Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
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Cortex-basal ganglia circuits participate in motor timing and temporal perception, and are important for the dynamic configuration of sensorimotor networks in response to exogenous demands. In Parkinson's disease (PD) patients, rhythmic auditory stimulation (RAS) induces motor performance benefits. Hitherto, little is known concerning contributions of the basal ganglia to sensory facilitation and cortical responses to RAS in PD. Therefore, we conducted an EEG study in 12 PD patients before and after surgery for subthalamic nucleus deep brain stimulation (STN-DBS) and in 12 age-matched controls. Here we investigated the effects of levodopa and STN-DBS on resting-state EEG and on the cortical-response profile to slow and fast RAS in a passive-listening paradigm focusing on beta-band oscillations, which are important for auditory–motor coupling. The beta-modulation profile to RAS in healthy participants was characterized by local peaks preceding and following auditory stimuli. In PD patients RAS failed to induce pre-stimulus beta increases. The absence of pre-stimulus beta-band modulation may contribute to impaired rhythm perception in PD. Moreover, post-stimulus beta-band responses were highly abnormal during fast RAS in PD patients. Treatment with levodopa and STN-DBS reinstated a post-stimulus beta-modulation profile similar to controls, while STN-DBS reduced beta-band power in the resting-state. The treatment-sensitivity of beta oscillations suggests that STN-DBS may specifically improve timekeeping functions of cortical beta oscillations during fast auditory pacing.
Hintergrund dieser Doktorarbeit ist die ungeklärte Pathophysiologie der idiopathischen Dystonie. Die DYT1 Dystonie ist die häufigste hereditäre Dystonie und weist eine Mutation im Tor1a-Gen auf, welches das Protein TorsinA kodiert. Diese DYT1 Dystonie besitzt interessanterweise lediglich eine Penetranz von 30%. Ein gutes Nagermodell mit einem klinisch dystonen Phänotyp existiert bislang nicht. Diese Dissertation adressiert die Frage, ob sich eine Dystonie bei DYT1 relevanter genetischer Prädisposition durch peripheren Stress („second-hit“) manifestiert.
Bei Tor1a +/- Mäusen (50% TorsinA Expression, Tor1a +/-), die im naiven Zustand keinen dystonen Phänotyp haben, sowie bei Wildtyp (wt) Kontrolltieren im Alter von vier Monaten wurde eine rechtsseitige reversible N. ischiadicus Quetschläsion durchgeführt. Die Tiere wurden daraufhin in einem Beobachtungszeitraum von acht Wochen nach dem Trauma verhaltensanalytisch und morphologisch untersucht.
Folgende Ergebnisse wurden hierbei erzielt: Im „Tail-suspension-Test“ zeigte sich bereits ein Tag nach der Quetschläsion des N. ischiadicus eine passagere Parese des betroffenen rechten Hinterbeins bei wt und Tor1a +/- Mäusen. Die fokale Dystonie entwickelte sich ab der vierten Woche bei Tor1a +/- Mäusen stärker als bei den wt Kontrolltieren. Durch das computergestützte Ganganalysesystem (Catwalk™ XT 10.0) konnte bei wt und Tor1a +/- Tieren eine Woche nach der Quetschläsion eine Veränderung der Schrittfolgemuster mit einer Reduktion des Schrittfolge-Regularitäts-Index festgestellt werden. Die abnormale Schrittfolge beim Laufen führte bei Tor1a +/- Mäusen zu einer progredienten Abnahme des Schrittfolge-Regularitäts-Index, während sich wt Mäuse nach fünf Wochen aber wieder erholten. Bei der Überprüfung der Koordinationsfähigkeit beider Genotypen durch den Rotarod Test konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Immunhistochemische Färbungen des N. ischiadicus auf den Myelinmarker Myelinprotein Zero MPZ, den axonalen Marker Neurofilament und Makrophagen Marker F4/80+ vor der Nervenläsion und acht Wochen nach der Nervenläsion zeigten ebenso keine signifikanten Unterschiede zwischen wt und Tor1a +/- Tieren. Die Anzahl Nissl+ Neurone im lumbalen Rückenmark (L2-4), Striatum und zerebralen Kortex und zudem die Anzahl CD11b positiver Mikroglia im lumbalen Rückenmark (L2-4) wiesen ebenfalls keine signifikanten Unterschiede im Vergleich der beiden Genotypen nach Nervenläsion auf.
