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Unterschiede in Frontaler Kortex Oxygenierung in zweierlei Risikogruppen der Alzheimer Demenz
(2019)
Die verbesserte medizinische Versorgung führt zu einer zunehmenden Lebenserwartung unserer Gesellschaft. Damit steigt auch die sozioökonomische Relevanz neurodegenerativer Erkrankungen kontinuierlich. Für die Alzheimer Demenz (AD), die dabei die häufigste Ursache darstellt, stehen bisher keine krankheitsmodifizierenden Behandlungsoptionen zur Verfügung. Die lange präklinische Phase der Erkrankung birgt jedoch großes Potential für die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen. Das Untersuchen von Risikogruppen ist für die Identifikation von Prädiktoren einer späteren AD Manifestation von besonderem Interesse. In diesem Zusammenhang werden insbesondere das Vorliegen genetischer Risikokonstellationen, wie dem Apolipoprotein E (APOE) Ɛ4-Allel, sowie kognitiver Risikofaktoren, wie der „leichten kognitiven Beeinträchtigung“ (MCI), diskutiert. Die Identifikation präklinischer Aktivierungsunterschiede in relevanten Gehirnregionen von Risikogruppen kann als Basis für die Entwicklung neurofunktioneller Früherkennungs-Marker dienen. Der präfrontale Kortex (PFC), welcher mit der Steuerung von Exekutivfunktionen assoziiert wird, hat sich in diesem Zusammenhang in bisherigen Studien als eine relevante Schlüsselregion manifestiert. Aufgrund der aufwendigen und kostenintensiven bildgebenden Untersuchungsmethoden, sind die genauen Prozesse jedoch noch unklar.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Unterschiede in der PFC Oxygenierung in zweierlei Risikogruppen der AD mit einer kostengünstigeren Bildgebungsmethode, der funktionellen Nahinfrarot Spektroskopie (fNIRS), zu untersuchen. Dafür wurde in einem ersten Schritt, der Trailmaking Test (TMT), ein weitverbreiteter neuropsychologischer Test zur Erfassung exekutiver Funktionen, für fNIRS implementiert. Als Grundlage für die Untersuchung frühpathologischer Prozesse, wurden zunächst gesunde Alterungsprozesse betrachtet. Der Vergleich von jungen und älteren Probanden (n = 20 pro Gruppe) wies neben der Eignung der Testimplementierung für fNIRS auf eine spezifische bilaterale PFC Oxygenierung hin, welche bei jungen Probanden rechtshemisphärisch lateralisiert war. Ältere Probanden hingegen zeigten bei vergleichbaren Verhaltensdaten insgesamt mehr signifikante Kanäle sowie eine Abnahme der Lateralisierung. Dies kann als zusätzlicher Bedarf an Ressourcen in gesunden Alterungsprozessen interpretiert werden.
Im Rahmen der Hauptstudie wurden anschließend insgesamt 604 ältere Probanden im Alter von 70 bis 76 Jahren untersucht. Zunächst wurde die genetische Risikogruppe der Ɛ4-Allel-Träger (n = 78) mit den neutralen Ɛ3-Allel-Trägern (n = 216) und den Trägern des als protektiv geltenden Ɛ2-Allels (n = 50) verglichen. Hierbei zeigte sich eine geringere Oxygenierung der Risikogruppe bei geringer Aufgabenschwierigkeit, während sich ein erhöhter Oxygenierungsanstieg im medialen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit zeigte. Dies deutet auf einen erhöhten Bedarf an neuronalen Kontrollmechanismen der Risikogruppe zur Bewältigung der steigenden Aufgabenschwierigkeit hin. Die protektive Gruppe zeigte hingegen eine erhöhte Oxygenierung im ventralen PFC mit steigender Aufgabenschwierigkeit, was möglicherweise auf einen präventiven Effekt hindeuten könnte.
Weiterführend wurden MCI-Patienten mit gesunden Probanden (n = 57 pro Gruppe) hinsichtlich des kognitiven Risikofaktors verglichen. Hierbei zeigte sich ein punktuell reduzierter Oxygenierunganstieg der MCI Patienten mit steigender Aufgabenschwierigkeit vor allem im ventralen PFC bei ebenfalls stabiler Verhaltensleistung. Die gefundene Reduktion könnte ein Zeichen für eine aufgebrauchte kognitive Reserve sein, welche Einbußen auf Verhaltensebene voranzugehen scheint.
