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- Sahin Lab, F.M. Kirby Neurobiology Center Boston Children’s Hospital, Department of Neurology, Harvard Medical School (1)
- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
M. Fabry ist eine X-chromosomale, lysosomale Speicherkrankheit, die aufgrund einer Mutation im für das Enzym αGalaktosidase A (αGalA)-kodierenden Gen GLA, zu einer vollständig fehlenden oder verminderten Expression von αGalA führt. Aufgrund ubiquitärer Ablagerungen von Globotriaosylceramid 3 (Gb3) kommt es zu einer progressiven Multiorganerkrankung sowie der Entwicklung einer small-fiber Neuropathie (SFN). Der Pathomechanismus des Fabry-assoziierten Schmerzes blieb trotz Entwicklung eines αGalA-defizienten Mausmodells (Fabry-ko-Maus) durch Ohshima et al. bisher weitgehend ungeklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Charakterisierung des Fabry-ko-Mausmodells hinsichtlich Schmerz-assoziierten Verhaltens und Expression Schmerz-assoziierter Ionenkanäle in Spinalganglienneuronen. Hierzu wurden insgesamt 42 drei Monate und 41 12 Monate alte männliche und weibliche Fabry-ko-Mäuse und ihre gleichaltrigen Wurfgeschwister untersucht. Die Verhaltenstestungen beinhalteten einen von Frey-, einen Hargreaves- sowie einen „Cold“-Test zur Evaluation der mechanischen und thermischen Rückzugslatenz. Weiterhin erfolgten die Analyse der intraepidermalen Nervenfaserdichte (IENFD) in Fußsohlen der Mäuse sowie eine H.E.-Färbung von Spinalganglien zur Untersuchung morphologischer Veränderungen der Neurone. Zusätzlich folgten immunhistochemische und molekulargenetische Untersuchungen des Gb3-Rezeptors (CD77), des transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)-Kanals, des spannungsgesteuerten Natrium-Kanals 1.8 (Nav1.8), des Calcitonin Gene related peptide (CGRP), des Neurofilaments 200 (NF200) sowie von Isolectin B4 (IB4) an kryokonservierten und kultivierten Spinalganglienneuronen.
In Verhaltenstestungen konnten eine Überempfindlichkeit gegenüber mechanischen und Hitze-Stimuli sowie ein vermindertes Kälteempfinden festgestellt werden. Es zeigte sich eine reduzierte IENFD in Fußsohlen sowie eine Vergrößerung der neuronalen Fläche in Spinalganglien von Fabry-ko-Mäusen. Die immunhistochemischen Untersuchungen ergaben eine erhöhte CD77- und TRPV1-Immunreaktivität sowie eine erniedrigte NF200-Immunreaktivität in Fabry-ko-Mäusen; Untersuchungen hinsichtlich der Immunreaktivität von Nav1.8 ergaben keine Unterschiede. Molekulargenetisch konnte neben einer verminderten Nav1.8-Expression in jungen Fabry-ko-Mäusen keine Unterschiede festgestellt werden.
Die Ergebnisse der Verhaltenstestungen sowie die verminderte IENFD bei Fabry-ko-Mäusen entsprechen klinischen Befunden bei Fabry-Patienten. Erstmals konnte in dieser Arbeit eine Vergrößerung der Neuronenfläche in Fabry-ko-Mäusen quantitativ nachgewiesen und eine vermehrte Immunreaktivität von TRPV1 und CD77 festgestellt werden. Bei fehlendem Nachweis eines geschlechtsspezifischen Unterschieds der Ergebnisse, konnte ein Einfluss des weiblichen Geschlechts auf den Phänotyp des M. Fabry ausgeschlossen werden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die von Oshima et al. entwickelte Fabry-ko-Maus ein suffizientes Model zur Erforschung des M. Fabry darstellt. Weiterhin rücken sie TRPV1 und spannungsgesteuerte Natriumkanäle weiter in den Fokus der Untersuchung Fabry-assoziierten Schmerzes und können aufgrund der hohen Anzahl an Versuchstieren und dem Vergleich mit Wurfgeschwistern als Grundlage für weitere Studien dienen.
Die Forschung auf dem Gebiet der Parkinson-Erkrankung erlebt einen großen Wandel. Eindeutig ist mittlerweile, dass es zu kurz gefasst wäre diese Erkrankung auf die motorischen Symptome zu beschränken. In den letzten Jahren wurde durch intensive Forschung bewiesen, dass der idiopathische M. Parkinson eine multisystemische Erkrankung ist, welche verschiedene Teile des Nervensystems betreffen kann. Um die zugrundeliegende Pathophysiologie und die Beteiligung des autonomen Nervensystems bei M. Parkinson näher zu untersuchen, wurden für diese Studie 30 Patienten mit idiopathischem M. Parkinson, 19 Patienten mit atypischem Parkinsonsyndrom und 30 gesunde Probanden am Universitätsklinikum Würzburg und an der Paracelsus-Elena-Klinik Kassel rekrutiert. Um Beeinträchtigungen von groß-und kleinkalibrigen Nervenfasern einschätzen zu können, wurden eine Neurografie des N. suralis sowie eine quantitativ sensorische Testung durchgeführt. Zur Bewertung einer möglichen toxischen Komponente von Levodopa gegenüber einer direkten Schädigung peripherer Nerven durch p-α-Synuclein wurden am Vitamin B12 Stoffwechsel beteiligte Proteine im Blut bestimmt. Alle Patienten und Probanden erhielten Hautbiopsien an Unterschenkel, Oberschenkel, Rücken und Finger, um anschließend eine immunhistochemische Aufarbeitung der Präparate durchführen zu können. Einerseits wurde die Beteiligung somatosensibler Nervenfasern mithilfe der Auszählung intraepidermaler Nervenfasern (PGP 9.5) bewertet. Andererseits wurden die Schweißdrüsen auf Pathologien der sympathischen Nervenfasern (VIP, TH, SP, CGRP) und der sudomotorischen Synapsen (SNCA, Synaptophysin, SNAP 25) untersucht. Weiterhin wurde versucht p-α-Synuclein, als Biomarker der Parkinson-Erkrankung, in der Haut nachzuweisen.
Positive Ergebnisse konnten hinsichtlich pathologischer Prozesse an den Synapsen erzielt werden. Es zeigte sich sowohl eine Reduktion von nativem α-Synuclein (Unterschenkel, p=0,009 und Rücken, p=0,013), Synaptophysin (Unterschenkel, p=0,007) als auch SNAP 25 (Unterschenkel, p=0,023) an den untersuchten Schweißdrüsen der Patientengruppe. Bei der Untersuchung von SNAP 25 zeigte sich des Weiteren eine negative Korrelation zwischen der SNAP 25 Dichte im Unterschenkel und p-α-Synuclein (p=0,007). Bei der Suche nach p-α-Synuclein wurden beinahe 72% der Parkinson-Patienten positiv getestet, wohingegen keiner der gesunden Probanden p-α-Synuclein in der Haut zeigte. Weiterhin konnte bei 75% der positiv getesteten Patienten mit Multisystematrophie p-α-Synuclein an somatosensiblen Nervenfasern des subepidermalen Plexus nachgewiesen werden, wohingegen es bei den M. Parkinson Patienten nur 13% waren. Die Ergebnisse der zugrundeliegenden Arbeit zeigen, dass die Hautbiopsie als frühdiagnostisches Mittel und in der Differentialdiagnose ein hohes Potenzial hat. Die Erforschung von Pathologien an Synapsen wird in der Zukunft an großer Bedeutung gewinnen und scheint ein wichtiger Ansatz, um die Pathophysiologie des M. Parkinson genauer zu verstehen. Die Hautbiopsie könnte dabei von Vorteil sein, da sich Pathologien in vivo untersuchen lassen und man nicht auf Ergebnisse von Autopsien angewiesen ist.
Schwerpunktmäßig befasst sich diese Arbeit mit den praktischen Vorgängen zur Zählung von Neuronen mit dem optischen Fraktionator unter dem Mikroskop, wobei zur Veranschaulichung die Neuronen in der Substantia Nigra an C57BL/6-Mäusen gezählt wurden. Es wurde erläutert, wie die Einstellungen der jeweiligen Methode vorzunehmen sind und auf die angestrebten Ziele angepasst werden können, um ein effizientes Zählen von Neuronen unter Berücksichtigung grundlegender Zählregeln zu gewährleisten. Gleichzeitig wurde gezeigt, wie die Methoden des optischen Fraktionators die gewünschten präzisen Ergebnisse anhand des CE-Wertes liefern können.
Die in dieser Arbeit präsentierte Axiophot-2-Methode ist in der Lage, selbst mit einem einfachen, kommerziell erhältlichen Lichtmikroskop und einem Standbildaufnahmeprogramm die Gesamtanzahl von Zellen einer gegebenen Struktur unter Beachtung aller stereologischen Regeln zu zählen – und zwar genauso effizient und mit vergleichbaren Ergebnissen wie mit einem speziell für stereologische Untersuchungen vorgefertigtes Komplettsystem. Vergleiche beider Methoden zueinander ergeben folgende Schlussfolgerungen: bei dem Stereo Investigator, ist die Untersuchung zwar wesentlich schneller, da die Bildaufnahme und Auswertung mittels voreingestellten Programmes automatisch durchgeführt werden. Allerdings ist solch ein Komplettsystem sehr kostspielig (ca. 60.000 Euro Anschaffungskosten) und nicht flexibel auf andere Untersuchungsbereiche einsetzbar.
Die Axiophot-2-Methode weist zwar einige Nachteile aufgrund der manuellen Vorarbeiten auf, ist aber dafür wesentlich günstiger und zugänglicher, da sie nur ein konventionelles Mikroskop mit einem Standardprogramm erfordert.
In der vorliegenden Studie wurden 32 Patienten (19 Frauen, 13 Männer, medianes Alter 50 Jahren, Spanne: 26-83 Jahre) mit einem klinisch akralen neuropathischen Schmerzsyndrom unterschiedlicher Genese mittels QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Unser Patientenkollektiv bestand aus drei Subgruppen: sechsen Patienten erfüllten die Kriterien einer SFN, acht Patienten hatten eine Neuropathie der großkalibrigen Nervenfasern mit zusätzlicher Beeinträchtigung der kleinkalibrigen Nervenfasern und weitere acht Patienten hatten ein akrales Schmerzsyndrom mit neuropathischen Charakteristika, ohne vorbekannte Diagnose einer Neuropathie der groß- oder kleinkalibrigen Nervenfasern. Die Patienten wurden mittels klinischer neurologischer Untersuchung, elektrophysiologischer Tests, QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Die Patientendaten wurden jeweils mit Daten großer Kontrollgruppen verglichen, die wir in unserer Klinik unter Angehörigen und Freunden unserer Patienten mit deren Einwilligung rekrutiert hatten.
QST und die Hautbiopsie waren bei Patienten mit SFN und PNP jeweils auffällig, bei akralem Schmerzsyndrom unklarer Ätiologie hingegen unauffällig. Nach elektrischer kutaner Stimulation aller drei Körperregionen zeigte sich eine Amplitudenminderung der PREP-Reizantwort in allen Patientensubgruppen (7,5 µV in der SFN-Gruppe, 3,8 µV in der PNP-Gruppe, und 11,3 µV bei den Patienten mit akralem Schmerzsyndrom). Somit konnten wir zeigen, dass eine Kleinfaserpathologie in der Studienpopulation von Patienten mit neuropathischem Schmerzsyndrom besteht. Nur die Amplitudenminderung der PREP bildet diese Pathologie ab.
Diese Daten erlauben uns die eingangs aufgestellte Hypothese, dass PREP zur Diagnostik bei Frage nach Kleinfaserbeteiligung geeignet ist, positiv zu belegen. PREP ist eine nicht-invasive Methode für die Evaluation der Funktion v.a. der Aδ-Faser mit standardisiertem Ablaufprotokoll zur Erhebung von reproduzierbaren Daten. Sie kann bei Patienten mit der Anamnese eines akralen neuropathischen Schmerzsyndroms einen objektiven Hinweis auf eine Dysfunktion der kleinkalibrigen Nervenfasern, auch wenn bereits etablierte Methoden (QST und Hautbiopsie) unauffällig bleiben, erbringen. Entsprechend können die PREP eine wertvolle Ergänzung der klinischen Untersuchungsbatterie für die Evaluation der Funktion der kleinkalibrigen Nervenfasern sein.