Abschließend wurden noch verschiedene Behandlungsexperimente durchgeführt, um zu klären, ob die gefundenen Unterschiede zwischen Tor1a +/- und Tor1a +/+ Mäusen dopaminerg verursacht sind. Hierfür wurden sowohl genetisch mutierte Tor1a +/- Mäuse als auch wt Mäuse nach der Quetschläsion entweder mit einem Kombinationspräparat aus L-Dopa und Benserazid oder mit AMPT acht Wochen lang behandelt.
Folgende Ergebnisse wurden hierbei ermittelt: Die Schrittfolgeregularität beim Catwalk™ XT 10.0 zeigte bei genetisch mutierten Mäusen eine deutliche Auswirkung der Medikation. Tor1a +/- AMPT Mäuse wiesen nach der Läsion eine progrediente Zunahme der Schrittfolgeregularität auf das Ausgangsniveau auf, Tor1a + /- L-Dopa Mäuse hingegen entwickelten auf die Läsion hin eine kontinuierliche Abnahme der Schrittfolgeregularität und konnten sich nicht auf ihr Ausgangsniveau erholen. Die Ergebnisse beim „Tail-suspension-Test“ zeigten ähnliche Resultate: Tor1a +/- Mäuse wiesen nach der Quetschläsion auf die Verabreichung von AMPT hin eine Reduktion der fokalen Dystonie auf, wohingegen die Behandlung mit L-Dopa bei Mutanten zu einer Verschlechterung der Dystonie führte.
Schlussfolgernd zeigt die vorliegende Dissertation, dass ein peripheres Trauma bei genetisch prädispositionierten Mäusen im Sinne eines „second-hits“ zur klinischen Ausprägung einer DYT1 Dystonie führt. Die verstärkte fokale Dystonie in Tor1a +/- Mäusen ist nicht durch ein unterschiedliches Ausmaß an Nervenschädigung nach N. ischiadicus Quetschläsion oder durch morphologische Veränderungen der Tor1a +/- Mäuse im Bereich des N. ischiadicus, Rückenmarks, Striatums oder des Kortex zu begründen.
Background:
Action myoclonus-renal failure syndrome is a hereditary form of progressive myoclonus epilepsy associated with renal failure. It is considered to be an autosomal-recessive disease related to loss-of-function mutations in SCARB2. We studied a German AMRF family, additionally showing signs of demyelinating polyneuropathy and dilated cardiomyopathy. To test the hypothesis whether isolated appearance of individual AMRF syndrome features could be related to heterozygote SCARB2 mutations, we screened for SCARB2 mutations in unrelated patients showing isolated AMRF features.
Methods:
In the AMRF family all exons of SCARB2 were analyzed by Sanger sequencing. The mutation screening of unrelated patients with isolated AMRF features affected by either epilepsy (n = 103, progressive myoclonus epilepsy or generalized epilepsy), demyelinating polyneuropathy (n = 103), renal failure (n = 192) or dilated cardiomyopathy (n = 85) was performed as high resolution melting curve analysis of the SCARB2 exons.
Results:
A novel homozygous 1 bp deletion (c.111delC) in SCARB2 was found by sequencing three affected homozygous siblings of the affected family. A heterozygous sister showed generalized seizures and reduction of nerve conduction velocity in her legs. No mutations were found in the epilepsy, renal failure or dilated cardiomyopathy samples. In the polyneuropathy sample two individuals with demyelinating disease were found to be carriers of a SCARB2 frameshift mutation (c.666delCCTTA).
Conclusions:
Our findings indicate that demyelinating polyneuropathy and dilated cardiomyopathy are part of the action myoclonus-renal failure syndrome. Moreover, they raise the possibility that in rare cases heterozygous SCARB2 mutations may be associated with PNP features.