Diese charakteristischen Unterschiede in den frontalen Oxygenierungsmustern von Risikogruppen (APOE, MCI) könnten als Biomarker zur Früherkennung von AD noch vor dem Auftreten kognitiver Einbußen dienen. Die fNIRS-Untersuchung während der Durchführung des TMT hat sich in diesem Zusammenhang als potentielles Instrument zur Frühdiagnose der präklinischen Phase der AD als geeignet erwiesen. Die Ergebnisse werden unter Einbezug des wissenschaftlichen Kontexts interpretiert und Implikationen für weitere notwendige Studien sowie die klinische Anwendbarkeit diskutiert.
Neuroimaging research has highlighted the relevance of well-balanced functional brain interactions as an essential basis for efficient emotion regulation. In contrast, abnormal coupling of fear-processing regions such as the amygdala, the anterior cingulate cortex (ACC) and the insula could be an important feature of anxiety disorders. Although activity alterations of these regions have been frequently reported in specific phobia, little is known about their functional interactions during phobogenic stimulus processing.
To explore these interrelationships in two subtypes of specific phobia – i.e., the blood-injection-injury subtype and the animal subtype – functional connectivity (FC) was analyzed in three fMRI studies. Two studies examined fear processing in a dental phobia group (DP), a snake phobia group (SP) and a healthy control group (HC) during visual phobogenic stimuli presentation while a third study investigated differences between auditory and visual stimuli presentation in DP and HC.
Due to a priori hypotheses of impaired interactions between the amygdala, the ACC and the insula, a first analysis was conducted to explore the FC within these three regions of interest. Based on emerging evidence of functionally diverse subregions, the ACC was further divided into a subgenual, pregenual and dorsal ACC and the insula was divided into a ventral-anterior, dorsal-anterior and posterior region. Additionally, an exploratory seed-to-voxel analysis using the amygdala, ACC and insula as seeds was conducted to scan for connectivity patterns across the whole brain.
The analyses revealed a negative connectivity of the ACC and the amygdala during phobogenic stimulus processing in controls. This connectivity was predominantly driven by the affective ACC subdivision. By contrast, SP was characterized by an increased mean FC between the examined regions. Interestingly, this phenomenon was specific for auditory, but not visual symptom provocation in DP. During visual stimulus presentation, however, DP exhibited further FC alterations of the ACC and the insula with pre- and orbitofrontal regions.
These findings mark the importance of balanced interactions between fear-processing regions in specific phobia, particularly of the inhibitory connectivity between the ACC and the amygdala. Theoretically, this is assumed to reflect top-down inhibition by the ACC during emotion regulation. The findings support the suggestion that SP particularly is characterized by excitatory, or missing inhibitory, (para-) limbic connectivity, reflecting an overshooting fear response based on evolutionary conserved autonomic bottom-up pathways. Some of these characteristics applied to DP as well but only under the auditory stimulation, pointing to stimulus dependency. DP was further marked by altered pre- and orbitofrontal coupling with the ACC and the insula which might represent disturbances of superordinate cognitive control on basal emotion processes. These observations strengthen the assumption that DP is predominantly based on evaluation-based fear responses.
In conclusion, the connectivity patterns found may depict an intermediate phenotype that possibly confers risks for inappropriate phobic fear responses. The findings presented could also be of clinical interest. Particularly the ACC – amygdala circuit may be used as a predictive biomarker for treatment response or as a promising target for neuroscience-focused augmentation strategies as neurofeedback or repetitive transcranial magnetic stimulation.
Ziel dieser Arbeit war eine verhaltensgenetische Untersuchung des NOS1-Gens, welches den NOS1 ex1f-VNTR Polymorphismus beinhaltet. Dieser gilt als Hotspot für mehrere psychiatrische Erkrankungen wie Schizophrenie, adultes ADHS und Impulsivitätsstörung. Er besitzt eine Funktionalität, durch die seine Genexpression von der Allelvariante (Long, L/Short, S) abhängig ist.
Da der NOS1 ex1f- VNTR Polymorphismus hauptsächlich im Striatum exprimiert wird, wurde in der vorliegenden Arbeit die striatale Funktion mittels Setshifting-Paradigma unter Messung der Hirnoxygenierung durch funktionelle Nahinfrarotspektroskopie untersucht.
In einer Pilotstudie wurde die region of interest erfasst. 62 gesunde Hauptprobanden wurden je nach Genotyp in drei Gruppen stratifiziert (LL/SS/SL). Es zeigten sich zwischen den Gruppen keine signifikanten Unterschiede im Bereich der Reaktionszeiten und Impulsivitätsneigung. Jedoch wies die SS-Gruppe eine signifikant höhere Hirnaktivierung und Fehlerrate im Vergleich zur LL-Gruppe auf.
