Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie (13)
Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
- Datenintegrationszentrum Würzburg (DIZ) (1)
- Institut für Musikphysiologie und Musiker-Medizin der Hochschule für Musik, Theater und Medien, Hannover (1)
- Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (ibdw) (1)
- Interdisziplinäres Amyloidosezentrum Nordbayern (1)
- KfH Nierenzentrum (1)
- Klinische Studienzentrale (Universitätsklinikum) (1)
- Politecnico di Milano (1)
- 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)
It remains unclear if principal components of the local cerebral stroke immune response can be reliably and reproducibly observed in patients with acute large-vessel-occlusion (LVO) stroke. We prospectively studied a large independent cohort of n = 318 consecutive LVO stroke patients undergoing mechanical thrombectomy during which cerebral blood samples from within the occluded anterior circulation and systemic control samples from the ipsilateral cervical internal carotid artery were obtained. An extensive protocol was applied to homogenize the patient cohort and to standardize the procedural steps of endovascular sample collection, sample processing, and laboratory analyses. N = 58 patients met all inclusion criteria. (1) Mean total leukocyte counts were significantly higher within the occluded ischemic cerebral vasculature (I) vs. intraindividual systemic controls (S): +9.6%, I: 8114/µL ± 529 vs. S: 7406/µL ± 468, p = 0.0125. (2) This increase was driven by neutrophils: +12.1%, I: 7197/µL ± 510 vs. S: 6420/µL ± 438, p = 0.0022. Leukocyte influx was associated with (3) reduced retrograde collateral flow (R\(^2\) = 0.09696, p = 0.0373) and (4) greater infarct extent (R\(^2\) = 0.08382, p = 0.032). Despite LVO, leukocytes invade the occluded territory via retrograde collateral pathways early during ischemia, likely compromising cerebral hemodynamics and tissue integrity. This inflammatory response can be reliably observed in human stroke by harvesting immune cells from the occluded cerebral vascular compartment.
Interleukin-4 (IL-4) is an anti-inflammatory and analgesic cytokine that induces opioid receptor transcription. We investigated IL-4 knockout (ko) mice to characterize their pain behavior before and after chronic constriction injury (CCI) of the sciatic nerve as a model for neuropathic pain. We investigated opioid responsivity and measured cytokine and opioid receptor gene expression in the peripheral and central nervous system (PNS, CNS) of IL-4 ko mice in comparison with wildtype (wt) mice. Naïve IL-4 ko mice displayed tactile allodynia (wt: 0.45 g; ko: 0.18 g; p<0.001), while responses to heat and cold stimuli and to muscle pressure were not different. No compensatory changes in the gene expression of tumor necrosis factor-alpha (TNF), IL-1β, IL-10, and IL-13 were found in the PNS and CNS of naïve IL-4 ko mice. However, IL-1β gene expression was stronger in the sciatic nerve of IL-4 ko mice (p<0.001) 28 days after CCI and only IL-4 ko mice had elevated IL-10 gene expression (p = 0.014). Remarkably, CCI induced TNF (p<0.01), IL-1β (p<0.05), IL-10 (p<0.05), and IL-13 (p<0.001) gene expression exclusively in the ipsilateral spinal cord of IL-4 ko mice. The compensatory overexpression of the anti-inflammatory and analgesic cytokines IL-10 and IL-13 in the spinal cord of IL-4 ko mice may explain the lack of genotype differences for pain behavior after CCI. Additionally, CCI induced gene expression of μ, κ, and δ opioid receptors in the contralateral cortex and thalamus of IL-4 ko mice, paralleled by fast onset of morphine analgesia, but not in wt mice. We conclude that a lack of IL-4 leads to mechanical sensitivity; the compensatory hyperexpression of analgesic cytokines and opioid receptors after CCI, in turn, protects IL-4 ko mice from enhanced pain behavior after nerve lesion.
Background: “Negative affect” is one of the major migraine triggers. The aim of the study was to assess attentional biases for negative affective stimuli that might be related to migraine triggers in migraine patients with either few or frequent migraine and healthy controls. Methods: Thirty-three subjects with frequent migraine (FM) or with less frequent episodic migraine, and 20 healthy controls conducted two emotional Stroop tasks in the interictal period. In task 1, general affective words and in task 2, pictures of affective faces (angry, neutral, happy) were used. For each task we calculated two emotional Stroop indices. Groups were compared using one-way ANOVAs. Results: The expected attentional bias in migraine patients was not found. However, in task 2 the controls showed a significant attentional bias to negative faces, whereas the FM group showed indices near zero. Thus, the FM group responded faster to negative than to positive stimuli. The difference between the groups was statistically significant. Conclusions: The findings in the FM group may reflect a learned avoidance mechanism away from affective migraine triggers.
Background
"Negative affect" is one of the major migraine triggers. The aim of the study was to assess attentional biases for negative affective stimuli that might be related to migraine triggers in migraine patients with either few or frequent migraine and healthy controls.
Methods
Thirty-three subjects with frequent migraine (FM) or with less frequent episodic migraine, and 20 healthy controls conducted two emotional Stroop tasks in the interictal period. In task 1, general affective words and in task 2, pictures of affective faces (angry, neutral, happy) were used. For each task we calculated two emotional Stroop indices. Groups were compared using one-way ANOVAs.
Results
The expected attentional bias in migraine patients was not found. However, in task 2 the controls showed a significant attentional bias to negative faces, whereas the FM group showed indices near zero. Thus, the FM group responded faster to negative than to positive stimuli. The difference between the groups was statistically significant.
Conclusions
The findings in the FM group may reflect a learned avoidance mechanism away from affective migraine triggers.
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.
INTRODUCTION: Tuberculous meningitis (TM) causes substantial morbidity and mortality in humans. Human TM has been known to be induced by bacteria from the Mycobacterium tuberculosis complex (MTBC), such as M. tuberculosis and M. bovis.
CASE PRESENTATION: We describe a case of meningitis treated with fosfomycin, which showed partial effectiveness in an 80-year-old patient. After a lethal myocardial infarction, M. caprae (MC) was identified in cerebrospinal fluid culture. This isolated acid-fast organism was first identified as MTBC by MTBC-specific PCR (16S rDNA-PCR). Furthermore, species-specific identification of the isolate was done by gyrB PCR-restriction fragment length polymorphism analysis of a part of gyrB DNA. Colony morphology of the isolated MC strain showed dysgonic growth on Lowenstein-Jensen medium. The strain was susceptible to pyrazinamide (PZA).
CONCLUSION: This isolated strain was convincingly identified as MC according to the phenotypic and genotypic characteristics and PZA sensitivity. This is the first report of MC causing TM.
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.
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.
Chemokines (C-X-C) motif ligand (CXCL) 5 and 8 are overexpressed in patients with multiple sclerosis, where CXCL5 serum levels were shown to correlate with blood–brain barrier dysfunction as evidenced by gadolinium-enhanced magnetic resonance imaging. Here, we studied the potential role of CXCL5/CXCL8 receptor 2 (CXCR2) as a regulator of paraendothelial brain barrier function, using the well-characterized human cerebral microvascular endothelial cell line hCMEC/D3. Low basal CXCR2 mRNA and protein expression levels in hCMEC/D3 were found to strongly increase under inflammatory conditions. Correspondingly, immunohistochemistry of brain biopsies from two patients with active multiple sclerosis revealed upregulation of endothelial CXCR2 compared to healthy control tissue. Recombinant CXCL5 or CXCL8 rapidly and transiently activated Akt/protein kinase B in hCMEC/D3. This was followed by a redistribution of tight junction-associated protein zonula occludens-1 (ZO-1) and by the formation of actin stress fibers. Functionally, these morphological changes corresponded to a decrease of paracellular barrier function, as measured by a real-time electrical impedance-sensing system. Importantly, preincubation with the selective CXCR2 antagonist SB332235 partially prevented chemokine-induced disturbance of both tight junction morphology and function. We conclude that human brain endothelial CXCR2 may contribute to blood–brain barrier disturbance under inflammatory conditions with increased CXCL5 and CXCL8 expression, where CXCR2 may also represent a novel pharmacological target for blood–brain barrier stabilization.
Neuropathies are a group of potentially treatable diseases with an often disabling and restricting course. Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a lethal disease without causal treatment possibilities. The objective of this study was to examine the diagnostic utility of HRUS for the differentiation of subtypes of axonal and demyelinating neuropathies and to investigate its utility for the sonological differentiation of ALS.
The hypothetical statement that neuropathy causes enlargement of peripheral nerves compared to healthy controls proved to be right, but the adjunctive assumption that ALS does not cause enlargement of peripheral nerves proved to be wrong – in patients with ALS slight enlargement of peripheral nerves was visible as well. The statement that nerve enlargement can be detected by measurement of the cross-sectional area (CSA) and the longitudinal diameter (LD) with comparable results proved to be right, but the enlargement was slightly less present by measurement of the LD. The statement that axonal and demyelinating neuropathies show distinct patterns of nerve enlargement must be answered differentiated: The comparison between axonal and demyelinating neuropathies showed a stronger nerve enlargement in patients with demyelinating neuropathies than in patients with axonal neuropathies at proximal nerve segments of upper extremities. In the comparison of diagnose-defined subgroups of inflammatory demyelinating neuropathies a respective specific pattern of nerve enlargement was visible. However, remarkable in this context was the strong nerve enlargement found in patients with NSVN, which is classified as an axonal neuropathy. Stratification for specific findings in nerve biopsy did not lead to constructive differences in comparison between the different groups.
To sum up, HRUS showed to provide a useful contribution in the diagnostic process of neuropathies and ALS but needs to be integrated in a multimodal diagnostic approach.
High-Dose Capsaicin for the Treatment of Neuropathic Pain: What We Know and What We Need to Know
(2014)
Neuropathic pain is a frequent and disabling condition with diverse underlying etiologies and is often difficult to treat. Systemic drug treatment is often limited in efficacy. Furthermore, adverse effects may be a limiting factor when trying to reach the necessary dose. Analgesics that can be applied topically have the potential to largely overcome this problem. They may be of particular advantage in localized neuropathic pain syndromes such as postherpetic neuralgia or small fiber neuropathy. Capsaicin, the pungent component of chili peppers, is a natural ligand of the transient receptor potential vanilloid 1 channel and has long been used as topically applicable cream with concentrations of 0.025 to 0.075%. In 2009, a high-concentration transdermal capsaicin 8% patch (Qutenza ; Acorda Therapeutics, Inc., Ardsley, NY, USA; Astellas Pharma Europe Ltd., Chertsey, Surrey, UK) was introduced for the treatment of peripheral neuropathic pain syndromes other than of diabetic origin in adults. It has since been widely used in diverse neuropathic pain disorders. In this review article, we summarize current knowledge on Qutenza, its advantages and problems, and expose unmet needs.
High-mobility group box 1 protein (HMGB1) is a damage-associated molecular pattern (DAMP) involved in neutrophil extracellular trap (NET) formation and thrombosis. NETs are regularly found in cerebral thromboemboli. We here analyzed associated HMGB1 expression in human thromboemboli retrieved via mechanical thrombectomy from 37 stroke patients with large vessel occlusion. HMGB1 was detected in all thromboemboli, accounting for 1.7% (IQR 0.6–6.2%) of the total thromboemboli area and was found to be colocalized with neutrophils and NETs and in spatial proximity to platelets. Correlation analysis revealed that the detection of HMGB1 was strongly related to the number of neutrophils (r = 0.58, p = 0.0002) and platelets (r = 0.51, p = 0.001). Our results demonstrate that HMGB1 is a substantial constituent of thromboemboli causing large vessel occlusion stroke.
Apart from dedicated oligodendroglial progenitor cells, adult neural stem cells (aNSCs) can also give rise to new oligodendrocytes in the adult central nervous system (CNS). This process mainly confers myelinating glial cell replacement in pathological situations and can hence contribute to glial heterogeneity. Our previous studies demonstrated that the p57kip2 gene encodes an intrinsic regulator of glial fate acquisition and we here investigated to what degree its modulation can affect stem cell‐dependent oligodendrogenesis in different CNS environments. We therefore transplanted p57kip2 knockdown aNSCs into white and gray matter (WM and GM) regions of the mouse brain, into uninjured spinal cords as well as in the vicinity of spinal cord injuries and evaluated integration and differentiation in vivo. Our experiments revealed that under healthy conditions intrinsic suppression of p57kip2 as well as WM localization promote differentiation toward myelinating oligodendrocytes at the expense of astrocyte generation. Moreover, p57kip2 knockdown conferred a strong benefit on cell survival augmenting net oligodendrocyte generation. In the vicinity of hemisectioned spinal cords, the gene knockdown led to a similar induction of oligodendroglial features; however, newly generated oligodendrocytes appeared to suffer more from the hostile environment. This study contributes to our understanding of mechanisms of adult oligodendrogenesis and glial heterogeneity and further reveals critical factors when considering aNSC mediated cell replacement in injury and disease.
Spinal muscular atrophy (SMA) is a disabling disease that affects not only the patient’s health-related quality of life (HRQoL), but also causes a high caregiver burden (CGB). The aim of this study was to evaluate HRQoL, CGB, and their predictors in SMA. In two prospective, cross-sectional, and multi-center studies, SMA patients (n = 39) and SMA patient/caregiver couples (n = 49) filled in the EuroQoL Five Dimension Five Level Scale (EQ-5D-5L) and the Short Form Health Survey 36 (SF-36). Caregivers (CGs) additionally answered the Zarit Burden Interview (ZBI) and the Hospital Anxiety and Depression Scale (HADS). Patients were clustered into two groups with either low or high HRQoL (EQ-5D-5L index value <0.259 or >0.679). The latter group was mostly composed of ambulatory type III patients with higher motor/functional scores. More severely affected patients reported low physical functioning but good mental health and vitality. The CGB (mean ZBI = 22/88) correlated negatively with patients’ motor/functional scores and age. Higher CGB was associated with a lower HRQoL, higher depression and anxiety, and more health impairments of the CGs. We conclude that patient and CG well-being levels interact closely, which highlights the need to consider the health of both parties while evaluating novel treatments.
Glycine receptor β–targeting autoantibodies contribute to the pathology of autoimmune diseases
(2024)
Background and Objectives
Stiff-person syndrome (SPS) and progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus (PERM) are rare neurologic disorders of the CNS. Until now, exclusive GlyRα subunit–binding autoantibodies with subsequent changes in function and surface numbers were reported. GlyR autoantibodies have also been described in patients with focal epilepsy. Autoimmune reactivity against the GlyRβ subunits has not yet been shown. Autoantibodies against GlyRα1 target the large extracellular N-terminal domain. This domain shares a high degree of sequence homology with GlyRβ making it not unlikely that GlyRβ-specific autoantibody (aAb) exist and contribute to the disease pathology.
Methods
In this study, we investigated serum samples from 58 patients for aAb specifically detecting GlyRβ. Studies in microarray format, cell-based assays, and primary spinal cord neurons and spinal cord tissue immunohistochemistry were performed to determine specific GlyRβ binding and define aAb binding to distinct protein regions. Preadsorption approaches of aAbs using living cells and the purified extracellular receptor domain were further used. Finally, functional consequences for inhibitory neurotransmission upon GlyRβ aAb binding were resolved by whole-cell patch-clamp recordings.
Results
Among 58 samples investigated, cell-based assays, tissue analysis, and preadsorption approaches revealed 2 patients with high specificity for GlyRβ aAb. Quantitative protein cluster analysis demonstrated aAb binding to synaptic GlyRβ colocalized with the scaffold protein gephyrin independent of the presence of GlyRα1. At the functional level, binding of GlyRβ aAb from both patients to its target impair glycine efficacy.
Discussion
Our study establishes GlyRβ as novel target of aAb in patients with SPS/PERM. In contrast to exclusively GlyRα1-positive sera, which alter glycine potency, aAbs against GlyRβ impair receptor efficacy for the neurotransmitter glycine. Imaging and functional analyses showed that GlyRβ aAbs antagonize inhibitory neurotransmission by affecting receptor function rather than localization.
Glycine receptor (GlyR) autoantibodies are associated with stiff-person syndrome and the life-threatening progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus in children and adults. Patient histories show variability in symptoms and responses to therapeutic treatments. A better understanding of the autoantibody pathology is required to develop improved therapeutic strategies. So far, the underlying molecular pathomechanisms include enhanced receptor internalization and direct receptor blocking altering GlyR function. A common epitope of autoantibodies against the GlyRα1 has been previously defined to residues 1A-33G at the N-terminus of the mature GlyR extracellular domain. However, if other autoantibody binding sites exist or additional GlyR residues are involved in autoantibody binding is yet unknown. The present study investigates the importance of receptor glycosylation for binding of anti-GlyR autoantibodies. The glycine receptor α1 harbors only one glycosylation site at the amino acid residue asparagine 38 localized in close vicinity to the identified common autoantibody epitope. First, non-glycosylated GlyRs were characterized using protein biochemical approaches as well as electrophysiological recordings and molecular modeling. Molecular modeling of non-glycosylated GlyRα1 did not show major structural alterations. Moreover, non-glycosylation of the GlyRα1N38Q did not prevent the receptor from surface expression. At the functional level, the non-glycosylated GlyR demonstrated reduced glycine potency, but patient GlyR autoantibodies still bound to the surface-expressed non-glycosylated receptor protein in living cells. Efficient adsorption of GlyR autoantibodies from patient samples was possible by binding to native glycosylated and non-glycosylated GlyRα1 expressed in living not fixed transfected HEK293 cells. Binding of patient-derived GlyR autoantibodies to the non-glycosylated GlyRα1 offered the possibility to use purified non-glycosylated GlyR extracellular domain constructs coated on ELISA plates and use them as a fast screening readout for the presence of GlyR autoantibodies in patient serum samples. Following successful adsorption of patient autoantibodies by GlyR ECDs, binding to primary motoneurons and transfected cells was absent. Our results indicate that the glycine receptor autoantibody binding is independent of the receptor’s glycosylation state. Purified non-glycosylated receptor domains harbouring the autoantibody epitope thus provide, an additional reliable experimental tool besides binding to native receptors in cell-based assays for detection of autoantibody presence in patient sera.
Objective
Impairment of glycinergic neurotransmission leads to complex movement and behavioral disorders. Patients harboring glycine receptor autoantibodies suffer from stiff‐person syndrome or its severe variant progressive encephalomyelitis with rigidity and myoclonus. Enhanced receptor internalization was proposed as the common molecular mechanism upon autoantibody binding. Although functional impairment of glycine receptors following autoantibody binding has recently been investigated, it is still incompletely understood.
