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- Clinical Trial Center (CTC) / Zentrale für Klinische Studien Würzburg (ZKSW) (2)
- 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)
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.
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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.