In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, ob Gb3 in Hautstanzbiopsien von Patienten mit M. Fabry nachweisbar ist, die Ablagerungen quantifizierbar sind, mit der Krankheitsschwere korrelieren, und ob eine Unterscheidung von Patienten und gesunden Kontrollen anhand der dermalen Gb3-Ablagerungen möglich ist. Es wurden 84 Patienten mit M. Fabry über das FAZiT sowie 27 gesunde Kontrollen zwischen 2008 und 2013 prospektiv rekrutiert und jeweils eine proximale und eine distale Hautbiopsie entnommen. Zusätzlich erfolgten eine Anamnese, eine klinische Untersuchung, eine QST, das Ausfüllen von Fragebögen mit der Fragestellung nach Schmerz und Depression sowie eine Blutentnahme und kardiale Diagnostik. Die Immunfluoreszenz erfolgte mit Antikörpern gegen CD77, einem Marker für Gb3. Es erfolgte die verblindete, semiautomatische Quantifizierung der Gb3 Ablagerungen. Hierzu wurden pro Biopsie drei ROI ausgewählt und die Fläche der ROIs mit Gb3-Ablagerungen in Relation zu der Gesamtfläche der ROIs gesetzt. Für die Auswertung wurden die Patienten sowohl nach Geschlecht als auch nach Krankheitsschwere und einzelnen Symptomen stratifiziert Die Gb3 Ablagerungen ließen sich bevorzugt in Schweißdrüsen und Endothel nachweisen. Es fanden sich jedoch auch größere Mengen an Gb3-Ablagerungen ohne ersichtliches anatomischer Korrelat. Die Gb3-Ablagerungen wurden semiautomatisch quantifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass männliche Fabry-Patienten eine deutlich größere Menge an Gb3 in den distalen Hautbiopsien zeigen als gesunde Kontrollen, Patienten mit einer eingeschränkten Nierenfunktion hatten eine größere Menge an Gb3-Ablagerungen in der Haut als Patienten mit einer uneingeschränkten Nierenfunktion. Bei Patienten mit einer SFN waren erhöhte dermale Gb3 Mengen vorhanden im Vergleich zu gesunden Kontrollen, bei Patienten ohne eine SFN fand sich dieser Unterschied nicht. Patienten mit einem niedrigen SNAP zeigten im Vergleich zu gesunden Kontrollen eine größere Menge an Gb3 in ihrer distalen Haut, bei Patienten mit einem höheren SNAP fand sich dies nicht. Aus diesen Ergebnissen ergeben sich ein mögliches weiteres Werkzeug sowohl für die Diagnosestellung als auch für das Monitoring der Erkrankung, sowie weiterführend auch ein möglicher Indikator für den Therapieerfolg der ERT.
Zielsetzung der Studie war es, Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins in der Haut von Patienten mit Morbus Parkinson und atypischen Parkinson-Syndromen zu untersuchen und deren Auswirkungen auf das periphere Nervensystem zu erforschen.
Dazu wurden Hautbiopsien von 92 Patienten mit Morbus Parkinson, 12 Patienten mit MSA und 13 Patienten mit einer Tauopathie sowie 83 gesunden Kontrollpersonen immunhisto-chemisch gefärbt und unter dem Mikroskop untersucht.
Mit einer Sensitivität von 52 % für den Morbus Parkinson und 67 % für die MSA bei hoher Spezifität stellt der Nachweis von Phospho-Alpha-Synuclein in den kleinen Nervenfasern der Haut einen geeigneten Biomarker dar. Während die Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins bei Patienten mit Morbus Parkinson eher in autonomen Strukturen nachweisbar waren, fanden sie sich bei Patienten mit MSA eher in sub- und intraepidermal gelegenen Nervenfasern. Phospho-Alpha-Synuclein konnte in allen untersuchten Nervenfasersubtypen nachgewiesen werden, also in CGRP-, SP-, TH- und VIP-positiven Fasern. Bei den in der vorliegenden Studie untersuchten Parkinson-Patienten waren keine Veränderungen in der sensiblen Neurographie des Nervus suralis erkennbar. Die intraepidermale Nervenfaserdichte sowie die Innervation der Schweißdrüsen waren jedoch teilweise vermindert und auch in der QST zeigten sich Auffälligkeiten. Ein Zusammenhang zu dem Vorhandensein von Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen konnte jedoch nur für die Innervation der Musculi arrectores pilorum hergestellt werden. Bei der Untersuchung der pathophysiologischen Hintergründe, durch die Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen zu Nervenfaserschädigungen führen, konnten die Hinweise auf eine Beteiligung von axonalen Transportproteinen, Mikrotubuli oder Mitochondrien nicht erhärtet werden.
Background:
ATF5 suppresses differentiation of neuroprogenitor cells and is overexpressed in glioblastoma (GBM). A reduction of its expression leads to apoptotic GBM cell death. Data on ATF5 expression in astrocytoma WHO grade II (low-grade astrocytoma [LGA]) are scarce and lacking on recurrent GBM.
Patients and methods:
ATF5 mRNA was extracted from frozen samples of patients’ GBM (n=79), LGA (n=40), and normal brain (NB, n=10), quantified by duplex qPCR and correlated with retrospectively collected clinical data. ATF5 protein expression was evaluated by measuring staining intensity on immunohistochemistry.
Results:
ATF5 mRNA was overexpressed in LGA (sevenfold, P<0.001) and GBM (tenfold, P<0.001) compared to NB, which was confirmed on protein level. Although ATF5 mRNA expression in GBM showed a considerable fluctuation range, groups of varying biological behavior, that is, local/multifocal growth or primary tumor/relapse and the tumor localization at diagnosis, were not significantly different. ATF5 mRNA correlated with the patients’ age (r=0.339, P=0.028) and inversely with Ki67-staining (r=-0.421, P=0.007). GBM patients were allocated to a low and a high ATF5 expression group by the median ATF5 overexpression compared to NB. Kaplan–Meier analysis and Cox regression indicated that ATF5 mRNA expression significantly correlated with short-term survival (t<12 months, median survival 18 vs 13 months, P=0.022, HR 2.827) and progression-free survival (PFS) (12 vs 6 months, P=0.024). This advantage vanished after 24 months (P=0.084).
Conclusion:
ATF5 mRNA expression could be identified as an additional, though not independent factor correlating with overall survival and PFS. Since its inhibition might lead to the selective death of glioma cells, it might serve as a potential ubiquitous therapeutic target in astrocytic tumors.
Diabetic peripheral neuropathy (DPN) is a common complication of diabetes with potential severe consequences. Its pathogenesis involves hyperglycemia-linked mechanisms, which may include changes in the expression of neurotrophic growth factors. We analyzed the expression of 29 factors potentially related to nerve degeneration and regeneration in skin biopsies from 13 type 1 diabetic pancreas and kidney recipients with severe DPN including severe depletion of intraepidermal nerve fibers (IENF) in lower limb skin biopsies (group Tx1 1st examination). The investigation was repeated after a median 28-month period of normoglycemia achieved by pancreas transplantation (group Tx1 2nd examination). The same tests were performed in 13 stable normoglycemic pancreas and kidney recipients 6-12 years posttransplantation (group Tx2), in 12 matched healthy controls (group HC), and in 12 type 1 diabetic subjects without severe DPN (group DM). Compared to DM and HC groups, we found a significantly higher (p < 0.05-0.001) expression of NGF (nerve growth factor), NGFR (NGF receptor), NTRK1 (neurotrophic receptor tyrosine kinase 1), GDNF (glial cell-derived neurotrophic factor), GFRA1 (GDNF family receptor alpha 1), and GFAP (glial fibrillary acidic protein) in both transplant groups (Tx1 and Tx2). Enhanced expression of these factors was not normalized following the median 28-month period of normoglycemia (Tx1 2nd examination) and negatively correlated with IENF density and with electrophysiological indices of DPN (vibration perception threshold, electromyography, and autonomic tests). In contrast to our expectation, the expression of most of 29 selected factors related to neural regeneration was comparable in subjects with severe peripheral nerve fiber depletion and healthy controls and the expression of six factors was significantly upregulated. These findings may be important for better understanding the pathophysiology of nerve regeneration and for the development of intervention strategies.
Die Pathophysiologie der PNP wie auch die Entstehung der oft assoziierten neuropathischen Schmerzen ist unklar. Gleichzeitig gibt es bislang keine geeigneten Biomarker, die die oft komplizierte Differentialdiagnose vereinfachen können. Einige Tiermodelle und klinische Studien lieferten bereits Hinweise auf die entscheidende Rolle pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in diesen Prozessen. Ziel unserer Studie war es, die systemische Genexpression pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in einer großen Kohorte von Patienten mit PNP verschiedener Ätiologie zu charakterisieren. Insgesamt konnten 111 PNP-Patienten und 38 gesunde Kontrollpersonen prospektiv rekrutiert werden. Nach Isolation von PBMC aus Blutproben von 97 Patienten wurde die Genexpression der pro-inflammatorischen Zytokine TNF, IL1, IL2, IL6, IL8 und der anti-inflammatorischen Zytokine IL4 und IL10 mittels qRT-PCR bestimmt. Bei 47 Patienten und 12 Kontrollen wurde zudem die IL6-, IL-8- und TNF-Zytokinproduktion von PBMC in vitro nach Stimulation durch LPS mittels ELISA untersucht. Hauptbefund war ein pro-inflammatorisches Zytokinprofil der PNP-Patienten mit höherer Genexpression von IL1, IL2, IL8 und TNF im Vergleich zu den gesunden Kontrollen. Im Falle der entzündlichen Neuropathien konnte zudem eine niedrigere Genexpression von IL10 im Vergleich zu Gesunden nachgewiesen werden. Sowohl schmerzhafte als auch schmerzlose Verlaufsformen wiesen ein pro-inflammatorisches Zytokingenexpressionsprofil im Vergleich zu Gesunden auf, das bei schmerzhaften PNP deutlich mehr beteiligte pro-inflammatorische Zytokine umfasste; relevante Unterschiede zwischen den PNP-Patienten mit und ohne Schmerz sowie der diagnostischen Subgruppen fanden sich nicht. Eine niedrigere Stimulationsschwelle der PBMC lag bei PNP-Patienten im Vergleich zu Gesunden nicht vor. Insgesamt erscheint die Rolle einzelner Zytokine als systemische Biomarker für die Differenzierung verschiedener PNP-Formen bzw. bezüglich neuropathischen Schmerzes aufgrund einer niedrigen Spezifität deutlich eingeschränkt. Dennoch sprechen unsere Ergebnisse für eine mögliche Rolle eines pro-inflammatorischen Milieus bei der Entstehung bzw. des Verlaufes verschiedener entzündlicher und nicht-entzündlicher Neuropathien und neuropathischen Schmerzes.
In dieser Studie wurden 108 Patienten mit PNP, 60 Patienten mit M. Fabry und 58 gesunde Kontrollpersonen mittels PREP auf eine small fiber-Pathologie untersucht. Zudem erfolgte eine PREP-Untersuchung bei 5 gesunden Probanden und 3 Patienten nach Anwendung von lokalem Capsaicin. Zur Charakterisierung der small fibers erfolgten zudem Anamnese, klinische Untersuchung, die Fragebögen NPSI, GCPS und ADS, QST und eine Hautbiopsie.
In der Gruppe der Patienten mit PNP waren sowohl Patienten mit LFN, MFN und SFN unterschiedlicher Ätiologie vertreten. Patienten mit einer MFN und Patienten mit einer zu einer Mitbeteiligung der small fibers passenden Anamnese (MFN und SFN) wiesen eine verlängerte N1-Latenz nach Stimulation am Fuß auf. Bei einer reduzierten IENFD in der proximalen Hautbiopsie zeigte sich die PPA nach Stimulation im Gesicht reduziert, beide Werte korrelierten positiv miteinander. Bei Patienten mit einer demyelinisierenden PNP war die N1-Latenz nach Stimulation an der Hand verlängert, zudem war bei Patienten mit CIDP die PPA nach Stimulation an Gesicht und Hand reduziert.