Methods
A cell‐based assay was used for positive sample evaluation. Glycine receptor function was assessed by electrophysiological recordings and radioligand binding assays. The in vivo passive transfer of patient autoantibodies was done using the zebrafish animal model.
Results
Glycine receptor function as assessed by glycine dose–response curves showed significantly decreased glycine potency in the presence of patient sera. Upon binding of autoantibodies from 2 patients, a decreased fraction of desensitized receptors was observed, whereas closing of the ion channel remained fast. The glycine receptor N‐terminal residues \(^{29}\)A to \(^{62}\)G were mapped as a common epitope of glycine receptor autoantibodies. An in vivo transfer into the zebrafish animal model generated a phenotype with disturbed escape behavior accompanied by a reduced number of glycine receptor clusters in the spinal cord of affected animals.
Interpretation
Autoantibodies against the extracellular domain mediate alterations of glycine receptor physiology. Moreover, our in vivo data demonstrate that the autoantibodies are a direct cause of the disease, because the transfer of human glycine receptor autoantibodies to zebrafish larvae generated impaired escape behavior in the animal model compatible with abnormal startle response in stiff‐person syndrome or progressive encephalitis with rigidity and myoclonus patients.
Background
The role of the immune system in the pathophysiology of acute ischemic stroke is increasingly recognized. However, targeted treatment strategies to modulate immunological pathways in stroke are still lacking. Glatiramer acetate is a multifaceted immunomodulator approved for the treatment of relapsing-remitting multiple sclerosis. Experimental studies suggest that glatiramer acetate might also work in other neuroinflammatory or neurodegenerative diseases apart from multiple sclerosis.
Findings
We evaluated the efficacy of glatiramer acetate in a mouse model of brain ischemia/reperfusion injury. 60 min of transient middle cerebral artery occlusion was induced in male C57Bl/6 mice. Pretreatment with glatiramer acetate (3.5 mg/kg bodyweight) 30 min before the induction of stroke did not reduce lesion volumes or improve functional outcome on day 1.
Conclusions
Glatiramer acetate failed to protect from acute ischemic stroke in our hands. Further studies are needed to assess the true therapeutic potential of glatiramer acetate and related immunomodulators in brain ischemia.
We conducted a genome-wide association study of essential tremor, a common movement disorder characterized mainly by a postural and kinetic tremor of the upper extremities. Twin and family history studies show a high heritability for essential tremor. The molecular genetic determinants of essential tremor are unknown. We included 2807 patients and 6441 controls of European descent in our two-stage genome-wide association study. The 59 most significantly disease-associated markers of the discovery stage were genotyped in the replication stage. After Bonferroni correction two markers, one (rs10937625) located in the serine/threonine kinase STK32B and one (rs17590046) in the transcriptional coactivator PPARGC1A were associated with essential tremor. Three markers (rs12764057, rs10822974, rs7903491) in the cell-adhesion molecule CTNNA3 were significant in the combined analysis of both stages. The expression of STK32B was increased in the cerebellar cortex of patients and expression quantitative trait loci database mining showed association between the protective minor allele of rs10937625 and reduced expression in cerebellar cortex. We found no expression differences related to disease status or marker genotype for the other two genes. Replication of two lead single nucleotide polymorphisms of previous small genome-wide association studies (rs3794087 in SLC1A2, rs9652490 in LINGO1) did not confirm the association with essential tremor.
Die Literatur beschreibt unter Patienten mit idiopathischer Small fiber Neuro-pathie (SFN) einen Anteil von etwa ein Fünftel bis Drittel mit Variationen unkla-rer pathogenetischer Relevanz in Schmerz-assoziierten Genen. Dies bestätig-te sich im Rahmen unserer klinischen Studie: Über die Zeit von Mai 2015 bis Januar 2020 konnten bei 13 von 66 (21%) eingeschlossenen Patienten mit klinischem Verdacht auf SFN genetische Variationen in Schmerz-assoziierten Genen detektiert werden. Solche Veränderungen können über Gain- oder Loss-of-Function-Mechanismen die Funktion codierter nozizeptiver Signalpro-teine modulieren und so potentiell zur SFN-Symptomatik führen. Im Rahmen der Studie erfolgte neben der genetischen Diagnostik eine umfangreiche Un-tersuchung der Teilnehmer. In der Diagnostik stachen die potentiell geneti-schen SFN-Patienten nicht heraus und auch klinisch fielen nur dezente Unter-schiede zu den übrigen Patienten auf: Wir zeigten, dass die Betroffenen häufi-ger von äußeren Einflussfaktoren getriggerte Schmerzattacken erleiden und eine tendenziell weitläufigere Symptommanifestation aufwiesen. Dies ähnelt der Klinik anderer hereditärer neuropathischer Schmerzsyndrome wie der pa-roxysmalen extremen Schmerzstörung (PEPD) oder den familiären episodi-schen Schmerzsyndromen (FEPS). Die potentiell genetische Grundlage führte bei unseren Patienten zu einer stärkeren Limitation im täglichen und berufli-chen Alltag und minderte die Lebensqualität der Betroffenen deutlich. Mögli-che Ursache hierfür war auch die herausfordernde Therapie der Patienten mit Genvariationen: Für den gleichen Behandlungserfolg mussten die Patienten mit potentiell genetischer SFN deutlich mehr Wirkstoffe einnehmen und über-haupt versuchen. Obwohl nur minimale klinische Hinweise eine potentiell ge-netische Genese andeuten, sollten diese frühzeitig durch eine strukturierte Anamnese erkannt werden. Die Sammlung von Daten zu betroffenen Familien kann die pathogenetische Relevanz der Variationen erhärten. Auch wird im Feld der genetischen Schmerzforschung rasant an zielgerichteten Analgetika gearbeitet, die fehlregulierte Rezeptoren blockieren sollen. Damit könnte Be-troffenen künftig gezielt geholfen werden. Wir empfehlen auf Grundlage unse-rer Studie bei Vorliegen genannter hinweisender Charakteristika eine geneti-sche Testung und Beratung zusätzlich zur weiteren ätiologischen Diagnostik. Das zu untersuchende Panel sollte möglichst viele Schmerz-assoziierte Gene umfassen – vorrangig die Gene codierend für die spannungsabhängigen Nat-riumkanäle SCN9A, -10A und 11A und die TRP-Kanalproteine TRPA1, TRPV1 und -3.
Tenderness and mechanical allodynia are key symptoms of malignant tumor, inflammation and neuropathy. The proinflammatory cytokine interleukin-6 (IL-6) is causally involved in all three pathologies. IL-6 not only regulates innate immunity and inflammation but also causes nociceptor sensitization and hyperalgesia. In general and in most cell types including immune cells and sensory neurons, IL-6 binds soluble mu receptor subunits which heteromerizes with membrane bound IL-6 signal transducer gp130. In the present study, we used a conditional knock-out strategy to investigate the importance of signal transducer gp130 expressed in C nociceptors for the generation and maintenance of mechanical hypersensitivity. Nociceptors were sensitized to mechanical stimuli by experimental tumor and this nociceptor sensitization was preserved at later stages of the pathology in control mice. However, in mice with a conditional deletion of gp130 in Nav1.8 expressing nociceptors mechanical hypersensitivity by experimental tumor, nerve injury or inflammation recovery was not preserved in the maintenance phase and nociceptors exhibited normal mechanical thresholds comparable to untreated mice. Together, the results argue for IL-6 signal transducer gp130 as an essential prerequisite in nociceptors for long-term mechanical hypersensitivity associated with cancer, inflammation and nerve injury.
Auch wenn die Ätiopathogenese von Morbus Parkinson bis heute nicht vollständig geklärt ist, scheint α-Synuclein (α-Syn) eine zentrale Rolle zu spielen. Die Entdeckung als genetische Ursache der Erkrankung, als Hauptbestandteil der Lewy-Körper (LK) und seine Assoziation mit verschiedenen anderen potenziellen ätiologischen Faktoren verdeutlichen dies.
Bei Ratten und Affen führte eine AAV1/2-vermittelte Überexpression von A53T-α-Syn zu einer Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia nigra (SN), einem striatalen dopaminergen Defizit sowie Verhaltensauffälligkeiten. In Anbetracht bestimmter Vorteile der Mausspezies, war es das Ziel dieser Dissertation - die im Rahmen eines kollaborativen Projektes mit dem Toronto Western Research Institut in Ontario, Kanada entstanden ist - dieses auf AAV1/2-A53T-α-Syn basierende Parkinson-Modell auf Mäuse zu übertragen.
Dazu wurde AAV1/2-A53T-α-Syn oder leerer AAV1/2-Vektor in einer Dosis von 1,5 µl mit einer Konzentration von 5,16 x 10^12 gp/ml stereotaktisch einseitig in die rechte SN von C57BL/6-wt-Mäusen injiziert. Über einen Zeitraum von 11 Wochen wurden verschiedene Verhaltensexperimente durchgeführt und die beiden Versuchstiergruppen miteinander verglichen. Post-mortem erfolgten verschiedene immunhistochemische Untersuchungen.
Es konnte gezeigt werden, dass die einseitige Injektion von AAV1/2-A53T-α-Syn in die SN bei Mäusen eine weit verbreitete Überexpression von A53T-α-Syn in dopaminergen Neuronen der SN induzierte, die innerhalb von 10 Wochen zu signifikanten frühen und persistierenden motorischen Verhaltensauffälligkeiten, nigrostriataler Degeneration und Entwicklung einer Lewy-ähnlichen Pathologie führte.
Durch die Generierung und Charakterisierung dieses neuen Parkinson-Mausmodells, das klinische und histopathologische Merkmale der menschlichen Erkrankung widerspiegelt, besteht nun die Möglichkeit es weiterzuentwickeln und z.B. auf transgene Mäuse zu übertragen, um u.a. molekulare Mechanismen der Parkinson-Krankheit zu entschlüsseln und präklinische Tests von krankheitsmodifizierenden Therapien durchzuführen.
Background
Anderson–Fabry disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder with varying organ involvement and symptoms, depending on the underlying mutation in the alpha-galactosidase A gene (HGNC: GLA). With genetic testing becoming more readily available, it is crucial to precisely evaluate pathogenicity of each genetic variant, in order to determine whether there is or might be not a need for FD-specific therapy in affected patients and relatives at the time point of presentation or in the future.
Methods
This case series investigates the clinical impact of the specific GLA gene variant c.376A>G (p.Ser126Gly) in five (one heterozygous and one homozygous female, three males) individuals from different families, who visited our center between 2009 and 2021. Comprehensive neurological, nephrological and cardiac examinations were performed in all cases. One patient received a follow-up examination after 12 years.
Results
Index events leading to suspicion of FD were mainly unspecific neurological symptoms. However, FD-specific biomarkers, imaging examinations (i.e., brain MRI, heart MRI), and tissue-specific diagnostics, including kidney and skin biopsies, did not reveal evidence for FD-specific symptoms or organ involvement but showed normal results in all cases. This includes findings from 12-year follow-up in one patient with renal biopsy.
Conclusion
These findings suggest that p.Ser126Gly represents a benign GLA gene variant which per se does not cause FD. Precise clinical evaluation in individuals diagnosed with genetic variations of unknown significance should be performed to distinguish common symptoms broadly prevalent in the general population from those secondary to FD.
Gait Initiation in Parkinson’s Disease: Impact of Dopamine Depletion and Initial Stance Condition
(2020)
Postural instability, in particular at gait initiation (GI), and resulting falls are a major determinant of poor quality of life in subjects with Parkinson’s disease (PD). Still, the contribution of the basal ganglia and dopamine on the feedforward postural control associated with this motor task is poorly known. In addition, the influence of anthropometric measures (AM) and initial stance condition on GI has never been consistently assessed. The biomechanical resultants of anticipatory postural adjustments contributing to GI [imbalance (IMB), unloading (UNL), and stepping phase) were studied in 26 unmedicated subjects with idiopathic PD and in 27 healthy subjects. A subset of 13 patients was analyzed under standardized medication conditions and the striatal dopaminergic innervation was studied in 22 patients using FP-CIT and SPECT. People with PD showed a significant reduction in center of pressure (CoP) displacement and velocity during the IMB phase, reduced first step length and velocity, and decreased velocity and acceleration of the center of mass (CoM) at toe off of the stance foot. All these measurements correlated with the dopaminergic innervation of the putamen and substantially improved with levodopa. These results were not influenced by anthropometric parameters or by the initial stance condition. In contrast, most of the measurements of the UNL phase were influenced by the foot placement and did not correlate with putaminal dopaminergic innervation. Our results suggest a significant role of dopamine and the putamen particularly in the elaboration of the IMB phase of anticipatory postural adjustments and in the execution of the first step. The basal ganglia circuitry may contribute to defining the optimal referent body configuration for a proper initiation of gait and possibly gait adaptation to the environment.
Deterioration of gait and alterations of physiological gait initiation contribute significantly to the burden of disease in Parkinson's disease. This paper systematically investigates disease-specific alterations during the postural phases of gait initiation and demonstrates the influence of dopaminergic networks by assessing levodopa mediated improvements in motor performance and correlation of motor behavior with loss of striatal and cortical dopaminergic neurons. Particular attention is given to known confounders such as initial stance and anthropometrics.
Rett syndrome is an X-linked neurodevelopmental condition mainly characterized by loss of spoken language and a regression of purposeful hand use, with the development of distinctive hand stereotypies, and gait abnormalities. Gait initiation is the transition from quiet stance to steady-state condition of walking. The associated motor program seems to be centrally mediated and includes preparatory adjustments prior to any apparent voluntary movement of the lower limbs. Anticipatory postural adjustments contribute to postural stability and to create the propulsive forces necessary to reach steady-state gait at a predefined velocity and may be indicative of the effectiveness of the feedforward control of gait. In this study, we examined anticipatory postural adjustments associated with gait initiation in eleven girls with Rett syndrome and ten healthy subjects. Muscle activity (tibialis anterior and soleus muscles), ground reaction forces and body kinematic were recorded. Children with Rett syndrome showed a distinctive impairment in temporal organization of all phases of the anticipatory postural adjustments. The lack of appropriate temporal scaling resulted in a diminished impulse to move forward, documented by an impairment in several parameters describing the efficiency of gait start: length and velocity of the first step, magnitude and orientation of centre of pressure-centre of mass vector at the instant of (swing-)toe off. These findings were related to an abnormal muscular activation pattern mainly characterized by a disruption of the synergistic activity of antagonistic pairs of postural muscles. This study showed that girls with Rett syndrome lack accurate tuning of feedforward control of gait.
Freezing of gait (FOG) is a sudden episodic inability to produce effective stepping despite the intention to walk. It typically occurs during gait initiation (GI) or modulation and may lead to falls. We studied the anticipatory postural adjustments (imbalance, unloading, and stepping phase) at GI in 23 patients with Parkinson’s disease (PD) and FOG (PDF), 20 patients with PD and no previous history of FOG (PDNF), and 23 healthy controls (HCs). Patients performed the task when off dopaminergic medications. The center of pressure (CoP) displacement and velocity during imbalance showed significant impairment in both PDNF and PDF, more prominent in the latter patients. Several measurements were specifically impaired in PDF patients, especially the CoP displacement along the anteroposterior axis during unloading. The pattern of segmental center of mass (SCoM) movements did not show differences between groups. The standing postural profile preceding GI did not correlate with outcome measurements. We have shown impaired motor programming at GI in Parkinsonian patients. The more prominent deterioration of unloading in PDF patients might suggest impaired processing and integration of somatosensory information subserving GI. The unaltered temporal movement sequencing of SCoM might indicate some compensatory cerebellar mechanisms triggering time-locked models of body mechanics in PD.
Gait disturbances are common manifestations of Parkinson’s disease (PD), with unmet therapeutic needs. Inertial measurement units (IMUs) are capable of monitoring gait, but they lack neurophysiological information that may be crucial for studying gait disturbances in these patients. Here, we present a machine learning approach to approximate IMU angular velocity profiles and subsequently gait events using electromyographic (EMG) channels during overground walking in patients with PD. We recorded six parkinsonian patients while they walked for at least three minutes. Patient-agnostic regression models were trained on temporally embedded EMG time series of different combinations of up to five leg muscles bilaterally (i.e., tibialis anterior, soleus, gastrocnemius medialis, gastrocnemius lateralis, and vastus lateralis). Gait events could be detected with high temporal precision (median displacement of <50 ms), low numbers of missed events (<2%), and next to no false-positive event detections (<0.1%). Swing and stance phases could thus be determined with high fidelity (median F1-score of ~0.9). Interestingly, the best performance was obtained using as few as two EMG probes placed on the left and right vastus lateralis. Our results demonstrate the practical utility of the proposed EMG-based system for gait event prediction, which allows the simultaneous acquisition of an electromyographic signal to be performed. This gait analysis approach has the potential to make additional measurement devices such as IMUs and force plates less essential, thereby reducing financial and preparation overheads and discomfort factors in gait studies.