Somit konnte durch die vorliegende Arbeit die Funktionalität des NOS1 ex1f-VNTR Polymorphismus sowie die bei Short/Short-Allelträgern vorliegende striatale Dysfunktion bestätigt werden.
Bestimmung von genetischen Veränderungen auf PANX 1-3 anhand von Einzelnukleotid Polymorphismen (SNP). Test auf Assoziation von Allelen und Haplotypen mit den schizophrenen Psychosen nach ICD-10 und der Klassifikation von Karl Leonhard in Form einer Fall-Kontroll-Studie mit 1163 Patienten und 479 Kontrollen.
Zusammenhang zwischen der Serumkonzentration serotonerger Antidepressiva und der Blutgerinnung
(2019)
Das Verordnungsvolumen von Antidepressiva in Deutschland hat sich in den letzten zehn Jahren etwa verdoppelt. Gleichzeitig liegen zahlreiche Untersuchungen über erhöhte Blutungstendenzen unter der Therapie mit serotonergen Antidepressiva vor. Die aktuelle Studienlage deutet darauf hin, dass es unter anderem über das serotonerge System zu Beeinflussungen der Thrombozyteneigenschaften und in Folge dessen zu Veränderungen der Blutgerinnung kommen könnte.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Zusammenhang zwischen der Serumkonzentration serotonerger Antidepressiva und der Blutgerinnung zu untersuchen. Im Gegensatz zur Dosis bietet die Serumkonzentration exakte Informationen über die tatsächlich wirkende Antidepressivamenge und berücksichtigt neben der Patientenadhärenz die interindividuelle Variabilität der pharmakokinetischen Eigenschaften. Die Beurteilung der Blutgerinnung erfolgte unter Zuhilfenahme von Gerinnungsparametern (Thrombozytenzahl, mittleres Plättchenvolumen, Quick, INR, partielle Thromboplastinzeit). Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass mit steigender Serumkonzentration Veränderungen der Blutgerinnung und in Folge dessen auch der Gerinnungsparameter entstehen können. Darüber hinaus sollte untersucht werden unter welchen Antidepressiva potentielle Veränderungen auftreten. Es wurden Antidepressiva unterschiedlicher Wirkungsgruppen analysiert: Amitriptylin, Doxepin, Es‑Citalopram, Mirtazapin und Venlafaxin. Besonders selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer standen auf Grund der aktuellen Studienlage im Verdacht Einfluss auf die Gerinnung zu nehmen. Um Antidepressiva spezifische Aussagen treffen zu können, war das Vorliegen einer antidepressiven Monotherapie grundlegendes Selektionskriterium. Alle potenziell gerinnungsbeeinflussenden sowie serotonerg wirkenden Arzneimittel wurden ausgeschlossen. Die Daten wurden retrospektiv erhoben und stammten von stationär therapierten Patienten der Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie am Universitätsklinikum Würzburg.
Die Untersuchungen ergaben für das trizyklische Antidepressivum Amitriptylin signifikante Ergebnisse. Die interindividuelle Analyse zeigte signifikant positive Korrelationen zwischen der partiellen Thromboplastinzeit (PTT) und dem Metabolitenspiegel (Nortriptylin‑Konzentration, rs=0,564; p=0,010, N=20) sowie dem Summenspiegel von Amitriptylin (Amitriptylin- und Nortriptylin‑Konzentration, rs=0,477; p=0,033, N=20). Darüber hinaus stellten sich im Rahmen der intraindividuellen Analyse signifikante Unterschiede zwischen der Thrombozytenzahl unter niedriger und hoher Amitriptylin‑Konzentration dar (Z= ‑2,867; p=0,004, N=45). Ergänzend wurde im Rahmen von explorativen Untersuchungen der Zusammenhang zwischen der verabreichten Dosis und der Serumkonzentration der Antidepressiva analysiert. Die Ergebnisse zeigten Schwankungen um den Faktor 3 bis 11, die im Vergleich zu anderen Studien geringer ausfielen.