M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, welche mit einer SFN einhergehen kann. Weibliche Patienten mit M. Fabry und einer subjektiven Hypohidrose als klinische Präsentation einer small fiber Pathologie wiesen eine reduzierte PPA nach Stimulation an Gesicht, Hand und Fuß auf.
Über die gesamte Patientengruppe hinweg zeigte sich eine negative Korrelation der PPA nach Stimulation am Fuß mit der klinischen Schmerzpräsentation im NPSI (Summenscore, Subscores evozierte Schmerzen und Schmerzattacken), sowie bei weiblichen Patienten mit der CDT, WDT und TSL in der QST als Marker für die small fiber Funktion. Patienten mit einer längenunabhängigen Reduktion der IENFD wiesen eine niedrigere PPA nach Stimulation am Fuß auf. Ein nicht-auswertbares PREP-Potential spricht nach Ausschluss messtechnischer Artefakte für eine fortgeschrittene Nervenfaserschädigung. Probanden und Patienten zeigten nach Applikation von topischem Capsaicin eine Reduktion der PPA.
PREP ist eine einfache, komplikationslos durchzuführende und objektive Methode zur Untersuchung der small fibers. Sie stellt eine sinnvolle Ergänzung zu den bereits etablierten Methoden QST und Hautbiopsie dar und bietet insbesondere für die Evaluation von Medikamenteneffekten wie z.B. von topischem Capsaicin eine vielversprechende Untersuchungsmöglichkeit.
Bei den Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien handelt es sich um erbliche Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die progredient zu motorischen und sensorischen Defiziten führen und für die bislang keine kausalen Therapieoptionen existieren. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Entzündungsreaktionen, insbesondere durch Lymphozyten und Makrophagen vermittelt, eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankung spielen. Neben neuronaler und axonaler Schädigung, sowie Demyelinisierung ist in untersuchten Myelin Mutanten auch eine erhöhte Anzahl an denervierten neuromuskulärer Endplatten zu erkennen. Eine genetische Blockade der Makrophagen-Aktivierung konnte in den Studien eine Verbesserung sämtlicher neuropathologischer Merkmale bei gleichzeitig reduzierter Makrophagenanzahl zeigen. Ob und welche Rolle Makrophagen bei der Denervation neuromuskulärer Endplatten spielen, blieb bislang ungeklärt.
In dieser Studie konnte in allen untersuchten Myelin Mutanten im Vergleich zum Wildtyp eine Zunahme an neuromuskulären Synapsen beobachtet werden, die mit Makrophagen räumlich assoziiert waren. Daneben zeigten entsprechende Myelin Mutanten eine Zunahme denervierter und partiell denervierter Endplatten und zwar interessanterweise direkt proportional zur Anzahl an Synapsen in Assoziation mit Makrophagen. Das bedeutet, dass die Anzahl an Endplatten in Assoziation mit Makrophagen verhältnismäßig parallel zur Anzahl an denervierten Endplatten zunahm, während die Anzahl an Makrophagen im gesamten Muskel nahezu unverändert blieb. Dies deutet eine mögliche Rolle der räumlich mit Endplatten assoziierten Makrophagen an deren Denervation an. Dabei waren alle Synapsen in Assoziation mit Makrophagen innerviert und damit morphologisch intakt. Bei doppel-mutanten Mäusen mit genetischer Blockade der Makrophagen-Aktivierung waren die beschriebenen pathologischen Merkmale an der neuromuskulären Synapse deutlich reduziert bei gleichzeitig signifikanter Abnahme an Makrophagen in Assoziation mit Endplatten. Ähnliche pathologische Auffälligkeiten wie bei Myelin Mutanten fanden sich in geringerer Ausprägung auch im Wildtyp im Rahmen des Alterungsprozesses sowie auch bei Mäusen mit Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl in der Pathogenese der CMT Neuropathie wie auch im Rahmen altersbedingter Neurodegeneration ein Makrophagen-vermittelter Schaden an der neuromuskulären Endplatte entsteht. Wesentliche Mediatoren scheinen hierbei das von Fibroblasten und vermutlich auch perisynaptischen Fibroblasten exprimierte CSF-1 zu sein, sowie MCP-1, das durch Schwann Zellen und möglicherweise auch von terminalen Schwann Zellen freigesetzt wird. Auch eine Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF bewirkt zumindest in geringem Ausmaß eine Zunahme der pathologischen Merkmale Denervation und Makrophagen-Endplatten-Assoziation im Vergleich zum Wildtyp. Diese Ergebnisse erweitern insbesondere das Wissen um Pathomechanismen an der neuromuskulären Endplatte und eröffnen neue Möglichkeiten der Behandlung für CMT und weitere neuromuskuläre Erkrankungen.
Background:
Atypical chemokine receptor 3 (ACKR3, synonym CXCR7) is increasingly considered relevant in neuroinflammatory conditions, in which its upregulation contributes to compromised endothelial barrier function and may ultimately allow inflammatory brain injury. While an impact of ACKR3 has been recognized in several neurological autoimmune diseases, neuroinflammation may also result from infectious agents, including Ureaplasma species (spp.). Although commonly regarded as commensals of the adult urogenital tract, Ureaplasma spp. may cause invasive infections in immunocompromised adults as well as in neonates and appear to be relevant pathogens in neonatal meningitis. Nonetheless, clinical and in vitro data on Ureaplasma-induced inflammation are scarce.
Methods:
We established a cell culture model of Ureaplasma meningitis, aiming to analyze ACKR3 variances as a possible pathomechanism in Ureaplasma-associated neuroinflammation. Non-immortalized human brain microvascular endothelial cells (HBMEC) were exposed to bacterial lipopolysaccharide (LPS) or tumor necrosis factor-α (TNF-α), and native as well as LPS-primed HBMEC were cultured with Ureaplasma urealyticum serovar 8 (Uu8) and U. parvum serovar 3 (Up3). ACKR3 responses were assessed via qRT-PCR, RNA sequencing, flow cytometry, and immunocytochemistry.
Results:
LPS, TNF-α, and Ureaplasma spp. influenced ACKR3 expression in HBMEC. LPS and TNF-α significantly induced ACKR3 mRNA expression (p < 0.001, vs. control), whereas Ureaplasma spp. enhanced ACKR3 protein expression in HBMEC (p < 0.01, vs. broth control). Co-stimulation with LPS and either Ureaplasma isolate intensified ACKR3 responses (p < 0.05, vs. LPS). Furthermore, stimulation wielded a differential influence on the receptor’s ligands.
Conclusions:
We introduce an in vitro model of Ureaplasma meningitis. We are able to demonstrate a pro-inflammatory capacity of Ureaplasma spp. in native and, even more so, in LPS-primed HBMEC, underlining their clinical relevance particularly in a setting of co-infection. Furthermore, our data may indicate a novel role for ACKR3, with an impact not limited to auto-inflammatory diseases, but extending to infection-related neuroinflammation as well. AKCR3-induced blood-brain barrier breakdown might constitute a potential common pathomechanism.
Background:
To analyze whether magnesium has a neuroprotective effect during episodes that indicate a critical brain perfusion after aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH).
Methods:
107 patients with aSAH were randomized to continuously receive intravenous magnesium sulfate with target serum levels of 2.0 – 2.5 mmol/l (n = 54) or isotonic saline (n = 53). Neurological examination and transcranial Doppler sonography (TCD) were performed daily, Perfusion-CT (PCT) was acquired in 3-day intervals, angiography in case of suspected vasospasm. The primary endpoint was the development of secondary infarction following episodes of delayed ischemic neurological deficit (DIND), elevated mean flow velocity (MFV) in TCD or pathological findings in PCT.
Results:
In the magnesium group, 9 episodes of DIND were registered, none was followed by secondary infarction. In the control group, 23 episodes of DIND were registered, 9 were followed by secondary infarction (p < 0.05). In the magnesium group, 114 TCD-measurements showed an elevated MFV(> 140 cm/s). 7 were followed by new infarction. In control patients, 135 measurements showed elevated MFV, 32 were followed by new infarction (p < 0.05). 10 of 117 abnormal PCT-findings were followed by new infarction, compared to 30 of 122 in the control-group (p < 0.05).
Conclusion:
DIND, elevated MFV in TCD and abnormal PCT are findings which are associated with an increased risk to develop delayed secondary infarction. The results of this analysis suggest that magnesium-treatment may reduce the risk to develop infarction in a state of critical brain perfusion.
Background:
Multiple sclerosis (MS) is a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS) for which several new treatment options were recently introduced. Among them is the monoclonal anti-CD52 antibody alemtuzumab that depletes mainly B cells and T cells in the immune periphery. Considering the ongoing controversy about the involvement of B cells and in particular the formation of B cell aggregates in the brains of progressive MS patients, an in-depth understanding of the effects of anti-CD52 antibody treatment on the B cell compartment in the CNS itself is desirable.
Methods:
We used myelin basic protein (MBP)-proteolipid protein (PLP)-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) in C57BL/6 (B6) mice as B cell-dependent model of MS. Mice were treated intraperitoneally either at the peak of EAE or at 60 days after onset with 200 μg murine anti-CD52 vs. IgG2a isotype control antibody for five consecutive days. Disease was subsequently monitored for 10 days. The antigen-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. Effects on CNS infiltration and B cell aggregation were determined by immunohistochemistry. Neurodegeneration was evaluated by Luxol Fast Blue, SMI-32, and Olig2/APC staining as well as by electron microscopy and phosphorylated heavy neurofilament serum ELISA.
Results:
Treatment with anti-CD52 antibody attenuated EAE only when administered at the peak of disease. While there was no effect on the production of MP4-specific IgG, the treatment almost completely depleted CNS infiltrates and B cell aggregates even when given as late as 60 days after onset. On the ultrastructural level, we observed significantly less axonal damage in the spinal cord and cerebellum in chronic EAE after anti-CD52 treatment.
Conclusion:
Anti-CD52 treatment abrogated B cell infiltration and disrupted existing B cell aggregates in the CNS.
Background:
Genetically caused neurological disorders of the central nervous system (CNS) are mostly characterized by poor or even fatal clinical outcome and few or no causative treatments are available. Often, these disorders are associated with low-grade, disease-promoting inflammation, another feature shared by progressive forms of multiple sclerosis (PMS). We previously generated two mouse lines carrying distinct mutations in the oligodendrocytic PLP1 gene that have initially been identified in patients diagnosed with MS. These mutations cause a loss of PLP function leading to a histopathological and clinical phenotype common to both PMS and genetic CNS disorders, like hereditary spastic paraplegias. Importantly, neuroinflammation promotes disease progression in these models, suggesting that pharmacological modulation of inflammation might ameliorate disease outcome.
Methods:
We applied teriflunomide, an approved medication for relapsing-remitting MS targeting activated T-lymphocytes, in the drinking water (10 mg/kg body weight/day). Experimental long-term treatment of PLP mutant mice was non-invasively monitored by longitudinal optical coherence tomography and by rotarod analysis. Immunomodulatory effects were subsequently analyzed by flow cytometry and immunohistochemistry and treatment effects regarding neural damage, and neurodegeneration were assessed by histology and immunohistochemistry.
Results:
Preventive treatment with teriflunomide attenuated the increase in number of CD8+ cytotoxic effector T cells and fostered the proliferation of CD8+ CD122+ PD-1+ regulatory T cells in the CNS. This led to an amelioration of axonopathic features and neuron loss in the retinotectal system, also reflected by reduced thinning of the innermost retinal composite layer in longitudinal studies and ameliorated clinical outcome upon preventive long-term treatment. Treatment of immune-incompetent PLP mutants did not provide evidence for a direct, neuroprotective effect of the medication. When treatment was terminated, no rebound of neuroinflammation occurred and histopathological improvement was preserved for at least 75 days without treatment. After disease onset, teriflunomide halted ongoing axonal perturbation and enabled a recovery of dendritic arborization by surviving ganglion cells. However, neither neuron loss nor clinical features were ameliorated, likely due to already advanced neurodegeneration before treatment onset.