This review outlines the most frequently used rodent stroke models and discusses their strengths and shortcomings. Mimicking all aspects of human stroke in one animal model is not feasible because ischemic stroke in humans is a heterogeneous disorder with a complex pathophysiology. The transient or permanent middle cerebral artery occlusion (MCAo) model is one of the models that most closely simulate human ischemic stroke. Furthermore, this model is characterized by reliable and well-reproducible infarcts. Therefore, the MCAo model has been involved in the majority of studies that address pathophysiological processes or neuroprotective agents. Another model uses thromboembolic clots and thus is more convenient for investigating thrombolytic agents and pathophysiological processes after thrombolysis. However, for many reasons, preclinical stroke research has a low translational success rate. One factor might be the choice of stroke model. Whereas the therapeutic responsiveness of permanent focal stroke in humans declines significantly within 3 hours after stroke onset, the therapeutic window in animal models with prompt reperfusion is up to 12 hours, resulting in a much longer action time of the investigated agent. Another major problem of animal stroke models is that studies are mostly conducted in young animals without any comorbidity. These models differ from human stroke, which particularly affects elderly people who have various cerebrovascular risk factors. Choosing the most appropriate stroke model and optimizing the study design of preclinical trials might increase the translational potential of animal stroke models.
Background
Animal models have been instrumental in defining thrombus formation, including the role of platelet surface glycoprotein (GP) receptors, in acute ischemic stroke (AIS). However, the involvement of GP receptors in human ischemic stroke pathophysiology and their utility as biomarkers for ischemic stroke risk and severity requires elucidation.
Aims
To determine whether platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptors are differentially expressed in patients with AIS and chronic cerebrovascular disease (CCD) compared with healthy volunteers (HV) and to identify predictors of GPIb and GPIIb/IIIa expression.
Methods
This was a case-control study of 116 patients with AIS or transient ischemic attack (TIA), 117 patients with CCD, and 104 HV who were enrolled at our University hospital from 2010 to 2013. Blood sampling was performed once in the CCD and HV groups, and at several time points in patients with AIS or TIA. Linear regression and analysis of variance were used to analyze correlations between platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers and demographic and clinical parameters.
Results
GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers did not significantly differ between the AIS, CCD, and HV groups. GPIb receptor expression level correlated significantly with the magnitude of GPIIb/IIIa receptor expression and the neutrophil count. In contrast, GPIIb/IIIa receptor numbers were not associated with peripheral immune-cell sub-population counts. Creactive protein was an independent predictor of GPIIb/IIIa (not GPIb) receptor numbers.
Conclusions
Platelet GPIb and GPIIb/IIIa receptor numbers did not distinguish between patient or control groups in this study, negating their potential use as a biomarker for predicting stroke risk.
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.
The efficacy and safety of first-line disease-modifying therapies (DMT) for relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS) has been demonstrated in pivotal, randomized trials, but these studies do not reflect the routine care setting where treatment gaps or switches are common. The Avonex as Treatment Option for Untreated MS Patients (AXIOM) trial assessed the efficacy of newly-initiated intramuscular interferon beta-1a (IM IFNb-1a) after a treatment-free interval, with particular consideration of the previous course of disease and therapy. The AXIOM trial was an open, 12-month, observational, non-interventional study with a retrospective and a prospective part conducted in Germany. RRMS patients with a treatment-free interval of at least three months were included and treated with IFNb-1a for up to 12 months. Relapse rate, disability progression, injection-related parameters and quality of life observed during the prospective part were compared with retrospectively-collected data. Two hundred and thirty five RRMS patients participated in AXIOM. The mean relapse rate decreased from 1.1 in the three months before baseline to 0.2 per quarter during the twelve-month observational period; the Multiple Sclerosis Functional Composite score improved during twelve months of IM IFNb-1a treatment, while the Expanded Disability Status Scale score did not change over the course of this study. Compared to previous DMTs (IM IFNb-1a, subcutaneous IFNb-1a (SC IFNb-1a), SC IFNb-1b, glatiramer acetate), the patients experienced less injection site reactions and flu-like symptoms, with a stated improved quality of life. IM IFNb-1a was effective and well accepted in RRMS patients with no or discontinued previous therapy. These results from the routine care setting may inform optimization of DMT treatment in RRMS, but need confirmation in further studies.