Die Multiple Sklerose ist eine chronische neurologische Erkrankung, welche in der industrialisierten Welt einen der häufigsten Gründe für eine bleibende Behinderung bei jungen Erwachsenen darstellt. Obwohl die ZNS-Schädigung, charakterisiert durch Demyelinisierung und axonale Schädigung im Rahmen entzündlicher Vorgänge, durch verschiedene Reparaturmechanismen reduziert wird, akkumuliert die Läsionslast im zentralen Nervensystem mit der Zeit. T2-gewichtete MRT-Studien zeigen, dass die dargestellten Pathologien nur mäßig mit den motorischen Defiziten korrelieren. Diese Diskrepanz wird unter anderem auf Vorgänge der Neuroplastizität zurückgeführt, als deren Basismechanismen Langzeitpotenzierung (LTP) und -depression (LTD) gelten. In verschiedenen fMRT-Studien haben sich Hinweise ergeben, dass diese adaptiven Veränderungen zur Reorganisation kortikaler Repräsentationmuster führen können, so dass bei MS-Patienten eine ausgedehntere Aktivierung ipsilateraler sensomotorischer Areale bei motorischen Aufgaben zu beobachten ist. Die transkranielle Magnetstimulation (TMS) bietet die Möglichkeit, mittels virtueller Läsionstechniken eine direkte Aussage über die kausale Beziehung zwischen Struktur und Funktion zu liefern. Die funktionelle Rolle ipsilateraler Motorareale wurde an 26 MS-Patienten, in Relation zu ihrer motorischen Beeinträchtigung und ZNS-Schädigung, und an nach Alter, Geschlecht und Händigkeit zugeordneten Kontrollprobanden, untersucht. Die motorische Leistungsfähigkeit wurde durch verschiedene Tests zur Handfunktion erhoben. Die ZNS-Schädigung wurde mittels MR-Spektroskopie als NAA/Cr Quotient sowie durch die CML erhoben. Die Aufgabe zur einfachen Reaktionszeit (SRT) bestand aus einer isometrischen Abduktionsbewegung des rechten Daumens gegen einen Kraftaufnehmer auf ein akustisches Go-Signal. Mit TMS-Einzelreizen wurde mit Hilfe einer Neuronavigation eine reversible virtuelle Läsion über bestimmten Gehirnarealen, kontralateraler M1, ipsilateraler M1 und ipsilateraler PMd, erzeugt. Es wurde eine Kontrollstimulation über MO durchgeführt. Die TMS-Einzelreize wurden 100ms nach dem Go-Signal appliziert. Als SRT wurde der Zeitraum zwischen dem Go-Signal und EMG-Beginn im APB definiert. Die signifikanten SRT-Verlängerungen bei TMS über dem ipsilateralen M1 und dem ipsilateralen PMd zeigen, dass diese Regionen eine Rolle bei der motorischen Funktion bei MS spielen. Die fehlenden Korrelationen zwischen motorischen Funktionstest und NAA/Cr-Verhältnis sowie die inverse Korrelation zur kortikomuskulären Latenz sind durch strukturell von der krankheitsbedingten Pathologie betroffenen kompensierenden Gehirnregionen erklärbar. Bei dem Theta Burst Experiments (TBS) wurde ein virtueller Läsionseffekt durch eine repetitive TMS-Intervention über dem ipsilateralen M1 induziert. Die Ergebnisse zeigen ähnliche Veränderungen der Exzitabilität bei MS-Patienten und gesunden Kontrollprobanden, was schließen lässt, dass die LTD bei mild bis moderat betroffenen MS-Patienten weitestgehend unbeeinträchtigt ist. MS-Patienten zeigen im Vergleich zu den Kontrollen eine ähnliche Minderung der Verhaltensleistung, Trefferquote in ein Kraftfenster, der MS-Patienten im Kontrollvergleich. Die Ergebnisse zeigen, dass ipsilaterale motorische Areale in der Lage sind den primär motorischen Kortex soweit zu kompensieren, jedoch die Fähigkeit zur Kompensation in fortgeschrittenen Krankheitsstadien eingeschränkt ist. Abschließend kann man zusammenfassen, dass die funktionelle Rekrutierung von ipsilateralen Motorarealen eine adaptive Antwort auf chronische Gehirnschädigung bei MS-Patienten sein kann, allerdings mit Einschränkung der Kapazität in fortgeschrittenen Krankheitsstadien. Nachdem die synaptische Plastizität weitestgehend intakt scheint, sollte man besonders Mechanismen der späten Phase der Plastizität fördern, welche auf eine langfristige kortikale Plastizität abzielen. Weitere Studien in diesem Forschungszweig könnten einen Beitrag zur Entwicklung therapeutischer Konzepte der Neurorehabilitation bei Multipler Sklerose leisten.
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.
Background: According to current guidelines, stroke patients treated with rt-PA should undergo brain imaging to exclude intracerebral bleeding 24 h after thrombolysis, before the start of medical secondary prevention. However, the usefulness of routine follow-up imaging with regard to changes in therapeutic management in patients without neurological deterioration is unclear. We hypothesized that follow up brain imaging solely to exclude bleeding in patients who clinically improved after rt-PA application may not be necessary.
Methods: Retrospective single-center analysis including stroke patients treated with rt-PA. Records were reviewed for hemorrhagic transformation one day after systemic thrombolysis and brain imaging-based changes in therapeutic management. Twenty-four hour after thrombolysis patients were divided into four groups: (1) increased NIHSS score; (2) unchanged NIHSS score; (3) improved NIHSS score and; (4) NIHSS score = 0.
Results: Out of 188 patients (mean age 73 years, 100 female) receiving rt-PA, 32 (17%) had imaging-proven hemorrhagic transformation including 11 (6%) patients with parenchymal hemorrhage. Patients in group (1, 2) more often had hypertension (p = 0.015) and more often had parenchymal hemorrhage (9 vs. 4%; p < 0.206) compared to group (3, 4) and imaging-based changes in therapeutic management were more frequent (19% vs. 6%; p = 0.007). Patients of group (3, 4) had no changes in therapeutic management in 94% of the cases. Patients in group (4) had no hemorrhagic transformation in routine follow-up brain imaging.
Conclusions: Frequency of hemorrhagic transformation in Routine follow-up brain imaging and consecutive changes in therapeutic management were different depending on clinical course measured by NHISS score.
FoxP3+Regulatory T Cells Determine Disease Severity in Rodent Models of Inflammatory Neuropathies
(2014)
Inflammatory neuropathies represent disabling human autoimmune disorders with considerable disease variability. Animal models provide insights into defined aspects of their disease pathogenesis. Forkhead box P3 (FoxP3)+ regulatory T lymphocytes (Treg) are anti-inflammatory cells that maintain immune tolerance and counteract tissue damage in a variety of immune-mediated disorders. Dysfunction or a reduced frequency of Tregs have been associated with different human autoimmune disorders. We here analyzed the functional relevance of Tregs in determining disease manifestation and severity in murine models of autoimmune neuropathies. We took advantage of the DEREG mouse system allowing depletion of Treg with high specificity as well as anti-CD25 directed antibodies to deplete Tregs in mice in actively induced experimental autoimmune neuritis (EAN). Furthermore antibody-depletion was performed in an adoptive transfer model of chronic neuritis. Early Treg depletion increased clinical EAN severity both in active and adoptive transfer chronic neuritis. This was accompanied by increased proliferation of myelin specific T cells and histological signs of peripheral nerve inflammation. Late stage Treg depletion after initial disease manifestation however did not exacerbate inflammatory neuropathy symptoms further. We conclude that Tregs determine disease severity in experimental autoimmune neuropathies during the initial priming phase, but have no major disease modifying function after disease manifestation. Potential future therapeutic approaches targeting Tregs should thus be performed early in inflammatory neuropathies.
Breakdown of the blood-brain barrier (BBB) is an early hallmark of multiple sclerosis (MS), a progressive inflammatory disease of the central nervous system. Cell adhesion in the BBB is modulated by sphingosine-1-phosphate (S1P), a signaling protein, via S1P receptors (S1P\(_1\)). Fingolimod phosphate (FTY720-P) a functional S1P\(_1\) antagonist has been shown to improve the relapse rate in relapsing-remitting MS by preventing the egress of lymphocytes from lymph nodes. However, its role in modulating BBB permeabilityin particular, on the tight junction proteins occludin, claudin 5 and ZO-1has not been well elucidated to date. In the present study, FTY720-P did not change the transendothelial electrical resistance in a rat brain microvascular endothelial cell (RBMEC) culture exposed to inflammatory conditions and thus did not decrease endothelial barrier permeability. In contrast, occludin was reduced in RBMEC culture after adding FTY720-P. Additionally, FTY720-P did not alter the amount of endothelial matrix metalloproteinase (MMP)-9 and MMP-2 in RBMEC cultures. Taken together, our observations support the assumption that S1P\(_1\) plays a dual role in vascular permeability, depending on its ligand. Thus, S1P\(_1\) provides a mechanistic basis for FTY720-P-associated disruption of endothelial barrierssuch as the blood-retinal barrierwhich might result in macular edema.
Background: The trophic, anti-apoptotic and regenerative effects of bone marrow mesenchymal stromal cells (MSC) may reduce neuronal cell loss in neurodegenerative disorders.
Methods: We used MSC as a novel candidate therapeutic tool in a pilot phase-I study for patients affected by progressive supranuclear palsy (PSP), a rare, severe and no-option form of Parkinsonism. Five patients received the cells by infusion into the cerebral arteries. Effects were assessed using the best available motor function rating scales (UPDRS, Hoehn and Yahr, PSP rating scale), as well as neuropsychological assessments, gait analysis and brain imaging before and after cell administration.
Results: One year after cell infusion, all treated patients were alive, except one, who died 9 months after the infusion for reasons not related to cell administration or to disease progression (accidental fall). In all treated patients motor function rating scales remained stable for at least six-months during the one-year follow-up.
Conclusions: We have demonstrated for the first time that MSC administration is feasible in subjects with PSP. In these patients, in whom deterioration of motor function is invariably rapid, we recorded clinical stabilization for at least 6 months. These encouraging results pave the way to the next randomized, placebo-controlled phase-II study that will definitively provide information on the efficacy of this innovative approach.
Highlights
• Beta-Guided programming is an innovative approach that may streamline the programming process for PD patients with STN DBS.
• While preliminary findings from our study suggest that Beta Titration may potentially mitigate STN overstimulation and enhance symptom control,
• Our results demonstrate that beta-guided programming significantly reduces programming time, suggesting it could be efficiently integrated into routine clinical practice using a commercially available patient programmer.
Background
Subthalamic nucleus deep brain stimulation (STN-DBS) is an effective treatment for advanced Parkinson's disease (PD). Clinical outcomes after DBS can be limited by poor programming, which remains a clinically driven, lengthy and iterative process. Electrophysiological recordings in PD patients undergoing STN-DBS have shown an association between STN spectral power in the beta frequency band (beta power) and the severity of clinical symptoms. New commercially-available DBS devices now enable the recording of STN beta oscillations in chronically-implanted PD patients, thereby allowing investigation into the use of beta power as a biomarker for DBS programming.
Objective
To determine the potential advantages of beta-guided DBS programming over clinically and image-guided programming in terms of clinical efficacy and programming time.
Methods
We conducted a randomized, blinded, three-arm, crossover clinical trial in eight Parkinson's patients with STN-DBS who were evaluated three months after DBS surgery. We compared clinical efficacy and time required for each DBS programming paradigm, as well as DBS parameters and total energy delivered between the three strategies (beta-, clinically- and image-guided).
Results
All three programming methods showed similar clinical efficacy, but the time needed for programming was significantly shorter for beta- and image-guided programming compared to clinically-guided programming (p < 0.001).
Conclusion
Beta-guided programming may be a useful and more efficient approach to DBS programming in Parkinson's patients with STN-DBS. It takes significantly less time to program than traditional clinically-based programming, while providing similar symptom control. In addition, it is readily available within the clinical DBS programmer, making it a valuable tool for improving current clinical practice.
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.
Introduction: Reversible posterior leukoencephalopathy syndrome – a reversible subacute global encephalopathy clinically presenting with headache, altered mental status, visual symptoms such as hemianopsia or cortical blindness, motor symptoms, and focal or generalized seizures – is characterized by a subcortical vasogenic edema symmetrically affecting posterior brain regions. Complete reversibility of both clinical signs and magnetic resonance imaging lesions is regarded as a defining feature of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome. Reversible posterior leukoencephalopathy syndrome is almost exclusively seen in the setting of a predisposing clinical condition, such as pre-eclampsia, systemic infections, sepsis and shock, certain autoimmune diseases, various malignancies and cytotoxic chemotherapy, transplantation and concomitant immunosuppression (especially with calcineurin inhibitors) as well as episodes of abrupt hypertension. We describe for the first time clinical, radiological and histological findings in a case of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome with an irreversible and fatal outcome occurring in the absence of any of the known predisposing clinical conditions except for a hypertensive episode.
Case presentation: A 58-year-old Caucasian woman presented with a two-week history of subacute and progressive occipital headache, blurred vision and imbalance of gait and with no evidence for raised arterial blood pressure during the two weeks previous to admission. Her past medical history was unremarkable except for controlled arterial hypertension. Cerebral magnetic resonance imaging demonstrated cortical and subcortical lesions with combined vasogenic and cytotoxic edema atypical for both venous congestion and arterial infarction. Routine laboratory and cerebrospinal fluid parameters were normal. The diagnosis of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome was established.
Within hours after admission the patient showed a rapidly decreasing level of consciousness, extension and flexion synergisms, bilaterally extensor plantar responses and rapid cardiopulmonary decompensation requiring ventilatory and cardiocirculatory support. Follow-up cerebral imaging demonstrated widespread and confluent cytotoxic edematous lesions in different arterial territories, global cerebral swelling, and subsequent upper and lower brainstem herniation. Four days after admission, the patient was declared dead because of brain death.
Conclusion: This case demonstrates that fulminant and fatal reversible posterior leukoencephalopathy syndrome may occur spontaneously, that is, in the absence of any of the known predisposing systemic conditions.
Introduction: Reversible posterior leukoencephalopathy syndrome – a reversible subacute global encephalopathy clinically presenting with headache, altered mental status, visual symptoms such as hemianopsia or cortical blindness, motor symptoms, and focal or generalized seizures – is characterized by a subcortical vasogenic edema symmetrically affecting posterior brain regions. Complete reversibility of both clinical signs and magnetic resonance imaging lesions is regarded as a defining feature of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome. Reversible posterior leukoencephalopathy syndrome is almost exclusively seen in the setting of a predisposing clinical condition, such as pre-eclampsia, systemic infections, sepsis and shock, certain autoimmune diseases, various malignancies and cytotoxic chemotherapy, transplantation and concomitant immunosuppression (especially with calcineurin inhibitors) as well as episodes of abrupt hypertension. We describe for the first time clinical, radiological and histological findings in a case of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome with an irreversible and fatal outcome occurring in the absence of any of the known predisposing clinical conditions except for a hypertensive episode.
Case presentation: A 58-year-old Caucasian woman presented with a two-week history of subacute and progressive occipital headache, blurred vision and imbalance of gait and with no evidence for raised arterial blood pressure during the two weeks previous to admission. Her past medical history was unremarkable except for controlled arterial hypertension. Cerebral magnetic resonance imaging demonstrated cortical and subcortical lesions with combined vasogenic and cytotoxic edema atypical for both venous congestion and arterial infarction. Routine laboratory and cerebrospinal fluid parameters were normal. The diagnosis of reversible posterior leukoencephalopathy syndrome was established. Within hours after admission the patient showed a rapidly decreasing level of consciousness, extension and flexion synergisms, bilaterally extensor plantar responses and rapid cardiopulmonary decompensation requiring ventilatory and cardiocirculatory support. Follow-up cerebral imaging demonstrated widespread and confluent cytotoxic edematous lesions in different arterial territories, global cerebral swelling, and subsequent upper and lower brainstem herniation. Four days after admission, the patient was declared dead because of brain death.
Conclusion: This case demonstrates that fulminant and fatal reversible posterior leukoencephalopathy syndrome may occur spontaneously, that is, in the absence of any of the known predisposing systemic conditions.
Natalizumab ist ein humanisierter monoklonaler Antikörper gegen das Oberflächenadhäsionsmolekül Integrin α-4, der zur Therapie von schweren Verlaufsformen der Multiplen Sklerose (MS) zugelassen ist. Integrin α-4/β-1 wird durch Leukozyten exprimiert und steuert deren Extravasation über die Bindung an VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1) auf Endothelzellen. Natalizumab wirkt über eine Blockade der Leukozytenadhäsion. In einigen Publikationen konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass Integrin α-4 auch auf zerebralen Endothelzellen von Mäusen und Ratten exprimiert wird. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression und Funktion von Integrin α-4 in kultivierten primären humanen zerebralen Endothelzellen untersucht.
Die im Rahmen dieser Arbeit an verschiedenen Einzelspenderpräparationen durchgeführten FACS-Analysen zeigten, dass Integrin α-4 in unterschiedlicher Ausprägung auf primären zerebralen Endothelzellisolationen nachzuweisen war. Mit Hilfe immunzytochemischer Färbungen konnte ein spezifisches Verteilungsmuster des Integrin α-4 in Form eines feinen, granulären Musters im Bereich des Zellleibes dokumentiert werden.
In Adhäsionsversuchen zeigten Integrin α-4-exprimierende Endothelzellen nach Zugabe von Natalizumab in niedriger Konzentration eine verminderte Fähigkeit zur Haftung an Fibronectin, einem Bindungspartner in der extrazellulären Matrix. In hohen Konzentrationen dominierte im eingesetzten experimentellen System ein unspezifischer Blockadeeffekt, der auch mit Kontrollantikörpern zu beobachten war.
In MS-Läsionen findet sich auch die lösliche Form des VCAM-1 (sVCAM-1), die möglicherweise mit endothelialem Integrin α-4 interagiert. Daher wurde mit Hilfe von Western-Blot-Untersuchungen die intrazelluläre Signaltransduktion unter Stimulation mit sVCAM-1 untersucht. Es zeigte sich wie in anderen Endothelarten vorbeschrieben eine Aktivierung des p38-MAP-Kinase-Signalweges.
Zusammenfassend wurde demonstriert, dass primäre humane zerebrale Endothelzellen Integrin α-4 exprimieren und dass dieses wahrscheinlich nicht nur für die mechanische Verankerung in der Extrazellulärmatrix eine Bedeutung besitzt, sondern auch als Induktor intrazellulärer Signaltransduktion fungiert, welche die Schrankeneigenschaften zerebraler Endothelzellen beeinflussen könnte.
Introduction
CD4+ T cells express K2P5.1 (TWIK-related acid-sensitive potassium channel 2 (TASK2); KCNK5), a member of the two-pore domain potassium channel family, which has been shown to influence T cell effector functions. Recently, it was shown that K2P5.1 is upregulated upon (autoimmune) T cell stimulation. The aim of this study was to correlate expression levels of K2P5.1 on T cells from patients with rheumatoid arthritis (RA) to disease activity in these patients.
Methods
Expression levels of K2P5.1 were measured by RT-PCR in the peripheral blood of 58 patients with RA and correlated with disease activity parameters (C-reactive protein levels, erythrocyte sedimentation rates, disease activity score (DAS28) scores). Twenty patients undergoing therapy change were followed-up for six months. Additionally, synovial fluid and synovial biopsies were investigated for T lymphocytes expressing K2P5.1.
Results
K2P5.1 expression levels in CD4+ T cells show a strong correlation to DAS28 scores in RA patients. Similar correlations were found for serological inflammatory parameters (erythrocyte sedimentation rate, C-reactive protein). In addition, K2P5.1 expression levels of synovial fluid-derived T cells are higher compared to peripheral blood T cells. Prospective data in individual patients show a parallel behaviour of K2P5.1 expression to disease activity parameters during a longitudinal follow-up for six months.
Conclusions
Disease activity in RA patients correlates strongly with K2P5.1 expression levels in CD4+ T lymphocytes in the peripheral blood in cross-sectional as well as in longitudinal observations. Further studies are needed to investigate the exact pathophysiological mechanisms and to evaluate the possible use of K2P5.1 as a potential biomarker for disease activity and differential diagnosis.
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.