Conclusions:
We identify teriflunomide as a possible medication not only for PMS but also for inflammation-related genetic diseases of the nervous system for which causal treatment options are presently lacking.
Traumatic spinal cord injuries result in impairment or even complete loss of motor, sensory and autonomic functions. Recovery after complete spinal cord injury is very limited even in animal models receiving elaborate combinatorial treatments. Recently, we described an implantable microsystem (microconnector) for low-pressure re-adaption of severed spinal stumps in rat. Here we investigate the long-term structural and functional outcome following microconnector implantation after complete spinal cord transection. Re-adaptation of spinal stumps supports formation of a tissue bridge, glial and vascular cell invasion, motor axon regeneration and myelination, resulting in partial recovery of motor-evoked potentials and a thus far unmet improvement of locomotor behaviour. The recovery lasts for at least 5 months. Despite a late partial decline, motor recovery remains significantly superior to controls. Our findings demonstrate that microsystem technology can foster long-lasting functional improvement after complete spinal injury, providing a new and effective tool for combinatorial therapies.
Voluntary movements induce postural perturbations which are counteracted by anticipatory postural adjustments (APAs). These actions are known to build up long fixation chains toward available support points (inter-limb APAs), so as to grant whole body equilibrium. Moreover, recent studies highlighted that APAs also build-up short fixation chains, within the same limb where a distal segment is moved (intra-limb APAs), aimed at stabilizing the proximal segments. The neural structures generating intra-limb APAs still need investigations; the present study aims to compare focal movement kinematics and intra-limb APA latencies and pattern between healthy subjects and parkinsonian patients, assuming the latter as a model of basal ganglia dysfunction. Intra-limb APAs that stabilize the arm when the index-finger is briskly flexed were recorded in 13 parkinsonian patients and in 10 age-matched healthy subjects. Index-finger movement was smaller in parkinsonian patients vs. healthy subjects (p = 0.01) and more delayed with respect to the onset of the prime mover flexor digitorum superficialis (FDS, p < 0.0001). In agreement with the literature, in all healthy subjects the FDS activation was preceded by an inhibitory intra-limb APA in biceps brachii (BB) and anterior deltoid (AD), and almost simultaneous to an excitatory intra-limb APA in triceps brachii (TB). In parkinsonian patients, no significant differences were found for TB and AD intra-limb APA timings, however only four patients showed an inhibitory intra-limb APA in BB, while other four did not show any BB intra-limb APAs and five actually developed a BB excitation. The frequency of occurrence of normal sign, lacking, and inverted BB APAs was different in healthy vs. parkinsonian participants (p = 0.0016). The observed alterations in index-finger kinematics and intra-limb APA pattern in parkinsonian patients suggest that basal ganglia, in addition to shaping the focal movement, may also contribute to intra-limb APA control.
Heterozygous mutations in the glucocerebrosidase gene (GBA1) represent the most common genetic risk factor for Parkinson's disease (PD) and are histopathologically associated with a widespread load of alpha-synuclein in the brain. Therefore, PD patients with GBA1 mutations are a cohort of high interest for clinical trials on disease-modifying therapies targeting alpha-synuclein. There is evidence that detection of phospho-alpha-synuclein (p-syn) in dermal nerve fibers might be a biomarker for the histopathological identification of PD patients even at premotor or very early stages of disease. It is so far unknown whether dermal p-syn deposition can also be found in PD patients with GBA1 mutations and may serve as a biomarker for PD in these patients. Skin biopsies of 10 PD patients with different GBA1 mutations (six N3705, three E326K, one L444P) were analyzed by double-immunofluorescence labeling with anti-p-syn and anti-protein gene product 9.5 (PGP9.5, axonal marker) to detect intraaxonal p-syn deposition. Four biopsy sites (distal, proximal leg, paravertebral Th10, and C7) per patient were studied. P-syn was found in six patients (three N370S, three E326K). P-syn deposition was mainly detected in autonomic nerve fibers, but also in somatosensory fibers and was not restricted to a certain GBA1 mutation. In summary, dermal p-syn in PD patients with GBA1 mutations seems to offer a similar distribution and frequency as observed in patients without a known mutation. Skin biopsy may be suitable to study p-syn deposition in these patients or even to identify premotor patients with GBA1 mutations.
Objective: To investigate the association between levodopa‐induced dyskinesias and striatal cholinergic activity in patients with Parkinson's disease.
Methods: This study included 13 Parkinson's disease patients with peak‐of‐dose levodopa‐induced dyskinesias, 12 nondyskinetic patients, and 12 healthy controls. Participants underwent 5‐[\(^{123}\)I]iodo‐3‐[2(S)‐2‐azetidinylmethoxy]pyridine single‐photon emission computed tomography, a marker of nicotinic acetylcholine receptors, [\(^{123}\)I]N‐ω‐fluoropropyl‐2β‐carbomethoxy‐3β‐(4‐iodophenyl)nortropane single‐photon emission computed tomography, to measure dopamine reuptake transporter density and 2‐[\(^{18}\)F]fluoro‐2‐deoxyglucose positron emission tomography to assess regional cerebral metabolic activity. Striatal binding potentials, uptake values at basal ganglia structures, and correlations with clinical variables were analyzed.
Results: Density of nicotinic acetylcholine receptors in the caudate nucleus of dyskinetic subjects was similar to that of healthy controls and significantly higher to that of nondyskinetic patients, in particular, contralaterally to the clinically most affected side.
Interpretation: Our findings support the hypothesis that the expression of dyskinesia may be related to cholinergic neuronal excitability in a dopaminergic‐depleted striatum. Cholinergic signaling would play a role in maintaining striatal dopaminergic responsiveness, possibly defining disease phenotype and progression.
Der M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkankheit, die zu einem Multiorganversagen führt. Ein frühes Symptom sind Schmerzen, die meist schon in der frühen Kindheit einsetzen. Das Besondere an diesen Schmerzen ist, dass sie sich sehr unterschiedlich u.a. bezüglich ihres Verlaufs, ihrer Dauer und ihrer Lokalisation präsentieren können. Diese Fabry-assoziierten Schmerzen sind meist brennend und akral betont, können aber auch andere Qualitäten aufweisen und sehr variable Körperpartien erfassen, was ihre diagnostische Einordnung erschwert. Bisher verfügbare validierte Schmerzfragebögen können das Spektrum der Fabry-assoziierten Schmerzen nicht erfassen. In dieser Arbeit wird der erste M. Fabry spezifische Schmerzfragebogen für Erwachsene in zwei Versionen präsentiert. Die erste Version ist eine Interview Version (iFPQ), bei der der Arzt in einem persönlichen Gespräch mit dem Patienten mit Hilfe des Fragbogens alle wesentlichen Aspekte der Fabry-assoziierten Schmerzen erfragen kann. Die zweite Version kann eigenständig vom Patienten ausgefüllt werden (saFPQ). Zur Etablierung der Fragebögen wurde in einer Pilotstudie zunächst mit 20 Patienten eine erste Version des iFPQ entwickelt. Nach Verbesserungen wurde die Interview Version mit Hilfe von 42 Studienteilnehmern validiert, die jeweils an einem Erst- und Zweitgespräch im Abstand von zwei Wochen teilnahmen. Hierbei wurde auch der NPSI als vergleichender Fragebogen ausgefüllt. Bei der ersten statistischen Analyse ergab sich eine gute Reliabilität mit ICC-Werten von 0,896 bis 0,999 aber eine unzureichende Validität zwischen iFPQ und NPSI mit K-Werten von 0,257 bis 0,566. Nach der ersten statistischen Analyse wurde der Fragebogen erneut überarbeitet und mit Hilfe von 20 Studienteilnehmern erneut validiert. Anschließend zeigte sich eine gute Validität mit K-Werten von 0,634 bis 1,0. Der saFPQ wurde im Anschluss an die finale iFPQ Version entwickelt. Bei 40 Patienten erfolgte ein Erstgespräch, bei dem die Patienten die valide Version des iFPQ ausfüllten. Im Abstand von zwei Wochen schickten die Patienten dann die selbständig ausgefüllte Version des saFPQ postalisch zurück. Die postalische Version erweitert die Flexibilität dieses Fragebogens. Sie ist für den klinischen Alltag sehr relevant. Die Resonanz der Patienten hinsichtlich beider Fragebögen war sehr positiv. Perspektivisch ist die Entwicklung einer englischen Version geplant.
Polyneuropathien sind Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Die Erkrankung kommt gehäuft als Zweiterkrankungen bei anderen Primärerkrankungen vor, daher ist es schwierig, epidemiologische Angaben zu machen.
Ätiologisch lassen sich Polyneuropathien in fünf große Gruppen einteilen: Hereditäre Polyneuropathien, entzündliche Polyneuropathien, vaskulär bedingte Polyneuropathien, exotoxische Polyneuropathien und endotoxisch-metabolische Polyneuropathien. Die Differentialdiagnose der Polyneuropathie richtet sich nach dem zeitlichen Verlauf der Krankheit, dem betroffenen System und danach, ob primär die Axone oder die Markscheiden betroffen sind.
Für die Diagnosestellung einer Polyneuropathie werden Anamnese und klinischer Befund, elektrophysiologische Untersuchungen, Laboruntersuchungen, genetische Untersuchungen und die histopathologische Untersuchung herangezogen. Entscheidend für die Therapie ist es, die behandelbaren Polyneuropathien zu erkennen, hierunter u.a. die entzündlichen Formen. Die hierfür entnommene Suralisbiopsie ist wegen ihrer invasiven Natur erst dann indiziert, wenn die Differentialdiagnose mit nicht-invasiven Maßnahmen nicht geklärt werden kann, sich aber eine Behandlungskonsequenz erwarten lässt.
Die exakte Diagnose setzt bei einigen Polyneuropathien eine neuropathologische Diagnostik voraus. Die Nervenbiopsie muss optimal aufbereitet und ausgewertet werden. Hierfür stehen verschiedene Färbe- und Aufbereitungsmethoden zur Verfügung.
In dieser Arbeit wurde untersucht, ob anhand eines Schnellschnittes (d.h. Gefrier-Querschnitt des biopsierten Nerven mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt) bereits Hinweise auf entzündliche Infiltrate als Zeichen einer Neuritis und damit einer therapiebedürftigen und aber auch therapierbaren Neuropathie gefunden werden können.
Anhand eines vordefinierten Schemas wurden die Biopsate in verblindeter Weise von einem Laien und einem erfahrenem Untersucher histologisch begutachtet und den entzündlichen/nicht entzündlichen Diagnosegruppen zugeordnet. Es wurde untersucht, ob die entzündlichen Veränderungen im Hämatoxylin-Eosin-Gefrierschnitt so deutlich sind, dass auch ein Laienauswerter diese erkennen kann. Ebenso wurden die Untersuchungsergebnisse mittels Hämatoxylin-Eosin- Färbung an Gefrier- und Paraffinschnitten mit den Untersuchungsergebnissen mittels immunhistochemischer Färbemethoden verglichen. Des weiteren wurde untersucht, ob bei histologisch gesicherter Entzündung klinische Einflussfaktoren ermittelt werden können, die auf die neuropathologische Diagnostik Auswirkung haben.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sich die Hämatoxylin-Eosin-Färbung für eine erste und schnelle Diagnostik von entzündlichen Polyneuropathien als wertvoll erwies. Dies gilt für den erfahrenen und unerfahrenen Untersucher. Es zeigen sich keine klinischen Einflussfaktoren für die histopathologische Diagnosestellung. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass schon eine einfache Färbemethode wie die Hämatoxylin-Eosin-Färbung an Gefrier-und Paraffinschnitten bei Polyneuropathie unklarer Genese hilfreich bei einer differenzierten Diagnosefindung sein kann.
The role of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain using the model of B7-H1 knockout mice
(2017)
The impact of microRNA (miRNA) as key players in the regulation of immune and neuronal gene expression and their role as master switches in the pathophysiology of neuropathic pain is increasingly recognized. miR-21 is a promising candidate that could be linked to the immune and the nociceptive system. To further investigate the pathophysiological role of miR-21 in neuropathic pain, we assesed mice deficient of B7 homolog 1 (B7-H1 ko), a protein with suppressive effect on inflammatory responses.