Der Verdacht, dass besonders selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer einen erhöhten Einfluss auf die Gerinnungsparameter haben, wurde in der aktuellen Arbeit nicht bestätigt. Ebenso waren unter Doxepin, Mirtazapin und Venlafaxin keine Zusammenhänge zur Serumkonzentration zu beobachten. Die signifikanten Ergebnisse unter Amitriptylin lassen vermuten, dass nicht nur die Inhibition von Serotonintransportern, wie bei selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmern, sondern zusätzlich auch die Hemmung von Serotoninrezeptoren, wie dem 5‑HT2A‑Rezeptor, eine Rolle im Hinblick auf Veränderungen von Thrombozyteneigenschaften spielen. Dennoch lagen im Rahmen dieser Untersuchung 98% der Gerinnungsparameter aller analysierten Antidepressiva im Normbereich.
Die Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass das Risiko immer wieder berichteter Blutungskomplikationen unter der Behandlung mit Antidepressiva trotz zunehmender Verordnungszahlen überschaubar scheint. Entsprechend aktueller Publikationen ist vermutlich erst bei zusätzlicher Einnahme von nichtsteroidalen Antirheumatika sowie antikoagulativen Arzneimitteln von einem erhöhten Blutungsrisiko auszugehen. Besonders gastrointestinale Blutungen spielen bei Kombination dieser Medikamente auf Grund der gesteigerten Magensäuresekretion eine Rolle. Ob die Serumkonzentration der Antidepressiva bei entsprechender Komedikation ebenfalls eine Rolle im Hinblick auf Veränderungen der Gerinnungsparameter spielt, sollte im Rahmen weiterführender Längsschnittstudien genauer untersucht werden. Ergänzend wären Untersuchungen zur Klärung des Kausalzusammenhangs wünschenswert, um das Blutungsrisiko im Zusammenhang mit Antidepressiva in Zukunft weiter minimieren zu können.
Assoziationsuntersuchungen des Kandidatengens SMARCA2 bei Patienten mit schizophrenen Psychosen
(2019)
SMARCA2 ist ein Gen mit postuliertem Einfluss auf Hirnentwicklung und Neurotransmission. Es kodiert für das Brahmaprotein, welches eine wichtige Untereinheit im Chromatinremodellierungskomplex SWI/SNF darstellt.
Zielsetzung dieser Studie war es zu untersuchen, ob einzelne SNPs oder Haplotypen im Gen SMARCA2 mit schizophrenen Psychosen assoziiert werden können und weiteren Aufschluss über die Beteiligung epigenetischer Mechanismen zur Krankheitsentstehung liefern. Dieser Hypothese sollte mittels Assoziationsanalysen auf den Grund gegangen werden. Des Weiteren sollte überprüft werden ob die für ein japanisches Patientenkollektiv bereits beschriebenen assoziierten SNPs rs2296212, rs2066111, rs3763627 und rs3793490 sowie die entsprechenden Haplotypen für unser deutsches Patientenkollektiv repliziert werden und anhand zusätzlicher Marker gegebenenfalls näher eingegrenzt werden können. Geno-Phänotyp-Untersuchungen auf Basis der Leonhard Klassifikation spezifizierten außerdem den Einfluss epigenetischer Faktoren auf das klinische Erscheinungsbild.
In unserem Fall-Kontroll-Kollektiv (Fälle: n=1182; Kontrollen: n=480) wurden Zusammenhänge zwischen acht SNPs und schizophrenen Psychosen untersucht.
In Bezugnahme auf das Gesamtkollektiv nach ICD-10 fanden wir lediglich eine signifikante Assoziation des im Promotorbereich am 5´UTR gelegenen Polymorphismus rs10757112 (p=0,04; n=1182) mit Schizophrenie. Keiner der im japanischen Sample assoziierten Marker konnte in unserem deutschen Gesamtkollektiv das Signifikanzniveau erreichen. Der nominell signifikanteste Befund unserer Studie zeigte sich für den Marker rs10757112 in der Gruppe der Verwirrtheitspsychose (p=0,001; n=98). Außerdem präsentierte sich im Kollektiv der Motilitätspsychose der intronisch gelegene SNP rs2066111 als stärkster und einziger Marker signifikant assoziiert (p=0,04; n=99). Bei der Verwirrtheitspsychose konnte ein Risikohaplotyp rs10738556C-rs10757112T (OR: 1,43; 95% CI 1,04-1,96) identifiziert werden.
In der LD-Analyse ergab sich für die sechs analysierten Marker ein Haploblock mit 92% zwischen den Markern rs10738556 und rs10757112.
Unsere moderaten Ergebnisse konnten zwar keinen großen Beitrag von SMARCA2 zur Krankheitsentstehung von schizophrenen Psychosen belegen, jedoch könnten Varianten innerhalb dieses Gens durchaus eine limitierte Rolle als Risikofaktor für Schizophrenie darstellen.
