ebene in Form verstärkter kognitiver Suppression des cue-induced Craving hin. Jedoch sollten die Ergebnisse aufgrund der insgesamt niedrig gemessenen Hirnaktivitäten zurückhaltend interpretiert werden. Verschiedene Möglichkeiten, den Versuchsablauf zu optimieren, beispielsweise durch eine Intensivierung der iTBS-Behandlungen, werden diskutiert. Nicht zuletzt konnte die Wirksamkeit des KBN für die Raucherentwöhnung belegt werden.
Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung einer Kopienzahlvariante (CNV) im Erbgut, die zu
einer genomischen Duplikation des SLC2A3-Gens führt. Die Auswirkungen der SLC2A3-
Duplikation wurden im Zellkulturmodell und durch bildgebende Verfahren untersucht. Für die
SLC2A3-Duplikation konnte eine populationsspezifische Assoziation mit ADHS gezeigt
werden (Merker et al. 2017). SLC2A3 kodiert für den neuronalen Glukosetransporter GLUT3,
der u.a. Prozesse der Neurotransmitterfreisetzung und Synaptogenese vermittelt und daher
wichtig für die Hirnreifung ist. Mögliche Endpunkte für Endophänotypen, die auf einem
alterierten Glukosemetabolismus basieren, sind dysfunktionale Hungerregulationsmechanismen
ebenso wie eine veränderte neurale Reaktivität gegenüber emotionalen Stimuli
und Belohnungsreizen.
In zwei peripheren Zellmodellen konnte gezeigt werden, dass die SLC2A3-Duplikation
Gen-Dosis-abhängig zu einer Steigerung der basalen SLC2A3-mRNA Expression führt. Ein
Expressionsunterschied auf Proteinebene konnte jedoch nicht gefunden werden. Metabolischer
Zellstress durch Aushungern der Zellkulturen und eine niedrige Glukosekonzentration im
Zellkulturmedium führten zu einer signifikanten Erhöhung des schon unter basalen
Bedingungen vorhandenen SLC2A3-Expressionsunterschiedes zwischen Duplikations- und
Kontrollzelllinien. Dies deutet darauf hin, dass die SLC2A3-Duplikation bei verminderter
zellulärer Energiezufuhr zu einer Überkompensation der Glukoseaufnahme führt.
In einer fMRT-Untersuchung wurden erwachsene ADHS-Patienten mit SLC2A3-
Duplikation mit ADHS-Patienten und gesunden Kontrollen mit jeweils 2 Genkopien
hinsichtlich ereigniskorrelierter neuraler Aktivität als Antwort auf emotionale Stimuli und
Essensreize verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die SLC2A3-Duplikation zu einer
veränderten Reaktivität gegenüber hochkalorischen Essensreizen führt, was sich in einem durch
maschinelles Lernen identifizierten multivariaten neuralen Antwortmuster und einer relativen
Unterschätzung des Kaloriengehaltes hochkalorischer Nahrung zeigt. Bei der univariaten
Gesamthirn-Analyse der Bilddaten wurden keine signifikanten Gruppenunterschiede gefunden,
was darauf hinweist, dass unter den gewählten Versuchsbedingungen keine fokal
umschriebenen Gruppenunterschiede der Hirnaktivierung bestehen.
Diese Arbeit zeigt, dass die SLC2A3-Duplikation zu einer Erhöhung der SLC2A3-
Genexpression mit bisher unbekannten Auswirkungen auf nachgeschaltete Stoffwechselwege
und zu einem komplex veränderten neuralen Antwortmuster führt, das durch einen linearen
Zusammenhang nicht zu beschreiben ist. Weitere Untersuchungen auf Zellebene und eine
Erweiterung der bildgebenden Verfahren könnten zu einer besseren Einordnung der SLC2A3-
Duplikation bezüglich ihres Anteils an der endophänotypischen Varianz der ADHS führen.