B7-H1 ko mice and wildtype littermates (WT) of three different age-groups, young (8 weeks), middle-aged (6 months), and old (12 months) received a spared nerve injury (SNI). Thermal withdrawal latencies and mechanical withdrawal thresholds were determined. Further, we investigated anxiety-, depression-like and cognitive behavior. Quantitative real time PCR was used to determine miR-21 relative expression in peripheral nerves, dorsal root ganglia and white blood cells (WBC) at distinct time points after SNI.
Naïve B7-H1 ko mice showed mechanical hyposensitivity with increasing age. Young and middle-aged B7-H1 ko mice displayed lower mechanical withdrawal thresholds compared to WT mice. From day three after SNI both genotypes developed mechanical and heat hypersensitivity, without intergroup differences. As supported by the results of three behavioral tests, no relevant differences were found for anxiety-like behavior after SNI in B7-H1 ko and WT mice. Also, there was no indication of depression-like behavior after SNI or any effect of SNI on cognition in both genotypes. The injured nerves of B7-H1 ko and WT mice showed higher miR-21 expression and invasion of macrophages and T cells 7 days after SNI without intergroup differences. Perineurial miR-21 inhibitor injection reversed SNI-induced mechanical and heat hypersensitivity in old B7-H1 ko and WT mice.
This study reveals that reduced mechanical thresholds and heat withdrawal latencies are associated with miR-21 induction in the tibial and common peroneal nerve after SNI, which can be reversed by perineurial injection of a miR-21 inhibitor. Contrary to expectations, miR-21 expression levels were not higher in B7-H1 ko compared to WT mice. Thus, the B7-H1 ko mouse may be of minor importance for the study of miR-21 related pain. However, these results spot the contribution of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain and emphasize the crucial role of miRNA in the regulation of neuronal and immune circuits that contribute to neuropathic pain.
Die hereditäre Spinalparalyse SPG17 ist eine autosomal-dominant vererbte Motoneuronerkrankung, welche durch Mutationen im BSCL2 (Seipin) Gen verursacht wird. Klassischerweise äußert sich die Krankheit durch eine spastische Paraparese der Beine und Amyotrophie der Hände (Silver-Syndrom) oder eine vorwiegend periphere (senso-)motorische Neuropathie. Für die vorliegende Arbeit wurden insgesamt sieben Patienten aus vier verschiedenen Familien, bei denen heterozygote Mutationen im BSCL2 Gen nachgewiesen werden konnten, klinisch sowie elektrophysiologisch und molekulargenetisch untersucht. Es gelang hierbei zwei bisher unbekannte phänotypische Ausprägungen zu beschreiben, welche die Symptomatik und den Verlauf einer Multifokalen Motorischen Neuropathie (MMN) bzw. einer Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) imitieren und hiervon nur durch den genetischen Befund zu unterscheiden sind. Anhand dieser Ergebnisse erfolgte dann nach extensiver Literaturrecherche eine Zusammenfassung aller bisher publizierten Fälle der SPG17 und eine Einordnung der hier erstbeschriebenen Phänotypen in einen Vorschlag zur Erweiterung des bisher verwendeten Klassifikationssystems von BSCL 2 Mutationen.
Polyneuropathien sind eine ätiologisch heterogene Erkrankung des peripheren Nervensystems. In bis zu 30% der Fälle ist eine Zuordnung zu einem bestimmten PNP Subtyp auch nach aufwändiger und zum Teil invasiver Diagnostik nicht möglich. Bislang fehlt ein diagnostischer Biomarker bei PNP, der z.B. bei der Unterscheidung zwischen einzelnen diagnostischen Subgruppen oder entzündlichen und nicht-entzündlichen Erkrankungsformen helfen könnte. In einer prospektiven Studie mit insgesamt 97 Patienten mit Neuropathien verschiedenster Ätiologie und 17 gesunden Kontrollpersonen erstellten wir Genexpressionsprofile von inflammatorischen Markern und Markern der Regeneration peripherer Nerven in Haut- und N. suralis-Biopsaten. Es wurden Inflammationsmarker (TAC1, CRMP2, AIF1, IL-6) und Marker, die in die Regeneration peripherer Nerven involviert sind (SCD, Netrin-1, DCC, UNC5H2, NEO1, Netrin-G1, Netrin-G2), mittels qRT-PCR untersucht. Alle Patienten erhielten eine N. suralis-Biopsie und/oder eine Hautbiopsie von Ober- beziehungsweise Unterschenkel. Weder in den Haut- noch in den N. suralis-Biopsaten konnten Unterschiede in der Genexpression dieser Marker zwischen einzelnen diagnostischen Subgruppen gefunden werden. Der Inflammationsmarker AIF1 war jedoch in Patienten-Hautproben sowohl proximal als auch distal höher exprimiert als bei gesunden Kontrollpersonen (p < 0,05 bzw. p < 0,01). Zudem fand sich in den Hautproben von PNP-Patienten eine deutlich reduzierte Genexpression von Regenerationsmarkern aus der Netrin-Familie verglichen mit den Hautproben gesunder Probanden (Netrin-1, DCC, UNC5H2, NEO1 sowie Netrin-G1 und G2; p < 0,05 bis p < 0,001). Ferner wies Netrin-1 in distalen Hautproben bei Patienten mit einer entzündlichen PNP eine niedrigere Genexpression auf, als bei Patienten mit einer nicht-entzündlichen Erkrankungsform (p < 0,05). Die Genexpression von NEO1 in distalen Hautproben war bei schmerzloser PNP und gesunden Kontrollpersonen höher als bei schmerzhafter PNP (p < 0,05). Sowohl eine Erhöhung bestimmter Inflammationsmarker als auch eine Verminderung von Regenerationsmarkern peripherer Nerven können bei der Pathophysiologie von Polyneuropathien involviert sein. Insbesondere Mitglieder der Netrin-Familie scheinen eine komplexe Rolle für das Axonwachstum, jedoch auch für entzündliche Prozesse zu spielen.
Das ON-Freezing ist ein seltenes, aber generell extrem schwer zu therapierendes Phänomen. Es betrifft Parkinson-Patienten mit und ohne THS.
Die derzeitige Literaturlage spiegelt wider, dass es unterschiedliche Strategien gibt, diesem Phänomen zu begegnen. Ein allgemeingültiges Therapiekonzept existiert dabei nicht. Für einige Patienten mit STN-THS konnte durch eine Reduktion der Stimulationsfrequenz eine Besserung der Gangstörung erzielt werden. Andere profitierten vom Einsatz sogenannter Interleaving-Protokolle mit gleichzeitiger Stimulation der Substantia nigra (Sn).
Im Vergleich zu anderen Arbeiten, die keine vorhersagbaren Parameter gefunden oder sich auf Symptome, Ausprägung der Subtypen und Erkrankungsdauer oder
den Zeitpunkt der Erkrankung konzentriert haben, verfolgten wir die Absicht, die Effekte der LF-Stim des STN auf Parkinson-Patienten mit Gangstörung und Freezing-Phänomen zu untersuchen und herauszufinden, ob man Gangparameter identifizieren kann, an Hand derer man das Ansprechen auf eine LF-Stim vorhersagen kann.
Unter der Einschränkung, dass die Zahl der Probanden unserer Studie sehr gering ist, haben wir herausgefunden, dass diejenigen Patienten besser auf eine LF-Stim ansprechen, die unter der Standard-HF-Stim eine signifikant höhere Ganggeschwindigkeit und eine größere Schrittlänge aufzeigen und nur ein intermittierendes Freezing haben.
Darüber hinaus zeigte sich ein besseres Ansprechen der LF-Stim bei Parkinson-Patienten mit akinetisch-rigidem Parkinson-Phänotyp.
Unsere Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass sich L-Dopa additiv zur Stimulationstherapie bei manchen Parkinson-Patienten zusätzlich positiv auf die motorischen PD-Symptome auswirken kann. In Bezug auf die Verbesserung der Gangparameter zeigte sich in unseren Ergebnissen allerdings, dass L-Dopa eher eine untergeordnete Rolle spielt.
Aufgrund der niedrigen Anzahl von Respondern in unserer Studie lässt sich daher sicherlich noch keine allgemeingültige Regel ableiten. Es bedarf letztlich weiterer Studien mit größeren Untersuchungszahlen, um unsere Thesen zu stützen und abzusichern.
In jedem Fall wird aber das ON-Freezing auch weiterhin eine therapeutische Herausforderung bleiben.
Die Charcot-Marie-Tooth Typ 1 Erkrankungen sind eine genetisch heterogene Gruppe, aktuell nicht kurativ therapierbarer, erblicher Neuropathien des Peripheren Nervensystems. Klinische Manifestationen reichen von Sensibilitäts-störungen, verminderten Muskeleigenreflexen, sowie fortschreitenden Lähmungen, bis hin zu Muskelatrophie und bedeuten für die betroffenen Patienten eine starke Einschränkung der Lebensqualität. Anhand früherer Studien wurde Makrophagen, als Teil des angeborenen Immunsystems, eine entscheidende Rolle in der Pathogenese dreier CMT1-Unterformen zugeschrieben. Abgesehen von den morphologischen Manifestationen der demyelinisierenden CMT1-Erkrankungen, wie simultanes Auftreten von Dedifferenzierung, sowie Hypo-, und Demyelinisierung erkrankter Schwann-Zellen, sind pathologische Veränderungen der Domänengliederung der Ranvier’schen Schnürringe betroffener Nervenfasern ebenfalls von der Aktivierung pathogener Makrophagen abhängig.
Auf der Basis verschiedener veröffentlichter Studien, welche sowohl demyelinisierende Erkrankungen des ZNS, aber auch primär durch axonale Schäden gekennzeichnete Erkrankungen des PNS beinhalten, besteht ein möglicher räumlicher Zusammenhang zwischen Architekturstörungen der RS und aktivierten pathogenen Mikrogliazellen bzw. Makrophagen.
In dieser Studie konnte, anhand morphologischer Analysen von peripherem Nervengewebe, in Wt-Mäusen erstmals eine unerwartete präferentielle Lokalisation von Makrophagen im räumlichen Umfeld von RS beobachtet werden. Hierbei scheint, trotz des Fehlens einer direkten Zell-Zell-Interaktion zwischen Makrophagen und RS, vor allem im Hinblick auf die ebenfalls im räumlichen Umfeld von RS nachweisbare EZM und Fibroblasten, eine funktionelle Relevanz der assoziierten Makrophagen für die Aufrechterhaltung der Domänengliederung bzw. elektrophysiologischen Eigenschaften myelinisierter peripherer Nervenfasern denkbar.
Im Gegensatz dazu wurde trotz der signifikanten Zunahme der Makrophagenanzahlen in den drei untersuchten CMT1-Mausmodellen keine erhöhte räumliche Assoziation mit den RS der mutierten Schwann-Zellen beobachtet. Vielmehr konnten anhand des Vergleiches mit wildtypischen Kontrollmäusen signifikant erniedrigte Assoziationsraten beider Strukturen in den CMT1-Modelltieren festgestellt werden. Folglich scheint die von der Einwanderung und Aktivierung pathogener Makrophagen abhängige Störung der Domänengliederung der RS der mutierten Schwann-Zellen, nicht durch eine direkte Interaktion bzw. räumliche Assoziation von Makrophagen mit RS ausgelöst zu werden.
Background:
Standard echocardiography (SE) is an essential part of the routine diagnostic work-up after ischemic stroke (IS) and also serves for research purposes. However, access to SE is often limited. We aimed to assess feasibility and accuracy of point-of-care (POC) echocardiography in a stroke unit (SU) setting.
Methods:
IS patients were recruited on the SU of the University Hospital Würzburg, Germany. Two SU team members were trained in POC echocardiography for a three-month period to assess a set of predefined cardiac parameters including left ventricular ejection fraction (LVEF). Diagnostic agreement was assessed by comparing POC with SE executed by an expert sonographer, and intraclass correlation coefficient (ICC) or kappa (κ) with 95% confidence intervals (95% CI) were calculated.