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.
In einer Studie wurde der Zusammenhang pathologischer Werte von C-Reaktivem Protein (295 Fälle)- - sowie Leukozyten-Anzahlen (292 Fälle) einerseits und dosiskorrigierter Serumkonzentration der Antipsychotika Haloperidol, Risperidon, Olanzapin, Quetiapin und Aripiprazol andererseits mittels therapeutischem Drug Monitoring bestimmter Serumkonzentrationen sowie pathologische CRP (295 Fälle)- und Leukozyten (292 Fälle)-Werte ausgewertet.
Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss von Entzündung, gemessen durch CRP-Wert und Leukozyten, auf die dosiskorrigierten Antipsychotika-Serumkonzentrationen zu untersuchen.
In der Quetiapin-Stichprobe konnte ein signifikanter Zusammenhang von pathologischen CRP-Werten und der dosiskorrigierten Serumkonzentration berechnet werden. In der Olanzapin-Stichprobe ergab sich ein trendmäßiger Zusammenhang von pathologischen CRP-Werten und der dosiskorrigierten Serumkonzentration. Dosiskorrigierte Serumkonzentrationen über der therapeutischen Obergrenze waren in der Quetiapin-Stichprobe mit pathologischen CRP-Werten assoziiert.
In keiner Stichprobe konnte ein signifikanter Zusammenhang von Leukozyten-Anzahl und dosiskorrigierter Serumkonzentration aufgezeigt werden.
Wir konnten damit erstmals einen signifikanten Zusammenhang von Entzündung und Serumkonzentration für Quetiapin (und partiell auch Olanzapin) zeigen. Klinische Konsequenz sollte - vor allem bei älteren Patienten - eine Quetiapin (und auch Olanzapin-)-Dosisanpassung unter inflammatorischen Bedingungen sein, um das Risiko verstärkter bzw. sogar toxischer Nebenwirkungen durch einen Anstieg der Serumkonzentration zu minimieren.
Weitere Studien mit einer größeren Fallzahl für die anderen hier untersuchten und nicht signifikant assoziiert gefundenen Antipsychotika sind erforderlich, um das Risiko erhöhter Serumkonzentrationen unter inflammatorischen Bedingungen für diese ausschließen zu können. Darüber hinaus sind weitere Untersuchungen mit Berücksichtigung anderer auf CYP-Ebene interagierender Faktoren wie Komedikation, körperlichen Begleiterkrankungen, Raucherstatus oder Polymorphismen sinnvoll, um Risikogruppen noch genauer definieren zu können.
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.
Brain serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) system dysfunction is implicated in exaggerated fear responses triggering various anxiety-, stress-, and trauma-related disorders. However, the underlying mechanisms are not well understood. Here, we investigated the impact of constitutively inactivated 5-HT synthesis on context-dependent fear learning and extinction using tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) knockout mice. Fear conditioning and context-dependent fear memory extinction paradigms were combined with c-Fos imaging and electrophysiological recordings in the dorsal hippocampus (dHip). Tph2 mutant mice, completely devoid of 5-HT synthesis in brain, displayed accelerated fear memory formation and increased locomotor responses to foot shock. Furthermore, recall of context-dependent fear memory was increased. The behavioral responses were associated with increased c-Fos expression in the dHip and resistance to foot shock-induced impairment of hippocampal long-term potentiation (LTP). In conclusion, increased context-dependent fear memory resulting from brain 5-HT deficiency involves dysfunction of the hippocampal circuitry controlling contextual representation of fear-related behavioral responses.
Major depressive disorder and the anxiety disorders are highly prevalent, disabling and moderately heritable. Depression and anxiety are also highly comorbid and have a strong genetic correlation (r(g) approximate to 1). Cognitive behavioural therapy is a leading evidence-based treatment but has variable outcomes. Currently, there are no strong predictors of outcome. Therapygenetics research aims to identify genetic predictors of prognosis following therapy. We performed genome-wide association meta-analyses of symptoms following cognitive behavioural therapy in adults with anxiety disorders (n = 972), adults with major depressive disorder (n = 832) and children with anxiety disorders (n = 920; meta-analysis n = 2724). We (h(SNP)(2)) and polygenic scoring was used to examine genetic associations between therapy outcomes and psychopathology, personality and estimated the variance in therapy outcomes that could be explained by common genetic variants learning. No single nucleotide polymorphisms were strongly associated with treatment outcomes. No significant estimate of h(SNP)(2) could be obtained, suggesting the heritability of therapy outcome is smaller than our analysis was powered to detect. Polygenic scoring failed to detect genetic overlap between therapy outcome and psychopathology, personality or learning. This study is the largest therapygenetics study to date. Results are consistent with previous, similarly powered genome-wide association studies of complex traits.