No abstract available
This expert opinion paper on cardiac imaging after acute ischemic stroke or transient ischemic attack (TIA) includes a statement of the "Heart and Brain" consortium of the German Cardiac Society and the German Stroke Society. The Stroke Unit-Commission of the German Stroke Society and the German Atrial Fibrillation NETwork (AFNET) endorsed this paper. Cardiac imaging is a key component of etiological work-up after stroke. Enhanced echocardiographic tools, constantly improving cardiac computer tomography (CT) as well as cardiac magnetic resonance imaging (MRI) offer comprehensive non- or less-invasive cardiac evaluation at the expense of increased costs and/or radiation exposure. Certain imaging findings usually lead to a change in medical secondary stroke prevention or may influence medical treatment. However, there is no proof from a randomized controlled trial (RCT) that the choice of the imaging method influences the prognosis of stroke patients. Summarizing present knowledge, the German Heart and Brain consortium proposes an interdisciplinary, staged standard diagnostic scheme for the detection of risk factors of cardio-embolic stroke. This expert opinion paper aims to give practical advice to physicians who are involved in stroke care. In line with the nature of an expert opinion paper, labeling of classes of recommendations is not provided, since many statements are based on expert opinion, reported case series, and clinical experience.
CD4 T-Zellen wurden lange als die vor allem pathogen wirkenden Immunzellen bei chronisch entzündlichen ZNS-Erkrankungen angesehen. Wir untersuchten die Wirkung von CD8 T-Zellen in der EAE (exp. autoimmunen Enzephalomyelitis = Tiermodell der Multiplen Sklerose) anhand von beta2-Mikroglobulin knock-out Mäusen (fehlende CD8 T-Zellen). Ergebnis: im Vergleich zu den Wildtyptieren zeigten die Knock-outs eine signifikant stärker ausgeprägte Erkrankung bei der mit verschiedenen Antigenen (MOG, MBP) induzierten EAE mit erhöhter Mortalität. Histologisch fnad sich eine vermehrte Infiltration von Makrophagen und Mikroglia. Die Demyelinisierung war bei den Knock-outs stärker ausgeprägt, ebenso auch der axonale Schaden. Das Fehlen von funktionellen CD8 T-Zellen führte demnach zu einer Verstärkung der autoimmunen Gewebsschädigung im ZNS.
Background
Long-term support of stroke patients living at home is often delivered by family caregivers (FC). We identified characteristics of stroke patients being associated with receiving care by a FC 3-months (3 M) after stroke, assessed positive and negative experiences and individual burden of FC caring for stroke patients and determined factors associated with caregiving experiences and burden of FC 3 M after stroke.
Methods
Data were collected within TRANSIT-Stroke, a regional telemedical stroke-network comprising 12 hospitals in Germany. Patients with stroke/TIA providing informed consent were followed up 3 M after the index event. The postal patient-questionnaire was accompanied by an anonymous questionnaire for FC comprising information on positive and negative experiences of FC as well as on burden of caregiving operationalized by the Caregiver Reaction Assessment and a self-rated burden-scale, respectively. Multivariable logistic and linear regression analyses were performed.
Results
Between 01/2016 and 06/2019, 3532 patients provided baseline and 3 M-follow-up- data and 1044 FC responded to questionnaires regarding positive and negative caregiving experiences and caregiving burden. 74.4% of FC were older than 55 years, 70.1% were women and 67.5% were spouses. Older age, diabetes and lower Barthel-Index in patients were significantly associated with a higher probability of receiving care by a FC at 3 M. Positive experiences of FC comprised the importance (81.5%) and the privilege (70.0%) of caring for their relative; negative experiences of FC included financial difficulties associated with caregiving (20.4%). Median overall self-rated burden was 30 (IQR: 0–50; range 0–100). Older age of stroke patients was associated with a lower caregiver burden, whereas younger age of FC led to higher burden. More than half of the stroke patients in whom a FC questionnaire was completed did self-report that they are not being cared by a FC. This stroke patient group tended to be younger, more often male with less severe stroke and less comorbidities who lived more often with a partner.
Conclusions
The majority of caregivers wanted to care for their relatives but experienced burden at the same time. Elderly patients, patients with a lower Barthel Index at discharge and diabetes are at higher risk of needing care by a family caregiver.
Trial registration
The study was registered at “German Clinical Trial Register”: DRKS00011696. https://www.drks.de/drks_web/navigate.do?navigationId=trial.HTML&TRIAL_ID=DRKS00011696
Background
Regulatory CD4\(^+\)CD25\(^+\)FoxP3\(^+\) T cells (Treg) are a subgroup of T lymphocytes involved in maintaining immune balance. Disturbance of Treg number and impaired suppressive function of Treg correlate with Parkinson’s disease severity. Superagonistic anti-CD28 monoclonal antibodies (CD28SA) activate Treg and cause their expansion to create an anti-inflammatory environment.
Methods
Using the AAV1/2-A53T-α-synuclein Parkinson’s disease mouse model that overexpresses the pathogenic human A53T-α-synuclein (hαSyn) variant in dopaminergic neurons of the substantia nigra, we assessed the neuroprotective and disease-modifying efficacy of a single intraperitoneal dose of CD28SA given at an early disease stage.
Results
CD28SA led to Treg expansion 3 days after delivery in hαSyn Parkinson’s disease mice. At this timepoint, an early pro-inflammation was observed in vehicle-treated hαSyn Parkinson’s disease mice with elevated percentages of CD8\(^+\)CD69\(^+\) T cells in brain and increased levels of interleukin-2 (IL-2) in the cervical lymph nodes and spleen. These immune responses were suppressed in CD28SA-treated hαSyn Parkinson’s disease mice. Early treatment with CD28SA attenuated dopaminergic neurodegeneration in the SN of hαSyn Parkinson’s disease mice accompanied with reduced brain numbers of activated CD4\(^+\), CD8\(^+\) T cells and CD11b\(^+\) microglia observed at the late disease-stage 10 weeks after AAV injection. In contrast, a later treatment 4 weeks after AAV delivery failed to reduce dopaminergic neurodegeneration.
Conclusions
Our data indicate that immune modulation by Treg expansion at a timepoint of overt inflammation is effective for treatment of hαSyn Parkinson’s disease mice and suggest that the concept of early immune therapy could pose a disease-modifying option for Parkinson’s disease patients.
Excitability of the supplementary motor area in Parkinson's disease depends on subcortical damage
(2019)
Background
Cortical dysfunctioning significantly contributes to the pathogenesis of motor symptoms in Parkinson's disease (PD).
Objective
We aimed at testing whether an acute levodopa administration has measurable and specific cortical effects possibly related to striatal dopaminergic deficit.
Methods
In thirteen PD patients, we measured the electroencephalographic responses to transcranial magnetic stimulation (TMS/EEG) of the supplementary motor area and superior parietal lobule (n = 8) before and after an acute intake of levodopa. We also performed a single-photon emission computed tomography and [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane to identify the more affected and the less affected brain side in each patient, according to the dopaminergic innervation loss of the putamen. Cortical excitability changes before and after an acute intake of levodopa were computed and compared between the more and the less affected brain side at the single-patient as well as at the group level.
Results
We found that levodopa intake induces a significant increase (P < 0.01) of cortical excitability nearby the supplementary motor area in the more affected brain side, greater (P < 0.025) than in the less affected brain side. Notably, cortical excitability changes nearby the superior parietal lobule were not statistically significant.
Conclusions
These results strengthen the idea that dysfunction of specific cortico-subcortical circuits may contribute to pathophysiology of PD symptoms. Most important, they support the use of navigated TMS/EEG as a non-invasive tool to better understand the pathophysiology of PD.
Background: Compensation of brain injury in multiple sclerosis (MS) may in part work through mechanisms involving neuronal plasticity on local and interregional scales. Mechanisms limiting excessive neuronal activity may have special significance for retention and (re-)acquisition of lost motor skills in brain injury. However, previous neurophysiological studies of plasticity in MS have investigated only excitability enhancing plasticity and results from neuroimaging are ambiguous. Thus, the aim of this study was to probe long-term depression-like central motor plasticity utilizing continuous theta-burst stimulation (cTBS), a non-invasive brain stimulation protocol. Because cTBS also may trigger behavioral effects through local interference with neuronal circuits, this approach also permitted investigating the functional role of the primary motor cortex (M1) in force control in patients with MS. Methods: We used cTBS and force recordings to examine long-term depression-like central motor plasticity and behavioral consequences of a M1 lesion in 14 patients with stable mild-to-moderate MS (median EDSS 1.5, range 0 to 3.5) and 14 age-matched healthy controls. cTBS consisted of bursts (50 Hz) of three subthreshold biphasic magnetic stimuli repeated at 5 Hz for 40 s over the hand area of the left M1. Corticospinal excitability was probed via motor-evoked potentials (MEP) in the abductor pollicis brevis muscle over M1 before and after cTBS. Force production performance was assessed in an isometric right thumb abduction task by recording the number of hits into a predefined force window. Results: cTBS reduced MEP amplitudes in the contralateral abductor pollicis brevis muscle to a comparable extent in control subjects (69 ± 22% of baseline amplitude, p < 0.001) and in MS patients (69 ± 18%, p < 0.001). In contrast, postcTBS force production performance was only impaired in controls (2.2 ± 2.8, p = 0.011), but not in MS patients (2.0 ± 4.4, p = 0.108). The decline in force production performance following cTBS correlated with corticomuscular latencies (CML) in MS patients, but did not correlate with MEP amplitude reduction in patients or controls. Conclusions: Long-term depression-like plasticity remains largely intact in mild-to-moderate MS. Increasing brain injury may render the neuronal networks less responsive toward lesion-induction by cTBS.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Eignung der im Rahmen der Routinediagnostik verfügbaren, aber unzu¬reichend charakterisierten Analyten Beta-2-Mikroglobulin (β2-Mikroglobulin), Laktat und Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) als Biomarker untersucht. Dazu wurden 6.310 an der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Würzburg gewonnene Liquorproben analysiert. Näher analysiert wurden 276 Fälle mit nicht entzünd¬lichen neurologischen Erkrankungen (NIND; Kontrollgruppe) und 438 nicht immuntherapeutisch behandelte MS-Fälle (Untersuchugsgruppe). Bei den MS-Fällen wurde die Verlaufs¬form und Krankheitsaktivität (klinische Schübe, Progressionsindex) dokumentiert. Es zeigte sich eine deutliche Altersabhängigkeit der Liquorspiegel von β2-Mikroglobulin, Laktat und ACE in der MS- und Kontrollgruppe, was für die sich anschließenden weiteren Vergleichsuntersuchungen eine Korrektur erforderte und zumindest teilweise die wider¬sprüchliche Datenlage bisheriger Studien erklären könnte. MS-Fälle zeigten im Liquor im Vergleich zu Kontrollen erhöhte β2-Mikroglobulin- und Laktat- sowie er¬niedrigte ACE-Spiegel. In beiden Gruppen korrelierten die β2-Mikroglobulin- und ACE-Spiegel positiv miteinander. Bei der getrennten Analyse der MS-Verlaufsformen zeigten Fälle mit klinisch isoliertem Syndrom (CIS) und schubförmig remittierender MS (RRMS) erhöhte β2-Mikroglobulin-Spiegel, Fälle mit sekundär bzw. primär pro¬gredienter MS (SPMS bzw. PPMS) dagegen nicht. Die Laktat-Spiegel waren lediglich bei CIS-Fällen erhöht. Fälle mit schubförmigen Verläufen zeigten reduzierte ACE-Spiegel. Die Krankheitsaktivität wurde durch die Parameter nicht zuverlässig abgebildet. Die Laktat-Spiegel waren tendenziell bei einem Schub erhöht, das Ergebnis war nach Korrektur aber nicht mehr signifikant. Die Laktat-Spiegel korrelierten zudem positiv mit dem Progressionsindex. Die vorliegenden Befunde belegen, dass die untersuchten Analyten alleine nicht in der Lage sind, die Verlaufsform, Krankheitsaktivität und -dauer zu beurteilen. Die deutlichen Unterschiede zwischen schubförmigen und chronisch progredienten Verläufen unterstützen jedoch die Hypothese unterschiedlicher zugrundeliegender Pathomechanismen und könnten als Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen dienen.
Background: An inducible release of soluble junctional adhesion molecule-A (sJAM-A) under pro-inflammatory conditions was described in cultured non-CNS endothelial cells (EC) and increased sJAM-A serum levels were found to indicate inflammation in non-CNS vascular beds. Here we studied the regulation of JAM-A expression in cultured brain EC and evaluated sJAM-A as a serum biomarker of blood-brain barrier (BBB) function. Methodology/Principal Findings: As previously reported in non-CNS EC types, pro-inflammatory stimulation of primary or immortalized (hCMEC/D3) human brain microvascular EC (HBMEC) induced a redistribution of cell-bound JAM-A on the cell surface away from tight junctions, along with a dissociation from the cytoskeleton. This was paralleled by reduced immunocytochemical staining of occludin and zonula occludens-1 as well as by increased paracellular permeability for dextran 3000. Both a self-developed ELISA test and Western blot analysis detected a constitutive sJAM-A release by HBMEC into culture supernatants, which importantly was unaffected by pro-inflammatory or hypoxia/reoxygenation challenge. Accordingly, serum levels of sJAM-A were unaltered in 14 patients with clinically active multiple sclerosis compared to 45 stable patients and remained unchanged in 13 patients with acute ischemic non-small vessel stroke over time. Conclusion: Soluble JAM-A was not suited as a biomarker of BBB breakdown in our hands. The unexpected non-inducibility of sJAM-A release at the human BBB might contribute to a particular resistance of brain EC to inflammatory stimuli, protecting the CNS compartment.
Evaluation der antihyperalgetischen wie neuroregenerativen Potenz von Topiramat nach peripherer Nervenläsion. Untersuchung im Tiermodell nach CCI / Crush-Nervenläsion. Verhaltenstestungen, morphometrisch histologische Analysen, Immunhistochemische Färbungen, elektrophysiologische Studien sowie RT-PCR. Topiramat zeigte hierbei - modulierende Wirkung auf die Entwicklung einer mechanischen Hyperalgesie wie Kälteallodynie nach CCI, auf Hitzehyperalgesie wie Kälteallodynia nach Crush - keine neuroprotektive oder pro-regenerative Wirkung in den von uns verwendeten Läsionsmodellen - eine ausgeprägte Modulation des zellulären Zytokinmilieus distal der Nervenläsion im Sinne einer Hochregulation proinflammatorischer Zytokine.
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.
Ischemic disorders are the leading cause of death worldwide. The extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) are thought to affect the outcome of ischemic stroke. However, it is under debate whether activation or inhibition of ERK1/2 is beneficial. In this study, we report that the ubiquitous overexpression of wild-type ERK2 in mice (ERK2\(^{wt}\)) is detrimental after transient occlusion of the middle cerebral artery (tMCAO), as it led to a massive increase in infarct volume and neurological deficits by increasing blood–brain barrier (BBB) leakiness, inflammation, and the number of apoptotic neurons. To compare ERK1/2 activation and inhibition side-by-side, we also used mice with ubiquitous overexpression of the Raf-kinase inhibitor protein (RKIP\(^{wt}\)) and its phosphorylation-deficient mutant RKIP\(^{S153A}\), known inhibitors of the ERK1/2 signaling cascade. RKIP\(^{wt}\) and RKIP\(^{S153A}\) attenuated ischemia-induced damages, in particular via anti-inflammatory signaling. Taken together, our data suggest that stimulation of the Raf/MEK/ERK1/2-cascade is severely detrimental and its inhibition is rather protective. Thus, a tight control of the ERK1/2 signaling is essential for the outcome in response to ischemic stroke.
Hereditäre periphere Neuropathien sind chronische Erkrankungen des peripheren Nervensystems, einhergehend mit Muskelschwäche und sensorischer Dysfunktion. Die Merkelzelle als Mechanorezeptor der Haut wird von einer myelinisierten langsam adaptierenden Afferenz (Aß) innerviert. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit als sekundärer Indikator für die distale Innervation in P0-defizienten Mäusen, ein Tiermodell der hereditären motorisch-sensorischen Déjérine-Sottas-Neuropathie, die Merkelzellzahl in der Haut dieser Tiere untersucht. Zusätzlich wurde untersucht, ob durch den Gendefekt das unmyelinisierte Nervenfasersystem der Haut und das Vorkommen von Neurotrophinen (NT-3, NGF) in den P0-defizienten Mäusen beeinflußt wird. Zur Anwendung kamen 6 Wochen, 4 Monate und 6 Monate alte Wildtyp- und P0-defiziente Mäuse. Unter Zuhilfenahme immunhistochemischer Färbemethoden, computergestützter und lichtmikroskopischer Auswerteverfahren konnte ein Verlust von Merkelzellen in behaarter als auch in unbehaarter Haut mit fortschreitenden Alter der Tiere gezeigt werden. Die Bestimmung des NT-3- und NGF-Gehaltes mittels enzymgekoppelten Assays ergab keine signifikante Reduktion des Vorkommens dieser Neurotrophine. Neben dem beträchtlichen Verlust an Merkelzellen konnte man keinen Effekt auf unmyelinisierte intraepidermale Nervenfasern nachweisen. Im Gegensatz dazu stellte eine parallel durchgeführte Studie an Nervus femoralis und Nervus ischiadicus in 6 Monate alten P0-defizienten Tieren eine 70 Prozent Reduktion myelinisierter Axone fest, so daß wir daraus eine Abhängigkeit der Merkelzelle von ihrer assoziierten myelinisierten SAI-Afferenz sowohl in behaarter als auch in unbehaarter Haut in den P0-defizienten Tieren schlußfolgerten. Der Verlust an Merkelzellen und die Beeinträchtigung von myelinisierten Nervenfasern in den P0-defizienten Tieren kann nicht als sekundäre Wirkung eines veränderten trophischen Gehaltes an NT-3 oder NGF angesehen werden, sondern ist vielmehr durch den axonalen Verlust erklärbar. Die intraepidermalen unmyelinisierten Nervenfasern bleiben durch den Gendefekt unbeeinflußt, so daß die Mutation im P0-Gen eine Spezifität für das myelinisierte Nervenfasersystem zeigt. Wichtige Ergebnisse dieser Arbeit wurden bereits veröffentlicht.
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
Pain is an early symptom of Fabry disease (FD) and is characterized by a unique phenotype with mainly episodic acral and triggerable burning pain. Recently, we designed and validated the first pain questionnaire for adult FD patients in an interview and a self-administered version in German: the Wurzburg Fabry Pain Questionnaire (FPQ). We now report the validation of the English version of the self-administered FPQ (enFPQ).