Results:
In the 78 patients receiving both POC and SE agreement for cardiac parameters was good, with ICC varying from 0.82 (95% CI 0.71–0.89) to 0.93 (95% CI 0.87–0.96), and κ from 0.39 (−95% CI 0.14–0.92) to 0.79 (95% CI 0.67–0.91). Detection of systolic dysfunction with POC echocardiography compared to SE was very good, with an area under the curve of 0.99 (0.96–1.00). Interrater agreement for LVEF measured by POC echocardiography was good with κ 0.63 (95% CI 0.40–0.85).
Conclusions:
POC echocardiography in a SU setting is feasible enabling reliable quantification of LVEF and preliminary assessment of selected cardiac parameters that might be used for research purposes. Its potential clinical utility in triaging stroke patients who should undergo or do not necessarily require SE needs to be investigated in larger prospective diagnostic studies.
Objective: Perception of time as well as rhythm in musical structures rely on complex brain mechanisms and require an extended network of multiple neural sources. They are therefore sensitive to impairment. Several psychophysical studies have shown that patients with Parkinson's disease (PD) have deficits in perceiving time and rhythms due to a malfunction of the basal ganglia (BG) network.
Method: In this study we investigated the time perception of PD patients during music perception by assessing their just noticeable difference (JND) in the time perception of a complex musical Gestalt. We applied a temporal discrimination task using a short melody with a clear beat-based rhythm. Among the subjects, 26 patients under L-Dopa administration and 21 age-matched controls had to detect an artificially delayed time interval in the range between 80 and 300 ms in the middle of the musical period. We analyzed the data by (a) calculating the detection threshold directly, (b) by extrapolating the JNDs, (c) relating it to musical expertise.
Results: Patients differed from controls in the detection of time-intervals between 220 and 300 ms (*p = 0.0200, n = 47). Furthermore, this deficit depended on the severity of the disease (*p = 0.0452; n = 47). Surprisingly, PD patients did not show any deficit of their JND compared to healthy controls, although the results showed a trend (*p = 0.0565, n = 40). Furthermore, no significant difference of the JND was found according to the severity of the disease. Additionally, musically trained persons seemed to have lower thresholds in detecting deviations in time and syntactic structures of music (*p = 0.0343, n = 39).
Conclusion: As an explanation of these results, we would like to propose the hypothesis of a time-syntax-congruency in music perception suggesting that processing of time and rhythm is a Gestalt process and that cortical areas involved in processing of musical syntax may compensate for impaired BG circuits that are responsible for time processing and rhythm perception. This mechanism may emerge more strongly as the deficits in time processing and rhythm perception progress. Furthermore, we presume that top-down-bottom-up-processes interfere additionally and interact in this context of compensation.
α-Synuclein is a protein implicated in the etiopathogenesis of Parkinson’s disease (PD). AAV1/2-driven overexpression of human mutated A53T-α-synuclein in rat and monkey substantia nigra (SN) induces degeneration of nigral dopaminergic neurons and decreases striatal dopamine and tyrosine hydroxylase (TH). Given certain advantages of the mouse, especially it being amendable to genetic manipulation, translating the AAV1/2-A53T α-synuclein model to mice would be of significant value. AAV1/2-A53T α-synuclein or AAV1/2 empty vector (EV) at a concentration of 5.16 x 10\(^{12}\) gp/ml were unilaterally injected into the right SN of male adult C57BL/6 mice. Post-mortem examinations included immunohistochemistry to analyze nigral α-synuclein, Ser129 phosphorylated α-synuclein and TH expression, striatal dopamine transporter (DAT) levels by autoradiography and dopamine levels by high performance liquid chromatography. At 10 weeks, in AAV1/2-A53T α-synuclein mice there was a 33% reduction in TH+ dopaminergic nigral neurons (P < 0.001), 29% deficit in striatal DAT binding (P < 0.05), 38% and 33% reductions in dopamine (P < 0.001) and DOPAC (P < 0.01) levels and a 60% increase in dopamine turnover (homovanilic acid/dopamine ratio; P < 0.001). Immunofluorescence showed that the AAV1/2-A53T α-synuclein injected mice had widespread nigral and striatal expression of vector-delivered A53T-α-synuclein. Concurrent staining with human PD SN samples using gold standard histological methodology for Lewy pathology detection by proteinase K digestion and application of specific antibody raised against human Lewy body α-synuclein (LB509) and Ser129 phosphorylated α-synuclein (81A) revealed insoluble α-synuclein aggregates in AAV1/2-A53T α-synuclein mice resembling Lewy-like neurites and bodies. In the cylinder test, we observed significant paw use asymmetry in the AAV1/2-A53T α-synuclein group when compared to EV controls at 5 and 9 weeks post injection (P < 0.001; P < 0.05). These data show that unilateral injection of AAV1/2-A53T α-synuclein into the mouse SN leads to persistent motor deficits, neurodegeneration of the nigrostriatal dopaminergic system and development of Lewy-like pathology, thereby reflecting clinical and pathological hallmarks of human PD.
Background:
Traumatic brain injury (TBI) is a devastating neurological condition and a frequent cause of permanent disability. Posttraumatic inflammation and brain edema formation, two pathological key events contributing to secondary brain injury, are mediated by the contact-kinin system. Activation of this pathway in the plasma is triggered by activated factor XII. Hence, we set out to study in detail the influence of activated factor XII on the abovementioned pathophysiological features of TBI.
Methods:
Using a cortical cryogenic lesion model in mice, we investigated the impact of genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII with a single bolus injection of recombinant human albumin-fused Infestin-4 on the release of bradykinin, the brain lesion size, and contact-kinin system-dependent pathological events. We determined protein levels of bradykinin, intracellular adhesion molecule-1, CC-chemokine ligand 2, and interleukin-1β by enzyme-linked immunosorbent assays and mRNA levels of genes related to inflammation by quantitative real-time PCR. Brain lesion size was determined by tetrazolium chloride staining. Furthermore, protein levels of the tight junction protein occludin, integrity of the blood-brain barrier, and brain water content were assessed by Western blot analysis, extravasated Evans Blue dye, and the wet weight-dry weight method, respectively. Infiltration of neutrophils and microglia/activated macrophages into the injured brain lesions was quantified by immunohistological stainings.
Results:
We show that both genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII in mice diminish brain injury-induced bradykinin release by the contact-kinin system and minimize brain lesion size, blood-brain barrier leakage, brain edema formation, and inflammation in our brain injury model.
Conclusions:
Stimulation of bradykinin release by activated factor XII probably plays a prominent role in expanding secondary brain damage by promoting brain edema formation and inflammation. Pharmacological blocking of activated factor XII could be a useful therapeutic principle in the treatment of TBI-associated pathologic processes by alleviating posttraumatic inflammation and brain edema formation.
Background
While hypercholesterolemia plays a causative role for the development of ischemic stroke in large vessels, its significance for cerebral small vessel disease (CSVD) remains unclear. We thus aimed to understand the detailed relationship between hypercholesterolemia and CSVD using the well described Ldlr\(^{−/-}\) mouse model.
Methods
We used Ldlr\(^{−/-}\) mice (n = 16) and wild-type (WT) mice (n = 15) at the age of 6 and 12 months. Ldlr\(^{−/-}\) mice develop high plasma cholesterol levels following a high fat diet. We analyzed cerebral capillaries and arterioles for intravascular erythrocyte accumulations, thrombotic vessel occlusions, blood-brain barrier (BBB) dysfunction and microbleeds.
Results
We found a significant increase in the number of erythrocyte stases in 6 months old Ldlr\(^{−/-}\) mice compared to all other groups (P < 0.05). Ldlr\(^{−/-}\) animals aged 12 months showed the highest number of thrombotic occlusions while in WT animals hardly any occlusions could be observed (P < 0.001). Compared to WT mice, Ldlr\(^{−/-}\) mice did not display significant gray matter BBB breakdown. Microhemorrhages were observed in one Ldlr\(^{−/-}\) mouse that was 6 months old. Results did not differ when considering subcortical and cortical regions.
Conclusions
In Ldlr\(^{−/-}\) mice, hypercholesterolemia is related to a thrombotic CSVD phenotype, which is different from hypertension-related CSVD that associates with a hemorrhagic CSVD phenotype. Our data demonstrate a relationship between hypercholesterolemia and the development of CSVD. Ldlr\(^{−/-}\) mice appear to be an adequate animal model for research into CSVD.
Affective and cognitive behavior in the alpha-galactosidase A deficient mouse model of Fabry disease
(2017)
Fabry disease is an X-linked inherited lysosomal storage disorder with intracellular accumulation of globotriaosylceramide (Gb3) due to α-galactosidase A (α-Gal A) deficiency. Fabry patients frequently report of anxiety, depression, and impaired cognitive function. We characterized affective and cognitive phenotype of male mice with α-Gal A deficiency (Fabry KO) and compared results with those of age-matched male wildtype (WT) littermates. Young (3 months) and old (≥ 18 months) mice were tested in the naïve state and after i.pl. injection of complete Freund`s adjuvant (CFA) as an inflammatory pain model. We used the elevated plus maze (EPM), the light-dark box (LDB) and the open field test (OF) to investigate anxiety-like behavior. The forced swim test (FST) and Morris water maze (MWM) were applied to assess depressive-like and learning behavior. The EPM test revealed no intergroup difference for anxiety-like behavior in naïve young and old Fabry KO mice compared to WT littermates, except for longer time spent in open arms of the EPM for young WT mice compared to young Fabry KO mice (p<0.05). After CFA injection, young Fabry KO mice showed increased anxiety-like behavior compared to young WT littermates (p<0.05) and naïve young Fabry KO mice (p<0.05) in the EPM as reflected by shorter time spent in EPM open arms. There were no relevant differences in the LDB and the OF test, except for longer time spent in the center zone of the OF by young WT mice compared to young Fabry KO mice (p<0.05). Complementary to this, depression-like and learning behavior were not different between genotypes and age-groups, except for the expectedly lower memory performance in older age-groups compared to young mice. Our results indicate that genetic influences on affective and cognitive symptoms in FD may be of subordinate relevance, drawing attention to potential influences of environmental and epigenetic factors.
Background:
Ischemic stroke causes a strong inflammatory response that includes T cells, monocytes/macrophages, and neutrophils. Interaction of these immune cells with platelets and endothelial cells facilitates microvascular dysfunction and leads to secondary infarct growth. We recently showed that blocking of platelet glycoprotein (GP) receptor Ib improves stroke outcome without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. Until now, it has been unclear whether GPIb only mediates thrombus formation or also contributes to the pathophysiology of local inflammation.
Methods:
Focal cerebral ischemia was induced in C57BL/6 mice by a 60-min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Animals were treated with antigen-binding fragments (Fab) against the platelet surface molecules GPIb (p0p/B Fab). Rat immunoglobulin G (IgG) Fab was used as control treatment. Stroke outcome, including infarct size and functional deficits as well as the local inflammatory response, was assessed on day 1 after tMCAO.
Results:
Blocking of GPIb reduced stroke size and improved functional outcome on day 1 after tMCAO without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. As expected, disruption of GPIb-mediated pathways in platelets significantly reduced thrombus burden in the cerebral microvasculature. In addition, inhibition of GPIb limited the local inflammatory response in the ischemic brain as indicated by lower numbers of infiltrating T cells and macrophages and lower expression levels of inflammatory cytokines compared with rat IgG Fab-treated controls.
Conclusion:
In acute ischemic stroke, thrombus formation and inflammation are closely intertwined (“thrombo-inflammation”). Blocking of platelet GPIb can ameliorate thrombo-inflammation.
Niemann–Pick type C disease (NP-C) presents with heterogeneous neurological and psychiatric symptoms. Adult onset is rare and possibly underdiagnosed due to frequent lack of specific and obvious key symptoms. For both early and adolescent/adult onset, the available data from studies and case reports describe a positive effect of Miglustat (symptom relief or stabilization). However, due to the low frequency of NP-C, experience with this therapy is still limited. We describe two adult-onset cases of NP-C. In both cases, vertical supranuclear gaze palsy was not recognized at symptom onset. Correct diagnosis was delayed from onset of symptoms by more than 10 years. The video demonstrates the broad spectrum of symptoms in later stages of the disease. Compared with published data, the treatment outcome observed in our cases after delayed initiation of Miglustat therapy was disappointing, with continuing disease progression in both cases. Thus, early treatment initiation could be necessary to achieve a good symptomatic effect. Hence, early biochemical testing for NP-C should be considered in patients suffering from atypical neurological/neuropsychological and psychiatric symptoms, even in cases of uncertainty.