Background
Epigenetic mechanisms may play a major role in the biological embedding of early-life stress (ELS). One proposed mechanism is that glucocorticoid (GC) release following ELS exposure induces long-lasting alterations in DNA methylation (DNAm) of important regulatory genes of the stress response. Here, we investigate the dynamics of GC-dependent methylation changes in key regulatory regions of the FKBP5 locus in which ELS-associated DNAm changes have been reported.
Results
We repeatedly measured DNAm in human peripheral blood samples from 2 independent cohorts exposed to the GC agonist dexamethasone (DEX) using a targeted bisulfite sequencing approach, complemented by data from Illumina 450K arrays. We detected differentially methylated CpGs in enhancers co-localizing with GC receptor binding sites after acute DEX treatment (1 h, 3 h, 6 h), which returned to baseline levels within 23 h. These changes withstood correction for immune cell count differences. While we observed main effects of sex, age, body mass index, smoking, and depression symptoms on FKBP5 methylation levels, only the functional FKBP5 SNP (rs1360780) moderated the dynamic changes following DEX. This genotype effect was observed in both cohorts and included sites previously shown to be associated with ELS.
Conclusion
Our study highlights that DNAm levels within regulatory regions of the FKBP5 locus show dynamic changes following a GC challenge and suggest that factors influencing the dynamics of this regulation may contribute to the previously reported alterations in DNAm associated with current and past ELS exposure.
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.
Background: Recent research has shown an increased risk of accidents and injuries in ADHD patients, which could potentially be reduced by stimulant treatment. Therefore, the first aim of our study was to evaluate the prevalence of adult ADHD in a trauma surgery population. The second aim was to investigate accident mechanisms and circumstances which could be specific to ADHD patients, in comparison to the general population. Methods: We screened 905 accident victims for ADHD using the ASRS 18-item self-report questionnaire. The basic demographic data and circumstances of the accidents were also assessed. Results: Prevalence of adult ADHD was found to be 6.18% in our trauma surgery patient sample. ADHD accident victims reported significantly higher rates of distraction, stress and overconfidence in comparison to non-ADHD accident victims. Overconfidence and being in thoughts as causal mechanisms for the accidents remained significantly higher in ADHD patients after correction for multiple comparison. ADHD patients additionally reported a history of multiple accidents. Conclusion: The majority of ADHD patients in our sample had not previously been diagnosed and were therefore not receiving treatment. The results subsequently suggest that general ADHD screening in trauma surgery patients may be useful in preventing further accidents in ADHD patients. Furthermore, psychoeducation regarding specific causal accident mechanisms could be implemented in ADHD therapy to decrease accident incidence rate
Major depressive disorder (MDD) is a very common stress-related mental disorder that carries a huge burden for affected patients and the society. It is associated with a high mortality that derives from suicidality and the development of serious medical conditions such as heart diseases, diabetes, and stroke. Although a range of effective antidepressants are available, more than 50% of the patients do not respond to the first treatment they are prescribed and around 30% fail to respond even after several treatment attempts. The heterogeneous condition of MDD, the lack of biomarkers matching patients with the right treatments and the situation that almost all available drugs are only targeting the serotonin, norepinephrine, or dopamine signaling, without regulating other potentially dysregulated systems may explain the insufficient treatment status. The hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis is one of these other systems, there is numerous and robust evidence that it is implicated in MDD and other stress-related conditions, but up to date there is no specific drug targeting HPA axis components that is approved and no test that is routinely used in the clinical setting identifying patients for such a specific treatment. Is there still hope after these many years for a breakthrough of agents targeting the HPA axis? This review will cover tests detecting altered HPA axis function and the specific treatment options such as glucocorticoid receptor (GR) antagonists, corticotropin-releasing hormone 1 (CRH1) receptor antagonists, tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO) inhibitors and FK506 binding protein 5 (FKBP5) receptor antagonists.