Methods
After two forward-backward translations of the FPQ by native German and native English speakers, the enFPQ was applied at The Mark Holland Metabolic Unit, Manchester, UK for validation. Consecutive patients with genetically ascertained FD and current or previous FD pain underwent a face-to-face interview using the enFPQ. Two weeks later, patients filled in the self-administered enFPQ at home. The agreement between entries collected by supervised administration and self-administration of the enFPQ was assessed via Gwet's AC1-statistics (AC1) for nominal-scaled scores and intraclass correlation coefficient (ICC) for interval-scaled elements.
Results
Eighty-three FD patients underwent the face-to-face interview and 54 patients sent back a completed self-administered version of the enFPQ 2 weeks later. We found high agreement with a mean AC1-statistics of 0.725 for 55 items, and very high agreement with a mean ICC of 0.811 for 9 items.
Conclusions
We provide the validated English version of the FPQ for self-administration in adult FD patients. The enFPQ collects detailed information on the individual FD pain phenotype and thus builds a solid basis for better pain classification and treatment in patients with FD.
Endogenous antibodies contribute to macrophage-mediated demyelination in a mouse model for CMT1B
(2015)
Background
We could previously identify components of both the innate and the adaptive immune system as disease modifiers in the pathogenesis of models for Charcot-Marie-Tooth (CMT) neuropathies type 1B and 1X. As part of the adaptive immune system, here we investigated the role of antibodies in a model for CMT1B.
Methods
Antibodies were localized and characterized in peripheral nerves of the CMT1B model by immunohistochemistry and Western blot analysis. Experimental ablation of antibodies was performed by cross breeding the CMT1B models with mutants deficient in B-lymphocytes (JHD−/− mutants). Ameliorated demyelination by antibody deficiency was reverted by intravenous injection of mouse IgG fractions. Histopathological analysis was performed by immunocytochemistry and light and quantitative electron microscopy.
Results
We demonstrate that in peripheral nerves of a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies strongly decorate endoneurial tubes of peripheral nerves. These antibodies comprise IgG and IgM subtypes and are preferentially, but not exclusively, associated with nerve fiber aspects nearby the nodes of Ranvier. In the absence of antibodies, the early demyelinating phenotype is substantially ameliorated. Reverting the neuropathy by reconstitution with murine IgG fractions identified accumulating antibodies as potentially pathogenic at this early stage of disease.
Conclusions
Our study demonstrates that in a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies contribute to early macrophage-mediated demyelination and disease progression. Thus, both the innate and adaptive immune system are mutually interconnected in a genetic model for demyelination. Since in Wallerian degeneration antibodies have also been shown to be involved in myelin phagocytosis, our study supports our view that inherited demyelination and Wallerian degeneration share common mechanisms, which are detrimental when activated under nonlesion conditions.
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.
Background: Hereditary spastic paraplegias (HSPs) are characterised by lower limb spasticity due to degeneration of the corticospinal tract. We set out for an electrophysiological characterisation of motor and sensory tracts in patients with HSP.
Methods: We clinically and electrophysiologically examined a cohort of 128 patients with genetically confirmed or clinically probable HSP. Motor evoked potentials (MEPs) to arms and legs, somato-sensory evoked potentials of median and tibial nerves, and nerve conduction studies of tibial, ulnar, sural, and radial nerves were assessed.
Results: Whereas all patients showed clinical signs of spastic paraparesis, MEPs were normal in 27% of patients and revealed a broad spectrum with axonal or demyelinating features in the others. This heterogeneity can at least in part be explained by different underlying genotypes, hinting for distinct pathomechanisms in HSP subtypes. In the largest subgroup, SPG4, an axonal type of damage was evident. Comprehensive electrophysiological testing disclosed a more widespread affection of long fibre tracts involving peripheral nerves and the sensory system in 40%, respectively. Electrophysiological abnormalities correlated with the severity of clinical symptoms.
Conclusions: Whereas HSP is primarily considered as an upper motoneuron disorder, our data suggest a more widespread affection of motor and sensory tracts in the central and peripheral nervous system as a common finding in HSP. The distribution patterns of electrophysiological abnormalities were associated with distinct HSP genotypes and could reflect different underlying pathomechanisms. Electrophysiological measures are independent of symptomatic treatment and may therefore serve as a reliable biomarker in upcoming HSP trials.
Blood–brain barrier (BBB) disruption is a critical event after ischemic stroke, which results in edema formation and hemorrhagic transformation of infarcted tissue. BBB dysfunction following stroke is partly mediated by proinflammatory agents. We recently have shown that high frequency stimulation of the mesencephalic locomotor region (MLR-HFS) exerts an antiapoptotic and anti-inflammatory effect in the border zone of cerebral photothrombotic stroke in rats. Whether MLR-HFS also has an impact on BBB dysfunction in the early stage of stroke is unknown. In this study, rats were subjected to photothrombotic stroke of the sensorimotor cortex and implantation of a stimulating microelectrode into the ipsilesional MLR. Thereafter, either HFS or sham stimulation of the MLR was applied for 24 h. After scarifying the rats, BBB disruption was assessed by determining albumin extravasation and tight junction integrity (claudin 3, claudin 5, and occludin) using Western blot analyses and immunohistochemistry. In addition, by applying zymography, expression of pro-metalloproteinase-9 (pro-MMP-9) was analyzed. No differences were found regarding infarct size and BBB dysfunction between stimulated and unstimulated animals 24 h after induction of stroke. Our results indicate that MLR-HFS neither improves nor worsens the damaged BBB after stroke. Attenuating cytokines/chemokines in the perilesional area, as mediated by MLR-HFS, tend to play a less significant role in preventing the BBB integrity.
Deep brain stimulation of the mesencephalic locomotor region (MLR) improves the motor symptoms in Parkinson’s disease and experimental stroke by intervening in the motor cerebral network. Whether high-frequency stimulation (HFS) of the MLR is involved in non-motor processes, such as neuroprotection and inflammation in the area surrounding the photothrombotic lesion, has not been elucidated. This study evaluates whether MLR-HFS exerts an anti-apoptotic and anti-inflammatory effect on the border zone of cerebral photothrombotic stroke. Rats underwent photothrombotic stroke of the right sensorimotor cortex and the implantation of a microelectrode into the ipsilesional MLR. After intervention, either HFS or sham stimulation of the MLR was applied for 24 h. The infarct volumes were calculated from consecutive brain sections. Neuronal apoptosis was analyzed by TUNEL staining. Flow cytometry and immunohistochemistry determined the perilesional inflammatory response. Neuronal apoptosis was significantly reduced in the ischemic penumbra after MLR-HFS, whereas the infarct volumes did not differ between the groups. MLR-HFS significantly reduced the release of cytokines and chemokines within the ischemic penumbra. MLR-HFS is neuroprotective and it reduces pro-inflammatory mediators in the area that surrounds the photothrombotic stroke without changing the number of immune cells, which indicates that MLR-HFS enables the function of inflammatory cells to be altered on a molecular level.
ZIEL: An möglichst großer Fallzahl und vergleichbarem Patientenkollektiv zu überprüfen, ob eine niedrigdosierte Heparintherapie für Patienten mit intracerebralen Blutungen schädliche oder nützliche Auswirkungen hat. METHODEN: retrospektive Analyse von 238 Patienten mit Stammganglienblutungen hinsichtlich Heparinbehandlung sowie operativer vs. konservativer Behandlung und folgende Auswirkung auf Blutungskomplikation, thrombembolische Ereignisse, Mortalität und funktionellem Outcome nach dem GOS. ERGEBNIS: kein Nachblutungsrisiko, durchweg günstigere Prognose für heparinbehandelte Patienten (86% im Kollektiv), bei tendenziell positiver Patientenselektion, weitere prospektive Studien gerechtfertigt und wünschenswert; operative Therapieindikation streng zu stellen
Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien stellen als häufigste erblich bedingte neurologische Erkrankungen eine Gruppe genetisch heterogener, chronisch progredienter peripherer Polyneuropathien dar. Die Lebensqualität der Patienten ist bei fehlender kurativer Therapieoption vor allem durch motorische und sensorische Defizite deutlich eingeschränkt. In verschiedenen Studien konnte die pathophysiologische Relevanz einer sekundären Entzündungsreaktion, insbesondere durch Makrophagen und Lymphozyten vermittelt, in Mausmodellen dreier CMT1 Subtypen (CMT1A, CMT1B, CMT1X) aufgezeigt werden. Auch in Folge einer Läsion peripherer Nerven ist eine akute Entzündungsreaktion von entscheidender Bedeutung, wobei sich bereits Gemeinsamkeiten zwischen der postläsionalen Waller´schen Degeneration (WD) und CMT1 Neuropathien identifizieren ließen. Während die aktive Beteiligung der Autophagie Schwann´scher Zellen (hier kurz SZ Autophagie genannt) an der Myelindegradation im Falle einer WD jedoch vielfach beschrieben wurde, ist Ähnliches in CMT1 Neuropathien bisher nur unzureichend untersucht. Da in einer Studie in Cx32def Mausmodellen der CMT1X Erkrankung auch nach Reduktion endoneuraler Makrophagen anhaltende Demyelinisierung beobachtet werden konnte, sollte das Vorkommen von SZ Autophagie sowie deren mögliche Beeinflussung durch Makrophagen in diesen Myelinmutanten untersucht werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Wildtyp (Wt) Mäuse in ex vivo und in vivo Modellen einer WD als auch Cx32def Myelinmutanten zweier Altersstufen (4 und 12 Monate) mit einem niedermolekularen CSF1-Rezeptor-Inhibitor (CSF1RI) zur Reduktion endoneuraler Makrophagen behandelt, wobei sich vergleichende histochemische bzw. immunhistochemische Analysen peripherer Nerven behandelter und unbehandelter Tiere anschlossen.
Im Rahmen der Etablierung immunhistochemischer Methodik zeigte sich hierbei unter den kontrollierten Bedingungen einer ex vivo Ischiasnervenkultur eine vermehrte Aktivierung der SZ Autophagie in behandelten Wt Mäusen. Auch 4 Monate alte behandelte Cx32def Tiere wiesen, verglichen mit unbehandelten Myelinmutanten bzw. Wt Mäusen derselben Altersstufe, eine vermehrte autophagische Aktivität in SZ auf. Diese scheint sich jedoch im weiteren Verlauf der Erkrankung zu reduzieren, da im Falle der 12 Monate alten Cx32def Modelltiere weniger autophagisch aktive SZ Profile bzw. kaum Unterschiede zwischen behandelten und unbehandelten Tieren beobachtet werden konnten.
Die Ergebnisse lassen somit eine mögliche aktive Beteiligung von SZ Autophagie insbesondere in der Pathophysiologie der frühen Phase einer CMT1X Erkrankung sowie deren Beeinflussung durch endoneurale Makrophagen vermuten. Dies sollte vornehmlich in der Entwicklung von Therapiestrategien der CMT1X bedacht werden, da sich eine frühe Reduktion pathophysiologisch relevanter endoneuraler Makrophagen somit auch nachteilig auf die Myelinintegrität auswirken könnte.
Zeitliche Diskrimination somatosensorischer und kinästhetischer Stimuli wurde als neurophysiologisches Korrelat für propriozeptive Präzision postuliert und bei verschiedenen Bewegungsstörungen als pathologisch beschrieben. Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss von Alter und Polyneuropathie auf die kinästhetische (TDMT) und taktile (STDT) zeitliche Wahrnehmungsschwelle sowie die propriozeptive Genauigkeit bei Zeigeversuchen systematisch zu untersuchen.
Hierfür wurden 54 gesunde Probanden und 25 Polyneuropathie-Patienten im Alter zwischen 30 und 76 Jahren untersucht. Die STDT-Messung erfolgte mit Oberflächenelektroden, die an der Zeigefingerspitze bzw. am Großzehengrundgelenk angebracht wurden. Die TDMT-Werte wurden mit Hilfe einer sterilen Nadelelektrode erfasst, welche in den Musculus flexor carpi radialis bzw. Musculus tibialis anterior inseriert wurde.
Die Daten zur Propriozeption wurden mit Hilfe eines Goniometers erhoben und beinhalteten dabei aktive Zeigeaufgaben (Zeigen auf eine LED, Nachahmung einer Bewegung anhand einer auf einem Computerbildschirm dargebotenen PFEIL-Darstellung unterschiedlicher Länge) und die Einschätzung der Position der jeweiligen Extremität nach passiver Bewegung (PASSIV). Die Messungen erfolgten jeweils ohne visuelle Rückmeldung. Die Zeigefehler (Abweichung von der Zielposition) bzw. Schätzfehler (Abweichung der geschätzten von der tatsächlichen Position nach passiver Auslenkung) wurden als Maß der propriozeptiven Präzision verwendet.
Die Ergebnisse der gesunden Probandengruppe zeigten, dass höheres Alter mit höheren STDT- und TDMT-Werten korrelierte. Die Polyneuropathie-Patienten erzielten in allen Bereichen (Diskriminationsschwellen und Propriozeptionsaufgaben) signifikant schlechtere Ergebnisse als die gesunde Kontrollgruppe.
Zusätzlich konnte eine statistisch signifikante positive Korrelation zwischen der propriozeptiven Präzision bei den aktiven Zeige-Aufgaben (LED und PFEIL) und den zeitlichen Diskriminationsschwellen (STDT und TDMT) gezeigt werden.
In Anbetracht dieser Ergebnisse sollten das Patienten-Alter und mögliche Störungen der peripheren Nervenleitung berücksichtigt werden, wenn STDT-und TDMT-Bestimmungen bei Patienten mit Bewegungsstörungen angewendet werden. Die Korrelation zwischen den Diskriminationsschwellen und der Performance bei aktiven Zeigeversuchen (PFEIL- und LED-Aufgabe) legt nahe, dass STDT und TDMT Indikatoren der propriozeptiven Funktion sein könnten. Es ist weitere Forschungsarbeit notwendig, um diese Beziehung exakt zu beleuchten. Im Falle einer Bestätigung der Befunde auch bei Patienten mit Bewegungsstörungen erscheint denkbar, dass sich STDT und TDMT als vergleichsweise leicht messbare und gut quantifizierbare Parameter der Propriozeption herausstellen mit Potenzial zur differenzialdiagnostischen Anwendung, möglicherweise aber auch als Surrogatparameter einer gezielten rehabilitativen Behandlung.
Efficacy of transcranial direct current stimulation in people with multiple sclerosis: a review
(2022)
Background and purpose
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease causing a wide range of symptoms including motor and cognitive impairment, fatigue and pain. Over the last two decades, non-invasive brain stimulation, especially transcranial direct current stimulation (tDCS), has increasingly been used to modulate brain function in various physiological and pathological conditions. However, its experimental applications for people with MS were noted only as recently as 2010 and have been growing since then. The efficacy for use in people with MS remains questionable with the results of existing studies being largely conflicting. Hence, the aim of this review is to paint a picture of the current state of tDCS in MS research grounded on studies applying tDCS that have been done to date.
Methods
A keyword search was performed to retrieve articles from the earliest article identified until 14 February 2021 using a combination of the groups (1) ‘multiple sclerosis’, ‘MS’ and ‘encephalomyelitis’ and (2) ‘tDCS’ and ‘transcranial direct current stimulation’.
Results
The analysis of the 30 articles included in this review underlined inconsistent effects of tDCS on the motor symptoms of MS based on small sample sizes. However, tDCS showed promising benefits in ameliorating fatigue, pain and cognitive symptoms.
Conclusion
Transcranial direct current stimulation is attractive as a non-drug approach in ameliorating MS symptoms, where other treatment options remain limited. The development of protocols tailored to the individual's own neuroanatomy using high definition tDCS and the introduction of network mapping in the experimental designs might help to overcome the variability between studies.
Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders (NMOSD) are associated with autoantibodies (ABs) targeting the astrocytic aquaporin-4 water channels (AQP4-ABs). These ABs have a direct pathogenic role by initiating a variety of immunological and inflammatory processes in the course of disease. In a recently-established animal model, chronic intrathecal passive-transfer of immunoglobulin G from NMOSD patients (NMO-IgG), or of recombinant human AQP4-ABs (rAB-AQP4), provided evidence for complementary and immune-cell independent effects of AQP4-ABs. Utilizing this animal model, we here tested the effects of systemically and intrathecally applied pooled human immunoglobulins (IVIg) using a preventive and a therapeutic paradigm. In NMO-IgG animals, prophylactic application of systemic IVIg led to a reduced median disease score of 2.4 on a 0–10 scale, in comparison to 4.1 with sham treatment. Therapeutic IVIg, applied systemically after the 10th intrathecal NMO-IgG injection, significantly reduced the disease score by 0.8. Intrathecal IVIg application induced a beneficial effect in animals with NMO-IgG (median score IVIg 1.6 vs. sham 3.7) or with rAB-AQP4 (median score IVIg 2.0 vs. sham 3.7). We here provide evidence that treatment with IVIg ameliorates disease symptoms in this passive-transfer model, in analogy to former studies investigating passive-transfer animal models of other antibody-mediated disorders.
Background: Multimodal rehabilitation improves fatigue and mobility in persons with multiple sclerosis (PwMS). Effects are transient and may be conserved by internet-based physical activity promotion programs. Objective: Evaluate the effects of internet-based physical activity and exercise promotion on fatigue, quality of life, and gait in PwMS after inpatient rehabilitation. Methods: PwMS (Expanded Disability Status Scale (EDSS) ≤ 6.0, fatigue: Würzburg Fatigue Inventory for Multiple Sclerosis (WEIMuS) ≥ 32) were randomized into an intervention group (IG) or a control group (CG). After rehabilitation, IG received 3 months of internet-based physical activity promotion, while CG received no intervention. Primary outcome: self-reported fatigue (WEIMuS). Secondary outcomes: quality of life (Multiple Sclerosis Impact Scale 29, MSIS-29), gait (2min/10m walking test, Tinetti score). Measurements: beginning (T0) and end (T1) of inpatient rehabilitation, 3 (T2) and 6 (T3) months afterwards. Results: 64 of 84 PwMS were analyzed (IG: 34, CG: 30). After rehabilitation, fatigue decreased in both groups. At T2 and T3, fatigue increased again in CG but was improved in IG (p < 0.001). MSIS-29 improved in both groups at T1 but remained improved at T2 and T3 only in IG. Gait improvements were more pronounced in IG at T2. Conclusions: The study provides Class II evidence that the effects of rehabilitation on fatigue, quality of life, and gait can be maintained for 3–6 months with an internet-based physical activity and exercise promotion program.
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.