Juvenile neuronal ceroid lipofuscinosis (JNCL or Batten disease) caused by mutations in the CLN3 gene is the most prevalent inherited neurodegenerative disease in childhood resulting in widespread central nervous system dysfunction and premature death. The consequences of CLN3 mutation on the progression of the disease, on neuronal transmission, and on central nervous network dysfunction are poorly understood. We used Cln3 knockout (Cln3\(^{Δex1-6}\)) mice and found increased anxiety-related behavior and impaired aversive learning as well as markedly affected motor function including disordered coordination. Patch-clamp and loose-patch recordings revealed severely affected inhibitory and excitatory synaptic transmission in the amygdala, hippocampus, and cerebellar networks. Changes in presynaptic release properties may result from dysfunction of CLN3 protein. Furthermore, loss of calbindin, neuropeptide Y, parvalbumin, and GAD65-positive interneurons in central networks collectively support the hypothesis that degeneration of GABAergic interneurons may be the cause of supraspinal GABAergic disinhibition.
Differential effects of FTY720 on the B cell compartment in a mouse model of multiple sclerosis.
(2017)
Background:
MP4-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a mouse model of multiple sclerosis (MS), which enables targeted research on B cells, currently much discussed protagonists in MS pathogenesis. Here, we used this model to study the impact of the S1P1 receptor modulator FTY720 (fingolimod) on the autoreactive B cell and antibody response both in the periphery and the central nervous system (CNS).
Methods:
MP4-immunized mice were treated orally with FTY720 for 30 days at the peak of disease or 50 days after EAE onset. The subsequent disease course was monitored and the MP4-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. RNA sequencing was performed to determine any effects on B cell-relevant gene expression. S1P\(_{1}\) receptor expression by peripheral T and B cells, B cell subset distribution in the spleen and B cell infiltration into the CNS were studied by flow cytometry. The formation of B cell aggregates and of tertiary lymphoid organs (TLOs) was evaluated by histology and immunohistochemistry. Potential direct effects of FTY720 on B cell aggregation were studied in vitro.
Results:
FTY720 significantly attenuated clinical EAE when treatment was initiated at the peak of EAE. While there was a significant reduction in the number of T cells in the blood after FTY720 treatment, B cells were only slightly diminished. Yet, there was evidence for the modulation of B cell receptor-mediated signaling upon FTY720 treatment. In addition, we detected a significant increase in the percentage of B220\(^{+}\) B cells in the spleen both in acute and chronic EAE. Whereas acute treatment completely abrogated B cell aggregate formation in the CNS, the numbers of infiltrating B cells and plasma cells were comparable between vehicle- and FTY720-treated mice. In addition, there was no effect on already developed aggregates in chronic EAE. In vitro B cell aggregation assays suggested the absence of a direct effect of FTY720 on B cell aggregation. However, FTY720 impacted the evolution of B cell aggregates into TLOs.
Conclusions:
The data suggest differential effects of FTY720 on the B cell compartment in MP4-induced EAE.
Autophagy-mediated degradation of synaptic components maintains synaptic homeostasis but also constitutes a mechanism of neurodegeneration. It is unclear how autophagy of synaptic vesicles and components of presynaptic active zones is regulated. Here, we show that Pleckstrin homology containing family member 5 (Plekhg5) modulates autophagy of synaptic vesicles in axon terminals of motoneurons via its function as a guanine exchange factor for Rab26, a small GTPase that specifically directs synaptic vesicles to preautophagosomal structures. Plekhg5 gene inactivation in mice results in a late-onset motoneuron disease, characterized by degeneration of axon terminals. Plekhg5-depleted cultured motoneurons show defective axon growth and impaired autophagy of synaptic vesicles, which can be rescued by constitutively active Rab26. These findings define a mechanism for regulating autophagy in neurons that specifically targets synaptic vesicles. Disruption of this mechanism may contribute to the pathophysiology of several forms of motoneuron disease.
MicroRNAs (miRNAs) are increasingly recognized as regulators of immune and neuronal gene expression and are potential master switches in neuropathic pain pathophysiology. miR-21 is a promising candidate that may link the immune and the pain system. To investigate the pathophysiological role of miR-21 in neuropathic pain, we assessed mice deficient of B7 homolog 1 (B7-H1), a major inhibitor of inflammatory responses. In previous studies, an upregulation of miR-21 had been shown in mouse lymphocytes. Young (8 weeks), middle-aged (6 months), and old (12 months) B7-H1 ko mice and wildtype littermates (WT) received a spared nerve injury (SNI). We assessed thermal withdrawal latencies and mechanical withdrawal thresholds. Further, we performed tests for anxiety-like and cognitive behavior. Quantitative real time PCR was used to determine miR-21 relative expression in peripheral nerves, and dorsal root ganglia (DRG) at distinct time points after SNI. We found mechanical hyposensitivity with increasing age of naïve B7-H1 ko mice. Young and middle-aged B7-H1 ko mice were more sensitive to mechanical stimuli compared to WT mice (young: p < 0.01, middle-aged: p < 0.05). Both genotypes developed mechanical and heat hypersensitivity (p < 0.05) after SNI, without intergroup differences. No relevant differences were found after SNI in three tests for anxiety like behavior in B7-H1 ko and WT mice. Also, SNI had no effect on cognition. B7-H1 ko and WT mice showed a higher miR-21 expression (p < 0.05) and invasion of macrophages and T cells in the injured nerve 7 days after SNI without intergroup differences. Our study reveals that increased miR-21 expression in peripheral nerves after SNI is associated with reduced mechanical and heat withdrawal thresholds. These results point to a role of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain, while affective behavior and cognition seem to be spared. Contrary to expectations, B7-H1 ko mice did not show higher miR-21 expression than WT mice, thus, a B7-H1 knockout may be of limited relevance for the study of miR-21 related pain.
The aim of the study was to record movement-related single unit activity (SUA) in the human subthalamic nucleus (STN) during a standardized motor task of the upper limb. We performed microrecordings from the motor region of the human STN and registered kinematic data in 12 patients with Parkinson’s disease (PD) undergoing deep brain stimulation surgery (seven women, mean age 62.0 ± 4.7 years) while they intraoperatively performed visually cued reach-to-grasp movements using a grip device. SUA was analyzed offline in relation to different aspects of the movement (attention, start of the movement, movement velocity, button press) in terms of firing frequency, firing pattern, and oscillation. During the reach-to-grasp movement, 75/114 isolated subthalamic neurons exhibited movement-related activity changes. The largest proportion of single units showed modulation of firing frequency during several phases of the reach and grasp (polymodal neurons, 45/114), particularly an increase of firing rate during the reaching phase of the movement, which often correlated with movement velocity. The firing pattern (bursting, irregular, or tonic) remained unchanged during movement compared to rest. Oscillatory single unit firing activity (predominantly in the theta and beta frequency) decreased with movement onset, irrespective of oscillation frequency. This study shows for the first time specific, task-related, SUA changes during the reach-to-grasp movement in humans.
Fullerenols, water-soluble C60-fullerene derivatives, have been shown to exert neuroprotective effects in vitro and in vivo, most likely due to their capability to scavenge free radicals. However, little is known about the effects of fullerenols on the blood–brain barrier (BBB), especially on cerebral endothelial cells under inflammatory conditions. Here, we investigated whether the treatment of primary mouse brain microvascular endothelial cells with fullerenols impacts basal and inflammatory blood–brain barrier (BBB) properties in vitro. While fullerenols (1, 10, and 100 µg/mL) did not change transendothelial electrical resistance under basal and inflammatory conditions, 100 µg/mL of fullerenol significantly reduced erk1/2 activation and resulted in an activation of NFκB in an inflammatory milieu. Our findings suggest that fullerenols might counteract oxidative stress via the erk1/2 and NFκB pathways, and thus are able to protect microvascular endothelial cells under inflammatory conditions.
Background:
Clinical reasoning in Neurology is based on general associations which help to deduce the site of the lesion. However, even “golden principles” may occasionally be deceptive. Here, we describe the case of subacute flaccid tetraparesis due to motor cortical lesions. To our knowledge, this is the first report to include an impressive illustration of nearly symmetric motor cortical involvement of encephalitis on brain MRI.
Case presentation:
A 51 year old immunocompromized man developed a high-grade pure motor flaccid tetraparesis over few days. Based on clinical presentation, critical illness polyneuromyopathy was suspected. However, brain MRI revealed symmetrical hyperintensities strictly limited to the subcortical precentral gyrus. An encephalitis, possibly due to CMV infection, turned out to be the most likely cause.
Conclusion:
While recognition of basic clinical patterns is indispensable in neurological reasoning, awareness of central conditions mimicking peripheral nervous disease may be crucial to detect unsuspected, potentially treatable conditions.
Background
Lymphocytes have been shown to play an important role in the pathophysiology of acute ischemic stroke, but the properties of B cells remain controversial. The aim of this study was to unravel the role of B cells during acute cerebral ischemia using pharmacologic B cell depletion, B cell transgenic mice, and adoptive B cell transfer experiments.
Methods
Transient middle cerebral artery occlusion (60 min) was induced in wild-type mice treated with an anti-CD20 antibody 24 h before stroke onset, JHD\(^{−/−}\) mice and Rag1\(^{−/−}\) mice 24 h after adoptive B cell transfer. Stroke outcome was assessed at days 1 and 3. Infarct volumes were calculated from 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC)-stained brain sections, and neurological scores were evaluated. The local inflammatory response was determined by real-time PCR and immunohistochemistry. Apoptosis was analyzed by TUNEL staining, and astrocyte activation was revealed using immunohistochemistry and Western blot.
Results
Pharmacologic depletion of B cells did not influence infarct volumes and functional outcome at day 1 after stroke. Additionally, lack of circulating B cells in JHD\(^{−/−}\) mice also failed to influence stroke outcome at days 1 and 3. Furthermore, reconstitution of Rag1\(^{−/−}\) mice with B cells had no influence on infarct volumes.
Conclusion
Targeting B cells in experimental stroke did not influence lesion volume and functional outcome during the acute phase. Our findings argue against a major pathophysiologic role of B cells during acute ischemic stroke.
Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder in which the major pathologic substrate is a loss of dopaminergic neurons from the substantia nigra. Our main objective was to determine the correspondence between changes in the substantia nigra, evident in neuromelanin and iron sensitive magnetic resonance imaging (MRI), and dopaminergic striatal innervation loss in patients with PD. Eighteen patients and 18 healthy control subjects were included in the study. Using neuromelanin-MRI, we measured the volume of the substantia nigra and the contrast-to-noise-ratio between substantia nigra and a background region. The apparent transverse relaxation rate and magnetic susceptibility of the substantia nigra were calculated from dual-echo MRI. Striatal dopaminergic innervation was measured as density of dopamine transporter (DAT) by means of single-photon emission computed tomography and [123I] N-ω-fluoropropyl-2b-carbomethoxy-3b-(4-iodophenyl) tropane. Patients showed a reduced volume of the substantia nigra and contrast-to-noise-ratio and both positively correlated with the corresponding striatal DAT density. The apparent transverse relaxation rate and magnetic susceptibility values of the substantia nigra did not differ between patients and healthy controls. The best predictor of DAT reduction was the volume of the substantia nigra. Clinical and imaging correlations were also investigated for the locus coeruleus. Our results suggest that neuromelanin-MRI can be used for quantifying substantia nigra pathology in PD where it closely correlates with dopaminergic striatal innervation loss. Longitudinal studies should further explore the role of Neuromelanin-MRI as an imaging biomarker of PD, especially for subjects at risk of developing the disease.
Background
A subset of patients with neuromyelitis optica spectrum disorders (NMOSD) has been shown to be seropositive for myelin oligodendrocyte glycoprotein antibodies (MOG-IgG).