Alien limb phenomenon is a rare syndrome associated with a feeling of non-belonging and disowning toward one's limb. In contrast, anarchic limb phenomenon leads to involuntary but goal-directed movements. Alien/anarchic limb phenomena are frequent in corticobasal syndrome (CBS), an atypical parkinsonian syndrome characterized by rigidity, akinesia, dystonia, cortical sensory deficit, and apraxia. The structure function relationship of alien/anarchic limb was investigated in multi centric structural magnetic resonance imaging (MRI) data. Whole-group and single subject comparisons were made in 25 CBS and eight CBS-alien/anarchic limb patients versus controls. Support vector machine was used to see if CBS with and without alien/anarchic limb could be distinguished by structural MRI patterns. Whole-group comparison of CBS versus controls revealed asymmetric frontotemporal atrophy. CBS with alien/anarchic limb syndrome versus controls showed frontoparietal atrophy including the supplementary motor area contralateral to the side of the affected limb. Exploratory analysis identified frontotemporal regions encompassing the pre-/and postcentral gyrus as compromised in CBS with alien limb syndrome. Classification of CBS patients yielded accuracies of 79%. CBS-alien/anarchic limb syndrome was differentiated from CBS patients with an accuracy of 81%. Predictive differences were found in the cingulate gyrus spreading to frontomedian cortex, postcentral gyrus, and temporoparietoocipital regions. We present the first MRI-based group analysis on CBS-alien/anarchic limb. Results pave the way for individual clinical syndrome prediction and allow understanding the underlying neurocognitive architecture. (C) 2019 The Authors. Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).
Converging evidence suggests a role of serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) and tryptophan hydroxylase 2 (TPH2), the rate-limiting enzyme of 5-HT synthesis in the brain, in modulating long-term, neurobiological effects of early-life adversity. Here, we aimed at further elucidating the molecular mechanisms underlying this interaction, and its consequences for socio-emotional behaviors, with a focus on anxiety and social interaction. In this study, adult, male Tph2 null mutant (Tph2\(^{-/-}\)) and heterozygous (Tph2\(^{+/-}\)) mice, and their wildtype littermates (Tph2\(^{+/+}\)) were exposed to neonatal, maternal separation (MS) and screened for behavioral changes, followed by genome-wide RNA expression and DNA methylation profiling. In Tph2\(^{-/-}\) mice, brain 5-HT deficiency profoundly affected socio-emotional behaviors, i.e., decreased avoidance of the aversive open arms in the elevated plus-maze (EPM) as well as decreased prosocial and increased rule breaking behavior in the resident-intruder test when compared to their wildtype littermates. Tph2\(^{+/-}\) mice showed an ambiguous profile with context-dependent, behavioral responses. In the EPM they showed similar avoidance of the open arm but decreased prosocial and increased rule breaking behavior in the resident-intruder test when compared to their wildtype littermates. Notably, MS effects on behavior were subtle and depended on the Tph2 genotype, in particular increasing the observed avoidance of EPM open arms in wildtype and Tph2\(^{+/-}\) mice when compared to their Tph2\(^{-/-}\) littermates. On the genomic level, the interaction of Tph2 genotype with MS differentially affected the expression of numerous genes, of which a subset showed an overlap with DNA methylation profiles at corresponding loci. Remarkably, changes in methylation nearby and expression of the gene encoding cholecystokinin, which were inversely correlated to each other, were associated with variations in anxiety-related phenotypes. In conclusion, next to various behavioral alterations, we identified gene expression and DNA methylation profiles to be associated with TPH2 inactivation and its interaction with MS, suggesting a gene-by-environment interaction-dependent, modulatory function of brain 5-HT availability.
Jeder Zwanzigste im Alter von über 60 Jahren ist von einer Demenzerkrankung betroffen. Mit zunehmendem Alter steigt der Anteil Betroffener drastisch. Hierbei ist die Alzheimer-Demenz (AD) der häufigste Subtyp der Demenzerkrankungen. Symptomatisch ist diese Erkrankung vorwiegend charakterisiert durch ein Nachlassen der Gedächtnisfunktionen; neuropathologisch weisen Patienten mit AD neurofibrilläre Bündel von Tau-Protein-Ablagerungen, Amyloid-β (Aβ) Plaques sowie einen verringerten zerebralen Blutfluss auf.