Dimethyl fumarate (DMF) is approved for disease-modifying treatment of patients with relapsing-remitting multiple sclerosis. Animal experiments suggested that part of its therapeutic effect is due to a reduction of T-cell infiltration of the central nervous system (CNS) by uncertain mechanisms. Here we evaluated whether DMF and its primary metabolite monomethyl fumarate (MMF) modulate pro-inflammatory intracellular signaling and T-cell adhesiveness of nonimmortalized single donor human brain microvascular endothelial cells at low passages. Neither DMF nor MMF at concentrations of 10 or 50 \(\mu\)M blocked the IL-1\(\beta\)-induced nuclear translocation of NF-\(\kappa\)B/p65, whereas the higher concentration of DMF inhibited the nuclear entry of p65 in human umbilical vein endothelium cultured in parallel. DMF and MMF also did not alter the IL-1\(\beta\)-stimulated activation of p38 MAPK in brain endothelium. Furthermore, neither DMF nor MMF reduced the basal or IL-1\(\beta\)-inducible expression of ICAM-1. In accordance, both fumaric acid esters did not reduce the adhesion of activated Jurkat T cells to brain endothelium under basal or inflammatory conditions. Therefore, brain endothelial cells probably do not directly mediate a potential blocking effect of fumaric acid esters on the inflammatory infiltration of the CNS by T cells.
B cells have only recently begun to attract attention in the immunopathology of multiple sclerosis (MS). Suitable markers for the prediction of treatment success with immunomodulatory drugs are still missing. Here we evaluated the B cell response to brain antigens in n = 34 relapsing-remitting MS (RRMS) patients treated with glatiramer acetate (GA) using the enzyme-linked immunospot technique (ELISPOT). Our data demonstrate that patients can be subdivided into responders that show brain-specific B cell reactivity in the blood and patients without this reactivity. Only in patients that classified as B cell responders, there was a significant positive correlation between treatment duration and the time since last relapse in our study. This correlation was GA-specific because it was absent in a control group that consisted of interferon-\(\beta\) (IFN-\(\beta\))-treated RRMS patients (n = 23). These data suggest that GA has an effect on brain-reactive B cells in a subset of patients and that only this subset benefits from treatment. The detection of brain-reactive B cells is likely to be a suitable tool to identify drug responders.
Background:
Anxiety is a heterogeneous behavioral domain playing a role in a variety of neuropsychiatric diseases. While anxiety is the cardinal symptom in disorders such as panic disorder, co-morbid anxious behavior can occur in a variety of diseases. Stiff person syndrome (SPS) is a CNS disorder characterized by increased muscle tone and prominent agoraphobia and anxiety. Most patients have high-titer antibodies against glutamate decarboxylase (GAD) 65. The pathogenic role of these autoantibodies is unclear.
Methodology/Principal Findings:
We re-investigated a 53 year old woman with SPS and profound anxiety for GABA-A receptor binding in the amygdala with (11) C-flumazenil PET scan and studied the potential pathogenic role of purified IgG from her plasma filtrates containing high-titer antibodies against GAD 65. We passively transferred the IgG fraction intrathecally into rats and analyzed the effects using behavioral and in vivo electrophysiological methods. In cell culture, we measured the effect of patient IgG on GABA release from hippocampal neurons. Repetitive intrathecal application of purified patient IgG in rats resulted in an anxious phenotype resembling the core symptoms of the patient. Patient IgG selectively bound to rat amygdala, hippocampus, and frontal cortical areas. In cultured rat hippocampal neurons, patient IgG inhibited GABA release. In line with these experimental results, the GABA-A receptor binding potential was reduced in the patient's amygdala/hippocampus complex. No motor abnormalities were found in recipient rats.
Conclusion/Significance:
The observations in rats after passive transfer lead us to propose that anxiety-like behavior can be induced in rats by passive transfer of IgG from a SPS patient positive for anti-GAD 65 antibodies. Anxiety, in this case, thus may be an antibody-mediated phenomenon with consecutive disturbance of GABAergic signaling in the amygdala region.