Objective
To describe the epidemiological, clinical, radiological, cerebrospinal fluid (CSF), and electrophysiological features of a large cohort of MOG-IgG-positive patients with optic neuritis (ON) and/or myelitis (n = 50) as well as attack and long-term treatment outcomes.
Methods
Retrospective multicenter study.
Results
The sex ratio was 1:2.8 (m:f). Median age at onset was 31 years (range 6-70). The disease followed a multiphasic course in 80% (median time-to-first-relapse 5 months; annualized relapse rate 0.92) and resulted in significant disability in 40% (mean follow-up 75 ± 46.5 months), with severe visual impairment or functional blindness (36%) and markedly impaired ambulation due to paresis or ataxia (25%) as the most common long-term sequelae. Functional blindness in one or both eyes was noted during at least one ON attack in around 70%. Perioptic enhancement was present in several patients. Besides acute tetra-/paraparesis, dysesthesia and pain were common in acute myelitis (70%). Longitudinally extensive spinal cord lesions were frequent, but short lesions occurred at least once in 44%. Fourty-one percent had a history of simultaneous ON and myelitis. Clinical or radiological involvement of the brain, brainstem, or cerebellum was present in 50%; extra-opticospinal symptoms included intractable nausea and vomiting and respiratory insufficiency (fatal in one). CSF pleocytosis (partly neutrophilic) was present in 70%, oligoclonal bands in only 13%, and blood-CSF-barrier dysfunction in 32%. Intravenous methylprednisolone (IVMP) and long-term immunosuppression were often effective; however, treatment failure leading to rapid accumulation of disability was noted in many patients as well as flare-ups after steroid withdrawal. Full recovery was achieved by plasma exchange in some cases, including after IVMP failure. Breakthrough attacks under azathioprine were linked to the drug-specific latency period and a lack of cotreatment with oral steroids. Methotrexate was effective in 5/6 patients. Interferon-beta was associated with ongoing or increasing disease activity. Rituximab and ofatumumab were effective in some patients. However, treatment with rituximab was followed by early relapses in several cases; end-of-dose relapses occurred 9-12 months after the first infusion. Coexisting autoimmunity was rare (9%). Wingerchuk’s 2006 and 2015 criteria for NMO(SD) and Barkhof and McDonald criteria for multiple sclerosis (MS) were met by 28%, 32%, 15%, 33%, respectively; MS had been suspected in 36%. Disease onset or relapses were preceded by infection, vaccination, or pregnancy/delivery in several cases.
Conclusion
Our findings from a predominantly Caucasian cohort strongly argue against the concept of MOG-IgG denoting a mild and usually monophasic variant of NMOSD. The predominantly relapsing and often severe disease course and the short median time to second attack support the use of prophylactic long-term treatments in patients with MOG-IgG-positive ON and/or myelitis.
Background
Antibodies to myelin oligodendrocyte glycoprotein (MOG-IgG) have been suggested to play a role in a subset of patients with neuromyelitis optica and related disorders.
Objective
To assess (i) the frequency of MOG-IgG in a large and predominantly Caucasian cohort of patients with optic neuritis (ON) and/or myelitis; (ii) the frequency of MOG-IgG among AQP4-IgG-positive patients and vice versa; (iii) the origin and frequency of MOG-IgG in the cerebrospinal fluid (CSF); (iv) the presence of MOG-IgG at disease onset; and (v) the influence of disease activity and treatment status on MOG-IgG titers.
Methods
614 serum samples from patients with ON and/or myelitis and from controls, including 92 follow-up samples from 55 subjects, and 18 CSF samples were tested for MOG-IgG using a live cell-based assay (CBA) employing full-length human MOG-transfected HEK293A cells.
Results
MOG-IgG was detected in 95 sera from 50 patients with ON and/or myelitis, including 22/54 (40.7%) patients with a history of both ON and myelitis, 22/103 (21.4%) with a history of ON but no myelitis and 6/45 (13.3%) with a history of longitudinally extensive transverse myelitis but no ON, and in 1 control patient with encephalitis and a connective tissue disorder, all of whom were negative for AQP4-IgG. MOG-IgG was absent in 221 further controls, including 83 patients with AQP4-IgG-seropositive neuromyelitis optica spectrum disorders and 85 with multiple sclerosis (MS). MOG-IgG was found in 12/18 (67%) CSF samples from MOG-IgG-seropositive patients; the MOG-IgG-specific antibody index was negative in all cases, indicating a predominantly peripheral origin of CSF MOG-IgG. Serum and CSF MOG-IgG belonged to the complement-activating IgG1 subclass. MOG-IgG was present already at disease onset. The antibodies remained detectable in 40/45 (89%) follow-up samples obtained over a median period of 16.5 months (range 0–123). Serum titers were higher during attacks than during remission (p < 0.0001), highest during attacks of simultaneous myelitis and ON, lowest during acute isolated ON, and declined following treatment.
Conclusions
To date, this is the largest cohort studied for IgG to human full-length MOG by means of an up-to-date CBA. MOG-IgG is present in a substantial subset of patients with ON and/or myelitis, but not in classical MS. Co-existence of MOG-IgG and AQP4-IgG is highly uncommon. CSF MOG-IgG is of extrathecal origin. Serum MOG-IgG is present already at disease onset and remains detectable in the long-term course. Serum titers depend on disease activity and treatment status.
Cervical dystonia (CD) is a movement disorder which affects daily living of many patients. In clinical practice, several unmet treatment needs remain open. This article focuses on the four main aspects of treatment. We describe existing and emerging treatment approaches for CD, including botulinum toxin injections, surgical therapy, management of non-motor symptoms, and rehabilitation strategies. The unsolved issues regarding each of these treatments are identified and discussed, and possible future approaches and research lines are proposed.
Fabry disease is an X-linked lysosomal storage disorder due to impaired activity of alpha-galactosidase A with intracellular accumulation of globotriaosylceramide. Associated small fiber pathology leads to characteristic pain in Fabry disease. We systematically assessed sensory system, physical activity, metabolic parameters, and morphology of male and female mice with alpha-galactosidase A deficiency (Fabry ko) from 2 to 27 months of age and compared results with those of age- and gender-matched wild-type littermates of C57Bl/6J background. Results From the age of two months, male and female Fabry mice showed mechanical hypersensitivity (p < 0.001 each) compared to wild-type littermates. Young Fabry ko mice of both genders were hypersensitive to heat stimulation (p < 0.01) and developed heat hyposensitivity with aging (p < 0.05), while cold hyposensitivity was present constantly in young (p < 0.01) and old (p < 0.05) Fabry ko mice compared to wild-type littermates. Stride angle increased only in male Fabry ko mice with aging (p < 0.01) in comparison to wild-type littermates. Except for young female mice, male (p < 0.05) and female (p < 0.01) Fabry ko mice had a higher body weight than wild-type littermates. Old male Fabry ko mice were physically less active than their wild-type littermates (p < 0.05), had lower chow intake (p < 0.001), and lost more weight (p < 0.001) in a one-week treadmill experiment than wild-type littermates. Also, Fabry ko mice showed spontaneous pain protective behavior and developed orofacial dysmorphism resembling patients with Fabry disease.
Conclusions. Mice with alpha-galactosidase A deficiency show age-dependent and distinct deficits of the sensory system. alpha-galactosidase A-deficient mice seem to model human Fabry disease and may be helpful when studying the pathophysiology of Fabry-associated pain.
Background
Mobile 3D fluoroscopes have become increasingly available in neurosurgical operating rooms. In this series, the image quality and value of intraoperative 3D fluoroscopy with intravenous contrast agent for the evaluation of aneurysm occlusion and vessel patency after clip placement was assessed in patients who underwent surgery for intracranial aneurysms.
Materials and methods
Twelve patients were included in this retrospective analysis. Prior to surgery, a 360° rotational fluoroscopy scan was performed without contrast agent followed by another scan with 50 ml of intravenous iodine contrast agent. The image files of both scans were transferred to an Apple PowerMac® workstation, subtracted and reconstructed using OsiriX® free software. The procedure was repeated after clip placement. Both image sets were compared for assessment of aneurysm occlusion and vessel patency.
Results
Image acquisition and contrast administration caused no adverse effects. Image quality was sufficient to follow the patency of the vessels distal to the clip. Metal artifacts reduce the assessability of the immediate vicinity of the clip. Precise image subtraction and post-processing can reduce metal artifacts and make the clip-site assessable and depict larger neck-remnants.
Conclusion
This technique quickly supplies images at adequate quality to evaluate distal vessel patency after aneurysm clipping. Significant aneurysm remnants may be depicted as well. As it does not require visual control of all vessels that are supposed to be evaluated intraoperatively, this technique may be complementary to other intraoperative tools like indocyanine green videoangiography and micro-Doppler, especially for the assessment of larger aneurysms. At the momentary state of this technology, it cannot replace postoperative conventional angiography. However, 3D fluoroscopy and image post-processing are young technologies. Further technical developments are likely to result in improved image quality.
Background
Serotonin (5-hydroxytryptamin, 5-HT) is an indolamine platelet agonist, biochemically derived from tryptophan. 5-HT is secreted from the enterochromaffin cells into the gastrointestinal tract and blood. Blood 5-HT has been proposed to regulate hemostasis by acting as a vasoconstrictor and by triggering platelet signaling through 5-HT receptor 2A (5HTR2A). Although platelets do not synthetize 5-HT, they take 5-HT up from the blood and store it in their dense granules which are secreted upon platelet activation.
Objective
To identify the molecular composite of the 5-HT uptake system in platelets and elucidate the role of platelet released 5-HT in thrombosis and ischemic stroke. Methods: 5-HT transporter knockout mice (5Htt\(^{-/-}\)) were analyzed in different in vitro and in vivo assays and in a model of ischemic stroke.
Results
In 5Htt\(^{-/-}\) platelets, 5-HT uptake from the blood was completely abolished and agonist-induced Ca2+ influx through store operated Ca\(^{2+}\) entry (SOCE), integrin activation, degranulation and aggregation responses to glycoprotein VI (GPVI) and C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) were reduced. These observed in vitro defects in 5Htt\(^{-/-}\) platelets could be normalized by the addition of exogenous 5-HT. Moreover, reduced 5-HT levels in the plasma, an increased bleeding time and the formation of unstable thrombi were observed ex vivo under flow and in vivo in the abdominal aorta and carotid artery of 5Htt\(^{-/-}\) mice. Surprisingly, in the transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) model of ischemic stroke 5Htt\(^{-/-}\) mice showed nearly normal infarct volume and the neurological outcome was comparable to control mice.
Conclusion
Although secreted platelet 5-HT does not appear to play a crucial role in the development of reperfusion injury after stroke, it is essential to amplify the second phase of platelet activation through SOCE and plays an important role in thrombus stabilization.
Objective:
Traumatic brain injury is a major global public health problem for which specific therapeutic interventions are lacking. There is, therefore, a pressing need to identify innovative pathomechanism-based effective therapies for this condition. Thrombus formation in the cerebral microcirculation has been proposed to contribute to secondary brain damage by causing pericontusional ischemia, but previous studies have failed to harness this finding for therapeutic use. The aim of this study was to obtain preclinical evidence supporting the hypothesis that targeting factor XII prevents thrombus formation and has a beneficial effect on outcome after traumatic brain injury.
Methods:
We investigated the impact of genetic deficiency of factor XII and acute inhibition of activated factor XII with a single bolus injection of recombinant human albumin-fused infestin-4 (rHA-Infestin-4) on trauma-induced microvascular thrombus formation and the subsequent outcome in 2 mouse models of traumatic brain injury.
Results:
Our study showed that both genetic deficiency of factor XII and an inhibition of activated factor XII in mice minimize trauma-induced microvascular thrombus formation and improve outcome, as reflected by better motor function, reduced brain lesion volume, and diminished neurodegeneration. Administration of human factor XII in factor XII-deficient mice fully restored injury-induced microvascular thrombus formation and brain damage.
Interpretation:
The robust protective effect of rHA-Infestin-4 points to a novel treatment option that can decrease ischemic injury after traumatic brain injury without increasing bleeding tendencies.