Effects of dopamine on BDNF / TrkB mediated signaling and plasticity on cortico-striatal synapses
(2021)
Progressive loss of voluntary movement control is the central symptom of Parkinson's disease (PD). Even today, we are not yet able to cure PD. This is mainly due to a lack of understanding the mechanisms of movement control, network activity and plasticity in motor circuits, in particular between the cerebral cortex and the striatum. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) has emerged as one of the most important factors for the development and survival of neurons, as well as for synaptic plasticity. It is thus an important target for the development of new therapeutic strategies against neurodegenerative diseases. Together with its receptor, the Tropomyosin receptor kinase B (TrkB), it is critically involved in development and function of the striatum. Nevertheless, little is known about the localization of BDNF within presynaptic terminals in the striatum, as well as the types of neurons that produce BDNF in the cerebral cortex. Furthermore, the influence of midbrain derived dopamine on the control of BDNF / TrkB interaction in striatal medium spiny neurons (MSNs) remains elusive so far. Dopamine, however, appears to play an important role, as its absence leads to drastic changes in striatal synaptic plasticity. This suggests that dopamine could regulate synaptic activity in the striatum via modulation of BDNF / TrkB function. To answer these questions, we have developed a sensitive and reliable protocol for the immunohistochemical detection of endogenous BDNF. We find that the majority of striatal BDNF is provided by glutamatergic, cortex derived afferents and not dopaminergic inputs from the midbrain. In fact, we found BDNF in cell bodies of neurons in layers II-III and V of the primary and secondary motor cortex as well as layer V of the somatosensory cortex. These are the brain areas that send dense projections to the dorsolateral striatum for control of voluntary movement. Furthermore, we could show that these projection neurons significantly downregulate the expression of BDNF during the juvenile development of mice between 3 and 12 weeks.
In parallel, we found a modulatory effect of dopamine on the translocation of TrkB to the cell surface in postsynaptic striatal Medium Spiny Neurons (MSNs). In MSNs of the direct pathway (dMSNs), which express dopamine receptor 1 (DRD1), we observed the formation of TrkB aggregates in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA) model of PD. This suggests that DRD1 activity controls TrkB surface expression in these neurons. In contrast, we found that DRD2 activation has opposite effects in MSNs of the indirect pathway (iMSNs). Activation of DRD2 promotes a rapid decrease in TrkB surface expression which was reversible and depended on cAMP. In parallel, stimulation of DRD2 led to induction of phospho-TrkB (pTrkB). This effect was significantly slower than the effect on TrkB surface expression and indicates that TrkB is transactivated by DRD2. Together, our data provide evidence that dopamine triggers dual modes of plasticity on striatal MSNs by acting on TrkB surface expression in DRD1 and DRD2 expressing MSNs. This surface expression of the receptor is crucial for the binding of BDNF, which is released from corticostriatal afferents. This leads to the induction of TrkB-mediated downstream signal transduction cascades and long-term potentiation (LTP). Therefore, the dopamine-mediated translocation of TrkB could be a mediator that modulates the balance between dopaminergic and glutamatergic signaling to allow synaptic plasticity in a spatiotemporal manner. This information and the fact that TrkB is segregated to persistent aggregates in PD could help to improve our understanding of voluntary movement control and to develop new therapeutic strategies beyond those focusing on dopaminergic supply.
We have previously shown that targeting endoneurial macrophages with the orally applied CSF-1 receptor specific kinase (c-FMS) inhibitor PLX5622 from the age of 3 months onwards led to a substantial alleviation of the neuropathy in mouse models of Charcot-Marie-Tooth (CMT) 1X and 1B disease, which are genetically-mediated nerve disorders not treatable in humans. The same approach failed in a model of CMT1A (PMP22-overexpressing mice, line C61), representing the most frequent form of CMT. This was unexpected since previous studies identified macrophages contributing to disease severity in the same CMT1A model. Here we re-approached the possibility of alleviating the neuropathy in a model of CMT1A by targeting macrophages at earlier time points. As a proof-of-principle experiment, we genetically inactivated colony-stimulating factor-1 (CSF-1) in CMT1A mice, which resulted in lower endoneurial macrophage numbers and alleviated the neuropathy. Based on these observations, we pharmacologically ablated macrophages in newborn CMT1A mice by feeding their lactating mothers with chow containing PLX5622, followed by treatment of the respective progenies after weaning until the age of 6 months. We found that peripheral neuropathy was substantially alleviated after early postnatal treatment, leading to preserved motor function in CMT1A mice. Moreover, macrophage depletion affected the altered Schwann cell differentiation phenotype. These findings underscore the targetable role of macrophage-mediated inflammation in peripheral nerves of inherited neuropathies, but also emphasize the need for an early treatment start confined to a narrow therapeutic time window in CMT1A models and potentially in respective patients.
Background
Human cerebral small vessel disease (CSVD) has distinct histopathologic and imaging findings in its advanced stages. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats (SHRSP), a well-established animal model of CSVD, we recently demonstrated that cerebral microangiopathy is initiated by early microvascular dysfunction leading to the breakdown of the blood–brain barrier and an activated coagulatory state resulting in capillary and arteriolar erythrocyte accumulations (stases). In the present study, we investigated whether initial microvascular dysfunction and other stages of the pathologic CSVD cascade can be detected by serial magnetic resonance imaging (MRI).
Findings
Fourteen SHRSP and three control (Wistar) rats (aged 26–44 weeks) were investigated biweekly by 3.0 Tesla (3 T) MRI. After perfusion, brains were stained with hematoxylin–eosin and histology was correlated with MRI data. Three SHRSP developed terminal CSVD stages including cortical, hippocampal, and striatal infarcts and macrohemorrhages, which could be detected consistently by MRI. Corresponding histology showed small vessel thromboses and increased numbers of small perivascular bleeds in the infarcted areas. However, 3 T MRI failed to visualize intravascular erythrocyte accumulations, even in those brain regions with the highest densities of affected vessels and the largest vessels affected by stases, as well as failing to detect small perivascular bleeds.
Conclusion
Serial MRI at a field strength of 3 T failed to detect the initial microvascular dysfunction and subsequent small perivascular bleeds in SHRSP; only terminal stages of cerebral microangiopathy were reliably detected. Further investigations at higher magnetic field strengths (7 T) using blood- and flow-sensitive sequences are currently underway.
Background:
Fabry disease is an inherited metabolic disorder characterized by progressive lysosomal accumulation of lipids in a variety of cell types, including neural cells. Small, unmyelinated nerve fibers are particularly affected and small fiber peripheral neuropathy often clinically manifests at young age. Peripheral pain can be chronic and/or occur as provoked attacks of excruciating pain. Manifestations of dysfunction of small autonomic fibers may include, among others, impaired sweating, gastrointestinal dysmotility, and abnormal pain perception. Patients with Fabry disease often remain undiagnosed until severe complications involving the kidney, heart, peripheral nerves and/or brain have arisen.
Methods:
An international expert panel convened with the goal to provide guidance to clinicians who may encounter unrecognized patients with Fabry disease on how to diagnose these patients early using simple diagnostic tests. A further aim was to offer recommendations to control neuropathic pain.
Results:
We describe the neuropathy in Fabry disease, focusing on peripheral small fiber dysfunction - the hallmark of early neurologic involvement in this disorder. The clinical course of peripheral pain is summarized, and the importance of medical history-taking, including family history, is highlighted. A thorough physical examination (e. g., angiokeratoma, corneal opacities) and simple non-invasive sensory perception tests could provide clues to the diagnosis of Fabry disease. Reported early clinical benefits of enzyme replacement therapy include reduction of neuropathic pain, and adequate management of residual pain to a tolerable and functional level can substantially improve the quality of life for patients.
Conclusions:
Our recommendations can assist in diagnosing Fabry small fiber neuropathy early, and offer clinicians guidance in controlling peripheral pain. This is particularly important since management of pain in young patients with Fabry disease appears to be inadequate.
Fabry disease (FD) is a rare life-threatening disorder caused by deficiency of the alpha-galactosidase A (GLA) enzyme with a characteristic pain phenotype. Impaired GLA production or function leads to the accumulation of the cell membrane compound globotriaosylceramide (Gb3) in the neurons of the dorsal root ganglia (DRG) of FD patients. Applying immunohistochemistry (IHC) and quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT PCR) analysis on DRG tissue of the GLA knockout (KO) mouse model of FD, we address the question of how Gb3 accumulation may contribute to FD pain and focus on the immune system and pain-associated ion channel gene expression. We show a higher Gb3 load in the DRG of young (<6 months) (p < 0.01) and old (≥12 months) (p < 0.001) GLA KO mice compared to old wildtype (WT) littermates, and an overall suppressed immune response in the DRG of old GLA KO mice, represented by a reduced number of CD206\(^+\) macrophages (p < 0.01) and lower gene expression levels of the inflammation-associated targets interleukin(IL)1b (p < 0.05), IL10 (p < 0.001), glial fibrillary acidic protein (GFAP) (p < 0.05), and leucine rich alpha-2-glycoprotein 1 (LRG1) (p < 0.01) in the DRG of old GLA KO mice compared to old WT. Dysregulation of immune-related genes may be linked to lower gene expression levels of the pain-associated ion channels calcium-activated potassium channel 3.1 (KCa3.1) and transient receptor potential ankyrin 1 channel (TRPA1). Ion channel expression might further be disturbed by impaired sphingolipid recruitment mediated via the lipid raft marker flotillin-1 (FLOT1). This impairment is represented by an increased number of FLOT1\(^+\) DRG neurons with a membranous expression pattern in old GLA KO mice compared to young GLA KO, young WT, and old WT mice (p < 0.001 each). Further, we provide evidence for aberrant behavior of GLA KO mice, which might be linked to dysregulated ion channel gene expression levels and disturbed FLOT1 distribution patterns. Behavioral testing revealed mechanical hypersensitivity in young (p < 0.01) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, heat hypersensitivity in young GLA KO mice (p < 0.001) compared to WT, age-dependent heat hyposensitivity in old GLA KO mice (p < 0.001) compared to young GLA KO mice, and cold hyposensitivity in young (p < 0.001) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, which well reflects the clinical phenotype observed in FD patients.
Dysregulated IGFBP5 expression causes axon degeneration and motoneuron loss in diabetic neuropathy
(2015)
Diabetic neuropathy (DNP), afflicting sensory and motor nerve fibers, is a major complication in diabetes.The underlying cellular mechanisms of axon degeneration are poorly understood. IGFBP5, an inhibitory binding protein for insulin-like growth factor 1 (IGF1) is highly up-regulated in nerve biopsies of patients with DNP. We investigated the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP5 in motor axons and sensory nerve fibers. These mice develop motor axonopathy and sensory deficits similar to those seen in DNP. Motor axon degeneration was also observed in mice in which the IGF1 receptor(IGF1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF1 on IGF1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF1 for IGF1R on motor axons, thus leading to progressive neurodegeneration. Inhibition of IGFBP5 could thus offer novel treatment strategies for DNP.
Highlights
• Dopamine receptor-1 activation induces TrkB cell-surface expression in striatal neurons
• Dopaminergic deficits cause TrkB accumulation and clustering in the ER
• TrkB clusters colocalize with cargo receptor SORCS-2 in direct pathway striatal neurons
• Intracellular TrkB clusters fail to fuse with lysosomes after dopamine depletion
Summary
Disturbed motor control is a hallmark of Parkinson’s disease (PD). Cortico-striatal synapses play a central role in motor learning and adaption, and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) from cortico-striatal afferents modulates their plasticity via TrkB in striatal medium spiny projection neurons (SPNs). We studied the role of dopamine in modulating the sensitivity of direct pathway SPNs (dSPNs) to BDNF in cultures of fluorescence-activated cell sorting (FACS)-enriched D1-expressing SPNs and 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-treated rats. DRD1 activation causes enhanced TrkB translocation to the cell surface and increased sensitivity for BDNF. In contrast, dopamine depletion in cultured dSPN neurons, 6-OHDA-treated rats, and postmortem brain of patients with PD reduces BDNF responsiveness and causes formation of intracellular TrkB clusters. These clusters associate with sortilin related VPS10 domain containing receptor 2 (SORCS-2) in multivesicular-like structures, which apparently protects them from lysosomal degradation. Thus, impaired TrkB processing might contribute to disturbed motor function in PD.
Introduction:
Fibromyalgia syndrome (FMS) and small fiber neuropathy (SFN) are distinct pain conditions that share commonalities and may be challenging as for differential diagnosis.
Objective:
To comprehensively investigate clinical characteristics of women with FMS and SFN to determine clinically applicable parameters for differentiation.
Methods:
We retrospectively analyzed medical records of 158 women with FMS and 53 with SFN focusing on pain-specific medical and family history, accompanying symptoms, additional diseases, and treatment. We investigated data obtained using standardized pain, depression, and anxiety questionnaires. We further analyzed test results and findings obtained in standardized small fiber tests.
Results:
FMS patients were on average ten years younger at symptom onset, described higher pain intensities requiring frequent change of pharmaceutics, and reported generalized pain compared to SFN. Pain in FMS was accompanied by irritable bowel or sleep disturbances, and in SFN by paresthesias, numbness, and impaired glucose metabolism (P < 0.01 each). Family history was informative for chronic pain and affective disorders in FMS (P < 0.001) and for neurological disorders in SFN patients (P < 0.001). Small fiber pathology in terms of skin denervation and/or thermal sensory threshold elevation was present in 110/158 (69.7 %) FMS patients and 39/53 (73.6 %) SFN patients. FMS patients mainly showed proximally reduced skin innervation and higher corneal nerve branch densities (p<0.001) whereas SFN patients were characterized by reduced cold detection and prolonged electrical A-delta conduction latencies (P < 0.05).
Conclusions:
Our data show that FMS and SFN differ substantially. Detailed pain, drug and family history, investigating blood glucose metabolism, and applying differential small fiber tests may help to improve diagnostic differentiation and targeted therapy.
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a heterogeneous chronic pain syndrome characterized by musculoskeletal pain and other key co-morbidities including fatigue and a depressed mood. FMS involves altered functioning of the central and peripheral nervous system (CNS, PNS) and immune system, but the specific molecular pathophysiology remains unclear. Anti-cholinergic treatment is effective in FMS patient subgroups, and cholinergic signaling is a strong modulator of CNS and PNS immune processes. Therefore, we used whole blood small RNA-sequencing of female FMS patients and healthy controls to profile microRNA regulators of cholinergic transcripts (CholinomiRs). We compared microRNA profiles with those from Parkinson's disease (PD) patients with pain as disease controls. We validated the sequencing results with quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and identified cholinergic targets. Further, we measured serum cholinesterase activity in FMS patients and healthy controls. Small RNA-sequencing revealed FMS-specific changes in 19 CholinomiRs compared to healthy controls and PD patients. qRT-PCR validated miR-182-5p upregulation, distinguishing FMS patients from healthy controls. mRNA targets of CholinomiRs bone morphogenic protein receptor 2 and interleukin 6 signal transducer were downregulated. Serum acetylcholinesterase levels and cholinesterase activity in FMS patients were unchanged. Our findings identified an FMS-specific CholinomiR signature in whole blood, modulating immune-related gene expression.
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.
Introduction
A novel neurostimulation system allows steering current in horizontal directions by combining segmented leads and multiple independent current control. The aim of this study was to evaluate directional DBS effects on parkinsonian motor features and adverse effects of subthalamic neurostimulation.
Methods
Seven PD patients implanted with the novel directional DBS system for bilateral subthalamic DBS underwent an extended monopolar review session during the first postoperative week, in which current thresholds were determined for rigidity control and stimulation-induced adverse effects using either directional or ring-mode settings.
Results
Effect or adverse effect thresholds were modified by directional settings for each of the 14 STN leads. Magnitude of change varied markedly between leads, as did orientation of optimal horizontal current steering.
Conclusion
Directional current steering through chronically implanted segmented electrodes is feasible, alters adverse effect and efficacy thresholds in a highly individual manner, and expands the therapeutic window in a monopolar review as compared to ring-mode DBS.
Dimethyl fumarate attenuates lymphocyte infiltration and reduces infarct size in experimental stroke
(2023)
Ischemic stroke is associated with exacerbated tissue damage caused by the activation of immune cells and the initiation of other inflammatory processes. Dimethyl fumarate (DMF) is known to modulate the immune response, activate antioxidative pathways, and improve the blood–brain barrier (BBB) after stroke. However, the specific impact of DMF on immune cells after cerebral ischemia remains unclear. In our study, male mice underwent transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) for 30 min and received oral DMF (15 mg/kg) or a vehicle immediately after tMCAO, followed by twice-daily administrations for 7 days. Infarct volume was assessed on T2-weighted magnetic resonance images on days 1 and 7 after tMCAO. Brain-infiltrating immune cells (lymphocytes, monocytes) and microglia were quantified using fluorescence-activated cell sorting. DMF treatment significantly reduced infarct volumes and brain edema. On day 1 after tMCAO, DMF-treated mice showed reduced lymphocyte infiltration compared to controls, which was not observed on day 7. Monocyte and microglial cell counts did not differ between groups on either day. In the acute phase of stroke, DMF administration attenuated lymphocyte infiltration, probably due to its stabilizing effect on the BBB. This highlights the potential of DMF as a therapeutic candidate for mitigating immune cell-driven damage in stroke.
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.
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.
Differential diagnosis of parkinsonism: a head-to-head comparison of FDG PET and MIBG scintigraphy
(2020)
[\(^{18}\)F]fluorodeoxyglucose (FDG) PET and [\(^{123}\)I]metaiodobenzylguanidine (MIBG) scintigraphy may contribute to the differential diagnosis of neurodegenerative parkinsonism. To identify the superior method, we retrospectively evaluated 54 patients with suspected neurodegenerative parkinsonism, who were referred for FDG PET and MIBG scintigraphy. Two investigators visually assessed FDG PET scans using an ordinal 6-step score for disease-specific patterns of Lewy body diseases (LBD) or atypical parkinsonism (APS) and assigned the latter to the subgroups multiple system atrophy (MSA), progressive supranuclear palsy (PSP), or corticobasal syndrome. Regions-of-interest analysis on anterior planar MIBG images served to calculate the heart-to-mediastinum ratio. Movement disorder specialists blinded to imaging results established clinical follow-up diagnosis by means of guideline-derived case vignettes. Clinical follow-up (1.7 +/- 2.3 years) revealed the following diagnoses: n = 19 LBD (n = 17 Parkinson's disease [PD], n = 1 PD dementia, and n = 1 dementia with Lewy bodies), n = 31 APS (n = 28 MSA, n = 3 PSP), n = 3 non-neurodegenerative parkinsonism; n = 1 patient could not be diagnosed and was excluded. Receiver operating characteristic analyses for discriminating LBD vs. non-LBD revealed a larger area under the curve for FDG PET than for MIBG scintigraphy at statistical trend level for consensus rating (0.82 vs. 0.69, p = 0.06; significant for investigator #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.04). The analysis of PD vs. MSA showed a similar difference (0.82 vs. 0.69, p = 0.11; rater #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.07). Albeit the notable differences in diagnostic performance did not attain statistical significance, the authors consider this finding clinically relevant and suggest that FDG PET, which also allows for subgrouping of APS, should be preferred.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P ≤ 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and-γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.05), and -γ (P ≤ 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.001), and -γ (P ≤ 0.05), and neutrophil infiltration (all P ≤ 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P ≤ 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P <= 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and -γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.05), and -γ (P <= 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.001), and -γ (P <= 0.05), and neutrophil infiltration (all P <= 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P <= 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Introduction
IgG4 autoantibodies against paranodal proteins are known to induce acute-onset and often severe sensorimotor autoimmune neuropathies. How autoantibodies reach their antigens at the paranode in spite of the myelin barrier is still unclear.