Aktuell gibt es noch keine Behandlungsmöglichkeit, um die Erkrankung deutlich zu verlangsamen oder zu stoppen. Bereits Jahrzehnte vor Diagnosestellung der AD beginnen die pathologischen Mechanismen. Aktuelle Behandlungsmethoden setzen jedoch häufig erst nach Diagnosestellung einer AD an, also zu einem Zeitpunkt, an dem das Gehirn schon eine deutliche Neurodegeneration aufweist. Die Untersuchung von Risikogruppen zur Identifikation von frühen Biomarkern und nebenwirkungsarmen Behandlungsmethoden bietet ein großes Potential, um die Erkrankung möglichst früh entdecken und verlangsamen oder vielleicht sogar stoppen zu können. Risikogruppen im späteren Lebensabschnitt sind beispielsweise Träger des genetischen Hauptrisikofaktors Apolipoprotein-E4 (APOE4), Patienten mit einer subjektiven kognitiven Beeinträchtigung sowie Patienten mit einer objektiven leichten kognitiven Beeinträchtigung (engl. mild cognitive impairment; MCI).
Die Untersuchung der hämodynamischen Reaktion mittels funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist aufgrund der einfachen und kostengünstigen Einsetzbarkeit dieser Methodik besonders praktikabel. Auch der wiederholte Befund einer reduzierten hämodynamischen Reaktion bei Patienten mit AD scheint vielversprechend. Untersuchungen mit AD-Risikogruppen gibt es bisher jedoch nur wenige; zudem weisen diese uneindeutige Befunde auf.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Untersuchung der hämodynamischen Reaktion bei den Risikogruppen ‚APOE4‘ und ‚MCI‘ im Vergleich zu gesunden Kontrollen während Wortflüssigkeitsaufgaben, die mittels fNIRS bereits gut etablierte Aufgaben darstellen. Des Weiteren wird in der vorliegenden Arbeit die Wirkung einer nebenwirkungsarmen Behandlungsmethode im Vergleich zu einer sham-Behandlung bei der Risikogruppe ‚subjektive kognitive Beeinträchtigung‘ untersucht. Bei dieser Behandlungsmethode handelt es sich um ein mittels transkranieller Gleichstromstimulation (engl. transcranial direct current stimulation; tDCS) augmentiertes kognitives Training.
Es zeigt sich für die Risikogruppe APOE4 bei gleicher Leistung im Vergleich zu Trägern anderer Allelvarianten eine verminderte hämodynamische Reaktion im typischerweise aufgabenspezifisch genutzten inferioren frontalen Gyrus. Parallel dazu weist der mediale frontale Gyrus, ein Teil des frontoparietalen Kontrollsystems, eine verstärkte hämodynamische Reaktion auf. Bei der Risikogruppe MCI zeigt sich neben einer schlechteren Testleistung eine verminderte hämodynamische Reaktion des infe-rioren frontotemporalen Kortex, welcher den inferioren frontalen Gyrus umfasst. Das tDCS-augmentierte kognitive Training bewirkt nicht nur einen gruppenunspezifischen Anstieg der hämodynamischen Reaktion im inferioren frontotemporalen Kortex, die tDCS verstärkt diesen Effekt im Vergleich zur sham-Stimulation noch zusätzlich. Dies geht jedoch nicht mit einer Veränderung der Testleistung einher.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine reduzierte hämodyna-mische Reaktion bereits in frühen Krankheitsstadien der AD detektierbar ist und dies möglicherweise als Biomarker für eine frühzeitige Detektion und Behandlung genutzt werden könnte. Des Weiteren bietet die tDCS für frühe Krankheitsstadien der AD das Potential einer nebenwirkungsarmen Behandlungsmethode.
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.
Background
Several recent studies have investigated the role of C-reactive protein (CRP) in bipolar disorder (BD), but few studies have directly investigated the interaction between CRP genetic variants and peripheral CRP concentration across different phases of BD. In this study, we aimed to replicate previous findings that demonstrated altered CRP levels in BD, and to investigate whether there is an association of peripheral protein expression with genetic variants in the CRP gene.
Methods
221 patients were included in the study, of which 183 (all episodes, 46 not medicated, 174 medicated) were genotyped for CRP single-nucleotide polymorphisms (SNPs) shown to influence peripheral CRP protein expression (rs1800947, rs2808630, rs1417938, rs1205).
Results
There were no differences in CRP levels associated with the genotypes, only regarding the rs1205 SNP there were significantly different CRP protein expression between the genotypes when taking body mass index, age, BD polarity, subtype and leukocyte number into account. However, we could show significantly elevated CRP protein expression in manic patients compared to euthymic and depressed patients, independent from genotype. Medication was found to have no effect on CRP protein expression.
Conclusions
These results indicate that low grade inflammation might play a role in mania and might be rather a state than a trait marker of bipolar disorder.