Methods
We performed in vitro incubation experiments with patient sera on unfixed and unpermeabilized nerve fibers and in vivo intraneural and intrathecal passive transfer of patient IgG to rats, to explore the access of IgG autoantibodies directed against neurofascin-155 and contactin-1 to the paranodes and their pathogenic effect.
Results
We found that in vitro incubation resulted in weak paranodal binding of anti-contactin-1 autoantibodies whereas anti-neurofascin-155 autoantibodies bound to the nodes more than to the paranodes. After short-term intraneural injection, no nodal or paranodal binding was detectable when using anti-neurofascin-155 antibodies. After repeated intrathecal injections, nodal more than paranodal binding could be detected in animals treated with anti-neurofascin-155, accompanied by sensorimotor neuropathy. In contrast, no paranodal binding was visible in rats intrathecally injected with anti-contactin-1 antibodies, and animals remained unaffected.
Conclusion
These data support the notion of different pathogenic mechanisms of anti-neurofascin-155 and anti-contactin-1 autoantibodies and different accessibility of paranodal and nodal structures.
Differences in stem cell marker and osteopontin expression in primary and recurrent glioblastoma
(2022)
Background
Despite of a multimodal approach, recurrences can hardly be prevented in glioblastoma. This may be in part due to so called glioma stem cells. However, there is no established marker to identify these stem cells.
Methods
Paired samples from glioma patients were analyzed by immunohistochemistry for expression of the following stem cell markers: CD133, Musashi, Nanog, Nestin, octamer-binding transcription factor 4 (Oct4), and sex determining region Y-box 2 (Sox2). In addition, the expression of osteopontin (OPN) was investigated. The relative number of positively stained cells was determined. By means of Kaplan–Meier analysis, a possible association with overall survival by marker expression was investigated.
Results
Sixty tissue samples from 30 patients (17 male, 13 female) were available for analysis. For Nestin, Musashi and OPN a significant increase was seen. There was also an increase (not significant) for CD133 and Oct4. Patients with mutated Isocitrate Dehydrogenase-1/2 (IDH-1/2) status had a reduced expression for CD133 and Nestin in their recurrent tumors. Significant correlations were seen for CD133 and Nanog between OPN in the primary and recurrent tumor and between CD133 and Nestin in recurrent tumors. By confocal imaging we could demonstrate a co-expression of CD133 and Nestin within recurrent glioma cells. Patients with high CD133 expression had a worse prognosis (22.6 vs 41.1 months, p = 0.013). A similar trend was seen for elevated Nestin levels (24.9 vs 41.1 months, p = 0.08).
Conclusions
Most of the evaluated markers showed an increased expression in their recurrent tumor. CD133 and Nestin were associated with survival and are candidate markers for further clinical investigation.
Multiple Sklerose ist eine chronisch degenerative Erkrankung des ZNS, deren Therapie-möglichkeiten noch immer begrenzt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde in vitro der selektive PDE-IV-Inhibitor Mesopram untersucht, welcher bereits in einer Phase II Studie bei Patienten mit klinisch gesicherter MS zum Einsatz kommt. Anhand von HBMEC’s, die als ein Model der menschlichen BHS gelten, konnten TJ’s (ZO-1, Claudin-3, Occludin), Adhäsionsmoleküle (ICAM, VCAM, MCAM), Zytokine und Chemokine (AR, Il-6, MCP-1, Il-8) und MMP-2 nachgewiesen werden. Diese Faktoren sind bei der Zerstörung der BHS in der Pathologie der MS beteiligt. Die Idee dieser Arbeit war es, durch die spezifische PDE-IV-Inhibition mit Mesopram die untersuchten Faktoren der BHS so zu beeinflussen, dass eine weitere Permeabilitätserhöhung verhindert werden könnte. Da es sich bei MS um eine inflammatorische Erkrankung handelt und TNFα in MS-Läsionen gefunden wird, wurde in dieser Arbeit TNFα als inflammatorischer Stimulus verwendet. Unter TNFα-Stimulation wurden die meisten der genannten Faktoren vermehrt exprimiert. Keine Veränderung unter TNFα zeigten Occludin, ZO-1, VCAM und MMP-2. Die HBMEC’s wurden über 24 und 48 h mit TNFα und Mesopram stimuliert. Es konnte in den unterschiedlichen Auswertungen (ELISA, FACS, Western Blot, Zymographie) keine regulatorische Modulation der verschiedenen Faktoren unter Mesopram-induzierter cAMP-Erhöhung nachgewiesen werden.
Zu den häufigsten Symptomen der Neuroborreliose zählen Meningopolyradikulitis, lymphozytäre Meningitis und eine Beteiligung von Hirnnerven. Die Diagnosestellung erfolgt anhand klinischer Symptomatik, Liquoranalyse und Antikörperuntersuchungen von Liquor und Serum. Besonders in der Frühphase der Infektion gestaltet sich die Diagnosesicherung aufgrund der noch fehlenden Antikörperreaktion jedoch oftmals sehr schwierig.
Die Ergebnisse mehrerer Studien legen nahe, dass CXCL-13 einen wertvollen Beitrag leisten könnte, um diese diagnostische Lücke zu schließen. Ziel der Studie war es, die Wertigkeit des Liquorbiomarkers CXCL-13 in der Diagnostik der Neuroborreliose und anderer neuroinflammatorischer Erkrankungen anhand eines großen unselektierten Kollektivs zu ermitteln, einen cut-off Wert für die Verwendung im klinischen Alltag zu definieren und die Ergebnisse mit der bestehenden Literatur zu vergleichen.
Dafür wurden am Klinikum Wels-Grieskirchen über einen Zeitraum von 3 Jahren alle Patienten analysiert, bei denen im Rahmen einer Liquorpunktion die CXCL-13 Konzentration bestimmt wurde. Die Patienten wurden anhand der Hauptdiagnose bei Entlassung in 12 Diagnosegruppen aufgeteilt, für die Einteilung der Neuroborreliose Patienten wurden die Diagnoseleitlinien der DGN herangezogen.
Alle Liquorproben wurden routinemäßig auf Zellzahl, Gesamteiweiß und Laktat untersucht, die CXCL-13 Konzentration wurde anhand eines enzyme-linked immunsorbent assay (CXCL-13 ELISA, Euroimmun) bestimmt.
Unter den 1410 augewerteten Patienten fanden sich 29 Fälle mit gesicherter Neuroborreliose sowie 9 Fälle mit wahrscheinlicher/möglicher Neuroborreliose. Beide Neuroborreliosegruppen zeigten eine deutlich erhöhte mediane CXCL-13 Konzentration (554pg/ml bzw. 649pg/ml), in der Gruppe der bakteriellen und Pilzinfektionen (n=6) fand sich ebenfalls ein deutlich erhöhter Median von 410pg/ml. Alle anderen Gruppen wiesen signifikant niedrigere CXCL-13 Konzentrationen auf (p<0,001), lediglich bei sechs Patienten aus der Gruppe der soliden Tumore, darunter ein kutanes Lymphom und fünf hirneigene Tumore, wurden Werte über 500pg/ml gefunden.
Anhand einer ROC-Kurve wurde der ideale cut-off für die Diagnose der gesicherten Neuroborreliose errechnet. Dieser lag bei 55,5pg/ml mit einer Sensitivität von 96,6% (95% KI 80,4-99,8%) und einer Spezifität von 94,9% (95% KI 93,5-95,9%).
Bei 28 der 29 gesicherten Neuroborreliosefälle konnte ein positiver Antikörperindex nachgewiesen werden, dies entspricht einer Sensitivität von 96,6%. Der direkte Erregernachweis mittels PCR wurde bei neun Patienten durchgeführt, er war lediglich in zwei Fällen positiv, die Sensitivität lag bei 22,2%.
Bei den Patienten mit wahrscheinlicher Neuroborreliose (n=5) war eine Bestimmung des Antikörper-Index nicht möglich, da entweder nur im Serum oder im Liquor borrelienspezifische Antikörper vorlagen. Alle Patienten zeigten eine typische klinische Symptomatik, eine lymphozytäre Pleozytose und deutlich erhöhte CXCL-13 Konzentrationen. Es erfolgte eine antibiotische Therapie mit Ceftriaxon, worauf die Symptomatik rasch rückläufig war.
Die Ergebnisse der Studie bestätigen die hohe Wertigkeit von CXCL-13 für die Diagnose der Neuroborreliose und belegen die Übertragbarkeit der bisherigen Funde auf ein unselektiertes Patientenkollektiv. Die CXCL-13 Bestimmung ist dem direkten Erregernachweis deutlich überlegen, dieser ist aufgrund der niedrigen Sensitivität lediglich als Bestätigungstest geeignet. Im Vergleich zum borrelienspezifischen Antikörper-Index ist CXCL-13 als in etwa ebenbürtig anzusehen. Besonders in der Frühphase der Infektion bietet die CXCL-13 Bestimmung aufgrund der Latenzzeit bis zur Nachweisbarkeit von Antikörpern jedoch einen deutlichen Vorteil. Zusätzlich fällt die CXCL-13 Konzentration nach erfolgter Therapie rasch wieder ab, wodurch es sich auch als Verlaufsparameter eignet. Ein positiver Antikörper-Index kann über viele Jahre persistieren, weshalb eine Unterscheidung zwischen akuter und abgelaufener Infektion unmöglich ist. Am sinnvollsten erscheint eine Kombination von CXCL-13 und Antikörper-Index, in Verbindung mit der klinischen Präsentation ergibt sich so eine sehr hohe diagnostische Sicherheit in allen Stadien der Erkrankung.
Eine Vielzahl von Patienten mit fortgeschrittener, beziehungsweise dialysepflichtiger Niereninsuffizienz entwickeln eine Polyneuropathie. Die Pathogenese der urämischen Neuropathie (UN) ist nicht geklärt, sodass auf der Suche nach dem Pathomechanismus auch ein Vitamin-B12-Mangel diskutiert werden muss, da dieser ähnliche Symptome wie die UN hervorrufen kann. Ziel dieser Studie war es, den Zusammenhang zwischen den Parametern des Vitamin-B12-Stoffwechsels und der UN darzustellen. In einer prospektiven Studie mit insgesamt 54 teilnehmenden Patienten wurden diese vor und nach einer Vitamin-B12-Substitution laborchemisch untersucht. Zudem erhielten die Patienten neben einer klinischen Untersuchung eine elektroneurographische Diagnostik des N. suralis und des N. tibialis, sowie eine QST-Untersuchung.
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.
Ziel der vorliegenden Arbeit war, zu untersuchen, ob Immunzellen den Schweregrad einer peripheren Neuropathie im Mausmodell von CMT1X (Cx32def (Cx32-defiziente) Maus) beeinflussen können. Mit Hilfe von immunhistochemischen Färbemethoden, lichtmikroskopischen, immunelektronenmikroskopischen und computergestützen konventionellen elektronenmikroskopischen Auswertungsverfahren wurde die Anzahl von endoneuralen Makrophagen und CD8+ T-Zellen, sowie die Morphologie von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln analysiert.. Aufgrund der vorliegenden Ergebnissen können dabei folgende Aussagen getroffen werden: 1. Makrophagen und CD8+ T-Zellen sind in Quadricepsnerven von Cx32-defizienten Mäusen hochreguliert, wobei die Anzahl der endoneuralen Makrophagen die Anzahl der CD8+ T-Zellen wesentlich übersteigt. Die Anzahl war altersabhängig und korrelierte mit dem Schweregrad des pathomorphologischen Bildes der peripheren Neuropathie. 2. Mit Immunelektronenmikroskopie haben wir eindeutig identifizierbare endoneurale Makrophagen innerhalb der endoneuralen Röhren in engem Kontakt zu demyelinisierten oder in Demyelinisierung begriffenen Axonen nachgewiesen. Endoneurale Makrophagen enthielten häufig Reste von phagozytiertem Myelin. 3. Bei Immun- und konventioneller Elektronenmikroskopie haben wir häufig ausgeprägte Kontakte zwischen Makrophagen und Fibroblasten beobachtet. 4. In Cx32def/RAG-1-/- Doppelmutanten, die zusätzlich zu der Myelinmutation auch keine reifen Lymphozyten beinhalten, ist eine signifikant geringere Hochregulation der Anzahl von endoneuralen Makrophagen nachweisbar, ebenso eine wesentliche Abmilderung der pathologischen Veränderungen von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln im Vergleich zu Cx32def/ RAG-1+/? Geschwistertieren. Diese Ergebnisse lassen die Schlußfolgerung zu, daß Makrophagen und CD8+ T-Zellen die primär genetisch-bedingte Demyelinisierung im Mausmodell für CMT1X wesentlich verstärkend beeinflussen. Aufgrund der ähnlichen Literaturdaten über das Mausmodell von CMT1B (P0+/- Mutante) können wir vermuten, daß die Interaktion zwischen Schwann- und Immunzellen eine wichtige Komponente der peripheren Demyelinisierung in Mausmodellen für CMT1 ist.
In der Puppenhandillusion (PHI) wird durch die synchrone Berührung der nicht-sichtbaren Hand des Probanden und einer sichtbaren Puppenhand ein illusio-näres Körperzugehörigkeitsgefühl induziert. Dieses Paradigma erlaubt es zu untersuchen, wie das Gehirn widersprüchliche multisensorische Informationen während einer perzeptiven Inferenz auflöst.
Vorausgehende Studien weisen darauf hin, dass der Konflikt zwischen visueller und propriozeptiver Information vor der PHI durch eine Abschwächung des so-matosensiblen Inputs behoben wird. Um herauszufinden, ob eine Exzitabilitäts-Minderung des primären somatosensiblen Kortex die PHI verstärken kann, kam die kathodale transkranielle Gleichstromstimulation (c-tDCS) zum Einsatz.
An dreißig gesunden Probanden wurde die PHI ohne (=baseline) und während tDCS untersucht. Jeder Proband erhielt kathodale, anodale und sham-Stimulation an drei unterschiedlichen Tagen im Abstand von je einer Woche. Das PHI-Paradigma wurde in sechs Distanzen (von 17,5 bis 67,5 cm) zwischen der eigenen Hand und der Puppenhand durchgeführt. Das Auftreten der PHI wurde anhand eines Fragebogens (Illusionsscore, IS) und der Abweichung der gefühlten Handposition in Bezug zur realen Position (relativer Drift, RD) evalu-iert. Die kathodale Stimulation war mit einem signifikanten Anstieg des IS im Vergleich zur anodalen Stimulation assoziiert, wohingegen die RD-Werte über alle Stimulationsarten hinweg vergleichbar waren.
Die fehlende Signifikanz zwischen Verum und Sham-Stimulation wurde auf die geringe Effektstärke bei vergleichsweise kleinem Probandenkollektiv bezogen.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch eine verstärkte Wahrnehmung der PHI unabhängig von demographischen Faktoren, wenn kathodale tDCS über dem kontralateralen primären somatosensiblen Kortex appliziert wurde. Dies unterstützt unsere Hypothese, dass eine Abschwächung der somatosensiblen Präzision den Weg für eine erleichterte Integration eines fremden Körperteils in das eigene Körperschema ebnet.
In dieser Arbeit wurde mit Hilfe von small-molecule Inhibitoren die Rolle von clathrin- und dynaminabhängigen Endozytosemechanismen bei der Aufnahme von anti-Amphiphysin-Autoantikörpern am Zellkulturmodell primärer hippocampaler Neurone untersucht. Hierbei konnte eine Beeinflussung der Autoaantikörperaufnahme durch die Intervention gezeigt werden. Außerdem erfolgte der Versuch der Etablierung eines siRNA knockdowns unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Traansfektionsreaaagenzien.
Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob dendritische Zellen eine Rolle beim ischämischen Schlaganfall spielen. Zur Beantwortung dieser Fragestellung wurde ein Mausmodell gewählt, in dem es nach Administration von Diphterietoxin zur selektiven Depletion CD11c positiver Zellen kommt (C.FVB-Tg(Itgax-DTR/EGFP)57Lan/J). Hierbei wird der Diphterietoxinrezeptor unter dem CD11c Promotor (ITGAX) exprimiert. Aufgrund der Wiederherstellung dendritischer Zellen nach ca. 24 Stunden waren wiederholte Applikationen von Diphterietoxin notwendig. Die Zusammensetzung anderer Immunzellen wurde dabei im Wesentlichen nicht geändert.
Für eine Schlaganfallinduktion wurde eine tMCAO (transient middle cerebral artery occlusion) durchgeführt. Hierbei wird durch Okklusion der A. cerebri media mittels Verschlussfilament für 30 oder 60 Minuten ein Schlaganfall im Mediastromgebiet induziert.
Es wurden unterschiedliche Verschlusszeiten, Zeitpunkte und Depletionsraten untersucht. In keinem der Versuchsansätze kam es zu einer signifikanten Veränderung des Schlaganfallvolumens nach Depletion CD11c positiver Zellen.
Mittels quantitativer real-time PCR wurde die Expression unterschiedlicher Zytokine nach tMCAO und CD11c-Depletion untersucht. An Tag 1 nach Schlaganfallinduktion und hoher Depletionsrate ergab sich eine Verminderung der Expression von IL-1β und IL-6, während an Tag 3 und niedriger Depletionsrate die Expression dieser Zytokine nach CD11c-Depletion zunahm. Grund hierfür könnte die Expression dieser Zytokine durch andere Zellen des Immunsystems, wie etwa neutrophile Granulozyten oder Mikroglia/Makrophagen sein, die möglicherweise einer regulatorischen Funktion durch die Interaktion von Dendritischen Zellen und regulatorischen T-Zellen unterliegen. Weitere experimentelle Ansätze sind notwendig, um diese Fragestellung beantworten zu können.
TGF-β zeigte durchgehend in allen Versuchsanordnungen eine verminderte Expression nach der Depletion dendritischer Zellen. Es ist naheliegend, dass dieses neuroprotektiv-regulatorische Zytokin direkt einer Produktion durch dendritische Zellen oder von nachfolgend aktivierten T-Zellen unterliegt.
In immunhistochemischen Studien konnte des Weiteren keine Änderung des Immigrationsverhaltens von CD11b+ Zellen ins Gehirn gesehen werden.
Diese Studie unterliegt jedoch einigen Limitationen. So stellte sich im Laufe der Experimente heraus, dass die wiederholte Applikation von Diphterietoxin zu einer erhöhten Mortalität der Versuchstiere führte. Nach Fertigstellung der Experimente erschien hierzu eine Publikation, welche die wiederholte Administration von DTX und die Entwicklung einer Myokarditis im gewählten Mausmodell in Zusammenhang brachte.
Verschiedene mögliche Pathomechanismen einer Campylobacter jejuni-spezifischen Immunantwort bei der Entstehung akuter Immunneuropathien wurden untersucht. Neben anderen wurden für die Untersuchungen auch C. jejuni-Stämme eingesetzt, welche von Guillain-Barré- (GBS) und Miller-Fisher-syndrome (MFS) Patienten isoliert worden waren. Es wurden Ultraschall-Gesamt-Homogenate der C. jejuni Stämme sowie von Salmonella typhimurium als Kontrollbakterium hergestellt. Anschließend wurden verschiedene Proteinfraktionen isoliert und die Lipopolysaccharide (LPS) der Bakterien isoliert. Durch Immunisierung von Ratten mit diesen C. jejuni-Präparationen konnten keine Krankheitszeichen der experimentellen autoimmunen Neuritis (EAN) ausgelöst werden. Trotz Produktion hoher Titer C. jejuni-spezifischer Antikörper verlief in diesen Tieren eine anschließend durch P2-spezifische T-Lymphozyten induzierte adoptiv transferierte EAN (AT-EAN) nicht schwerer als in mit komplettem Freund´schen Adjuvans (CFA) kontrollimmunisierten Ratten. Nach Immunisierung mit C. jejuni-Protein wurden C. jejuni-spezifische T-Zellen von Lewis-Ratten gewonnen, die mit allen getesteten C. jejuni-Stämmen als Antigen reagieren, jedoch zeigten C. jejuni-spezifische Ratten-T-Zellen in vitro keine Kreuzreaktivität mit PNS-Antigenen und induzierten in vivo keine Neuritis. Im Modell der EAN läßt sich durch Füttern des Antigens eine natürliche orale Toleranz induzieren, welche die Tiere gegen eine aktiv induzierte EAN resistent macht. Die immunologische Auswirkung der enteralen Gabe von C. jejuni-LPS auf die natürliche Immuntoleranz wurde untersucht. Dabei konnte bei diskrepanten Ergebnissen keine pathogene Bedeutung von enteralen C. jejuni-Antigenen in der Ratte festgestellt werden. Zur Generation und Untersuchung C. jejuni-spezifischer monoklonaler Antikörper wurden Balb/c-Mäuse mit C. jejuni-LPS-Präparationen in CFA immunisiert und die Milzzellen dieser Tiere mit Maus-Myelomzellen fusioniert. Es konnte eine Vielzahl von monoklonalen Antikörpern etabliert werden. Selektive Spezifitäten der monoklonalen Antikörper für C. jejuni-LPS oder -protein wurden detektiert, die meisten der monoklonalen Antikörper als IgM, einige als IgG charakterisiert. Die Antikörper reagieren mit allen getesteten C. jejuni-Stämmen sowohl im ELISA als auch im Western Blot kreuz. Eine Reaktivität der Antikörper mit verschiedenen Gangliosiden konnte nicht nachgewiesen werden. Zur Untersuchung eines elektrophysiologisch fassbaren blockierenden Effektes von C. jejuni-spezifischen Antikörpern wurden Makro-patch-clamp-Untersuchungen am Mäusezwerchfell mit dialysierten Seren von C. jejuni-immunisierten Ratten durchgeführt. Einige der C. jejuni-Antiseren blockierten die präsynaptische Quantenfreisetzung partiell. Dieser Effekt war C. jejuni-spezifisch und durch Salmonella-Antiserum oder Kontrollseren CFA-immunisierter Tiere nicht induzierbar. Ein von uns generierter monoklonaler IgG-Antikörper gegen C. jejuni-LPS wurde ebenfalls in Makro-patch-clamp-Untersuchungen getestet und blockierte die Quantenfreisetzung. Weiterhin wurden humane T-Zellen gegen C. jejuni HB 93-13 generiert. Es konnte erstmals gezeigt werden, daß diese Zellen mit anderen C. jejuni-Stämmen, jedoch nicht mit Salmonellen, kreuzreagieren und ausschließlich Proteine jedoch nicht LPS erkennen. Die generierten Zellen sind alle HLA-DR restringiert und der Phänotyp wurde als CD 4+/CD 8-, /-TZR+ identifiziert. Einige der C. jejuni-spezifischen T-Zell-Linien zeigten eine starke oder partielle Kreuzreaktivität mit humanem rekombinantem P2-Protein des PNS und mit einzelnen P2-Peptiden. Dieser Befund belegt erstmals, dass durch Konfrontation mit C. jejuni eine zelluläre Immunantwort angestoßen werden kann, die in autoimmuner Weise mit Myelinprotein des PNS kreuzreagiert.
Das Körperselbstgefühl stellt einen elementaren, jedoch selten beachteten Bestandteil unserer Wahrnehmung dar, ohne dass wir den Alltag nicht bewältigen könnten. Umso gravierender ist es, wenn dieses Selbstverständnis für den eigenen Körper oder für einen Körperteil durch z.B. einen Schlaganfall verloren geht. Die Grundlagen der Entstehung und der Störung des Körperselbstgefühles sind bisher nur teilweise bekannt. Diese Studie hat zwei Aspekte des Körperselbstgefühles bei Schlaganfallpatienten un-tersucht: die Störung der Puppenhandillusion als eine Unfähigkeit, eine Illusion der Zu-gehörigkeit einer Puppenhand zum eigenen Körper zu empfinden und Asomatognosie als eine spontane Störung des Zugehörigkeitsgefühles zur eigenen Hand. Mit der so genannten Puppenhandillusion (PHI) kann auf einfache Weise die Basis der Selbstidentifikation untersucht werden. Innerhalb kurzer Zeit entsteht bei dem Proban-den der Eindruck, eine vor ihm liegende Puppenhand gehöre zu ihm. Die PHI entsteht, wenn die eigene, für den Probanden verdeckte Hand und eine für den Probanden sicht-bare, direkt über der eigenen Hand platzierte, lebensgroße Puppenhand zeit- und orts-synchron an den Fingern mit Pinseln berührt und bestrichen werden. Es wurden 120 gesunde Probanden und 70 Schlaganfallpatienten an beiden Händen mit der PHI untersucht und das Vorhandensein der PHI durch einen anschließend beantworteten Fragebogen festgestellt. Zusätzlich wurden 64 Schlaganfallpatienten auf das Vorhandensein einer Asomatognosie hin untersucht. Eine Analyse der ischämischen Läsionen der Schlaganfallpatienten wurde mit den dif-fusionsgewichteten MRT-Bildern und frei im Internet erhältlicher Software durchge-führt. Die Ischämien wurden manuell als regions of interest (ROI) markiert und in den Standardraum des MNI152-Gehirns transformiert. Rechtshemisphärische Läsionen wurden über die Mittellinie gespiegelt. Es wurden Subtraktionsanalysen und ein voxel-based lesion-symptom mapping (VLSM) zur Feststellung der für die PHI und eine nor-male Somatognosie essentiellen Hirnregionen angewandt. Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) als reversible Läsionstechnik wurde über dem ventralen prämotorischen Kortex bei 8 Probanden durchgeführt. Erstmals wurde eine große Gruppe gesunder Probanden mit der PHI untersucht. Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede im Auftreten der PHI in Bezug auf Alter, Geschlecht, Körperseite und Händigkeit. Die PHI konnte bei 86% der Probanden an beiden Händen induziert werden. Bei der rTMS-Untersuchung konnte nach Stimulation des prämotorischen Kortex keine signifikante Änderung des Illusionserlebnisses beobachtet werden. Eine kontraläsional gestörte PHI fand sich bei 11 (16%), eine bilateral gestörte PHI bei zusätzlich 7 (10%) der 70 Schlaganfallpatienten. Wir fanden Läsionsvoxel innerhalb der subkortikalen weißen Substanz in direkter struk-tureller Nähe zum prämotorischen, präfrontalen und parietalen Kortex sowie zur Insel-region, welche eine signifikante Assoziation mit kontraläsionaler bzw. beidseitiger PHI-Störung aufweisen. Eine kontraläsionale Asomatognosie wurde bei 18 (28%) von 64 Schlaganfallpatienten gefunden. Asomatognosie korrelierte nicht mit einer gestörten PHI- weder in der klini-schen Untersuchung noch hinsichtlich der Läsionslokalisation. Unsere Resultate sind vereinbar mit einer Rolle des prämotorischen Kortex und dessen subkortikalen Verbindungen, sowie parietaler Hirnregionen und der Inselregion bei der Entstehung der PHI. Bei Schlaganfallpatienten korrelierte eine Störung der PHI und eine Asomatognosie nicht miteinander, folglich gehen wir von zwei unabhängig voneinander bestehenden Mechanismen aus, denen verschiedene neuronale Netzwerke zugrunde liegen.
Autoantikörper gegen nodo-paranodale Proteine des Ranvier’schen Schnürrings wie
Neurofascin-155 (NF-155), Contactin-1 und Caspr wurden in der Literatur bei
Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien beschrieben. Bei zwei bis zehn Prozent
der Patienten/Patientinnen mit Immunneuropathien können Autoantikörper gegen
Isoformen des Neurofascin detektiert werden. Patienten/Patientinnen mit
Autoantikörpern gegen NF-155 weisen gemeinsame klinische Merkmale auf, unter
anderem einen schweren Verlauf mit subakutem Beginn, vorwiegend motorischen
Defiziten, Tremor und einem schlechten Ansprechen auf eine Therapie mit intravenösen
Immunglobulinen (IVIG). Ein Grund für Letzteres könnte sein, dass es sich überwiegend
um Autoantikörper der Subklasse IgG4 handelt, die als anti-inflammatorisch gelten und
kein Komplement aktivieren. Neben der IgG4-Subklasse können bei manchen
Erkrankten auch die proinflammatorischen IgG-Subklassen 1 bis 3 nachgewiesen
werden. Bei der Anti-Pan-Neurofascin (155/140/186) Polyneuropathie zeigt sich klinisch
häufig ein fulminanter Phänotyp mit IgG3 Prädominanz. Das Ziel dieser Studie war, die
Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung zu detektieren, sowie die Rolle der
IgG Subklasse und die Effekte von IVIG auf Antikörperbindung, Komplementaktivierung
und Effektorfunktionen zu untersuchen.
Hierzu wurde das Serum von 212 Probanden/-innen mit der Verdachtsdiagnose einer
entzündlichen Neuropathie auf Autoantikörper gegen NF-155 mittels ELISA und
Bindungsversuchen an Mäusezupfnerven gescreent. Im Fall eines positiven
Ergebnisses dienten zellbasierte Bindungsversuche mit NF-155-transfizierten HEK-293-
Zellen als Bestätigungstest. Die Effekte unterschiedlicher IVIG Konzentrationen auf die
Antikörperbindung und Komplementablagerung wurden in ELISA,
Komplementbindungsassays und zellbasierten Verfahren getestet. Außerdem wurde
mithilfe von LDH-Zytotoxizitätsmessungen die Komplement-induzierte Zelllyse sowie die
Effekte von IVIG untersucht. Klinische Daten wurden retrospektiv ausgewertet.
Fünf Patienten/Patientinnen mit hohen Autoantikörpertitern gegen NF-155 und ein
Patient mit Anti-Pan-Neurofascin Autoantikörpern konnten in der Studie detektiert
werden. Der Patient mit Autoantikörpern gegen alle drei Isoformen des Neurofascins und
IgG3-Prädominanz zeigte die deutlichste Komplementablagerung. Bei drei
Patienten/Patientinnen, die IgG1, IgG2 und IgG4 aufwiesen, war eine Aktivierung des
Komplementsystems zu beobachten, während bei zwei Patienten mit prädominanter
IgG4-Antikörpersubklasse keine Komplementablagerung nachweisbar war. Bei
Letzteren war eine Therapie mit IVIG in der Vorgeschichte erfolglos, während es bei zwei
der Patienten/Patientinnen mit anderen IgG-Subklassen und Komplementbindung unter
IVIG Therapie zu einer mäßigen bis deutlichen Symptombesserung in der Akutphase
kam. Eine Koinkubation mit IVIG führte in den ELISA basierten und zellbasierten
Versuchen zu keinem Effekt auf die Autoantikörperbindung an das Zielantigen, jedoch
zu einer deutlichen Reduktion der Antikörper-vermittelten Komplementbindung. Diese
Reduktion war sowohl bei Koinkuabtion von IVIG mit dem Komplementfaktor C1q als
auch bei Präinkubation von IVIG vor C1q Gabe zu sehen. Bei zwei der
Patienten/Patientinnen mit hohen Komplementablagerungen konnte eine erhöhte
Zytotoxizität nachgewiesen werden, welche bei Zugabe von IVIG verringert wurde.
Schlussfolgernd ist die Autoantikörper-induzierte Komplementablagerung abhängig von
der prädominanten IgG Subklasse. IVIG führt zu einer deutlichen,
konzentrationsabhängigen Reduktion der Komplementablagerung, sowie möglicher
zytotoxischer Effektorfunktionen wie die Zytolyse myelinisierter Schwannzellen oder
Nervenaxonen. Darüber hinaus könnte die Subklassenanalyse von Erkrankten das
Therapieansprechen auf IVIG vorhersagen und sollte daher eine wichtige Rolle in der
Diagnostik der Nodo-Paranodopathie spielen. IVIG sowie andere über das
Komplementsystem wirkende Therapeutika können in der Behandlung der schwer
betroffenen Patienten/Patientinnen, insbesondere bei Anti-Pan-Neurofascin positiver
Neuropathie, in Betracht gezogen werden.
Das koinhibitorische Molekül B7-H1 beeinflusst adaptive Immunantworten und ist vermutlich an den Mechanismen zur Aufrechterhaltung peripherer Toleranz und der Limitierung inflammatorischen Schadens beteiligt. Zusätzlich kommt DZ eine entscheidende Bedeutung in der Entwicklung, Aufrechterhaltung und Regulation ZNS-spezifischer Autoimmunität und Inflammationsprozessen zu. Um den B7-H1/PD-1-Signalweg eingehender zu untersuchen, wurden adaptive Immunantworten und die Zielorgan-spezifische Infiltration im Modell der MOG35-55-induzierten EAE analysiert, einem Tiermodell der MS, das durch neurologische Schädigungen und progressive Paralyse bedingt durch die inflammatorische Demyelinisierung im ZNS charakterisiert ist. Im Vergleich zu Wildtyptieren zeigten B7-H1-/- Mäuse einen beschleunigten Krankheitsbeginn und eine signifikante Steigerung des Schweregrads der EAE. Periphere MOG35-55-spezifische IFNg-/IL-17-Immunzellantworten traten in B7-H1-/- Mäusen verfrüht und verstärkt auf, klangen allerdings auch schneller ab. Im ZNS persistierte jedoch eine signifikant höhere Anzahl aktivierter, Neuroantigen-spezifischer T-Zellen während allen Phasen der EAE, wobei diese Zellen ebenfalls größere Mengen proinflammatorischer Zytokine sezernieren konnten. Experimente mit APZ-assoziiertem B7-H1, die einen direkten inhibitorischen Effekt auf die Aktivierung und Proliferation MOG35-55-spezifischer Effektorzellen zeigten, unterstützen die Hypothese, dass parenchymale Expression von B7-H1 ausschlaggebend für das Schicksal von T-Zellen im Zielorgan ist. B7-H1 stellt damit ein Schlüsselmolekül für die Kontrolle parenchymaler Immunreaktionen dar. Nachdem die Relevanz von B7-H1 auf APZ in vitro bewiesen werden konnte, wurde der Einfluss von B7-H1 auf systemisch oder intrazerebral injizierten DZ mit immunogenem oder tolerogenem Phänotyp untersucht. Intravenöse Applikation von tolerogenen B7-H1-/- DZ resultierte in einer besseren Protektion gegen EAE, und dieser Effekt war von einer gesteigerten Produktion Tr1-/Th2-typischer Zytokine sowie einer verstärkten Sekretion von IL-4 und IL-13 durch CD1d-restringierte T-Zellen in der Peripherie begleitet. Die Anzahl Neuroantigen-spezifischer T-Zellen, die proinflammatorische Zytokine sezernierten, war dementsprechend sowohl in der Peripherie als auch im ZNS reduziert. In diesem Zusammenhang konnte für B7-H1 eine wesentliche Beteiligung an der Inhibition der Aktivierung antigen-spezifischer, regulatorischer T-Zellen und CD1d-restringierter T-Zellen gefunden werden. Bei der Injektion intrazerebraler DZ bewirkten tolerogene DZ im Vergleich zu immunogenen DZ eine Reduktion der ZNS-Infiltration mit CD4+ T-Zellen in der frühen Phase der Erkrankung. Außerdem konnte eine Veränderung des intrazerebralen Zytokinmilieus von IFNg/IL-17 exprimierenden enzephalitogenen T-Zellen zu IL-10+ regulatorischen T-Zellen gezeigt werden. B7-H1-Defizienz auf APZ verstärkte diesen Effekt und führte dadurch in den Mäusen zur partiellen Protektion gegen klinische Symptome der EAE. Zusätzlich wurde die Beteiligung von B7-H1 an der Rekrutierung und ZNS-lokalisierten Induktion der Proliferation CD8+ regulatorischer T-Zellen durch DZ beschrieben. Unabhängig vom Phänotyp der DZ wurde eine bereits in der frühen Phase vorhandene und dauerhaft expandierende Population von CD8+ T-Zellen im ZNS DZ[B7-H1-/-]-injizierter Mäuse gefunden. Diese Zellen konnten in vitro die Proliferation MOG35-55-spezifischer CD4+ T-Zellen supprimieren und wirkten so mutmaßlich an der Abmilderung der EAE mit. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die entscheidende Bedeutung von B7 H1 auf DZ als immuninhibitorisches Molekül, das sowohl enzephalitogene als auch regulatorische T-Zell-Antworten moduliert und damit zur Limitation von Immunantworten beiträgt.