Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
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.
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.
Zielsetzung der Studie war es, Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins in der Haut von Patienten mit Morbus Parkinson und atypischen Parkinson-Syndromen zu untersuchen und deren Auswirkungen auf das periphere Nervensystem zu erforschen.
Dazu wurden Hautbiopsien von 92 Patienten mit Morbus Parkinson, 12 Patienten mit MSA und 13 Patienten mit einer Tauopathie sowie 83 gesunden Kontrollpersonen immunhisto-chemisch gefärbt und unter dem Mikroskop untersucht.
Mit einer Sensitivität von 52 % für den Morbus Parkinson und 67 % für die MSA bei hoher Spezifität stellt der Nachweis von Phospho-Alpha-Synuclein in den kleinen Nervenfasern der Haut einen geeigneten Biomarker dar. Während die Ablagerungen des phosphorylierten Alpha-Synucleins bei Patienten mit Morbus Parkinson eher in autonomen Strukturen nachweisbar waren, fanden sie sich bei Patienten mit MSA eher in sub- und intraepidermal gelegenen Nervenfasern. Phospho-Alpha-Synuclein konnte in allen untersuchten Nervenfasersubtypen nachgewiesen werden, also in CGRP-, SP-, TH- und VIP-positiven Fasern. Bei den in der vorliegenden Studie untersuchten Parkinson-Patienten waren keine Veränderungen in der sensiblen Neurographie des Nervus suralis erkennbar. Die intraepidermale Nervenfaserdichte sowie die Innervation der Schweißdrüsen waren jedoch teilweise vermindert und auch in der QST zeigten sich Auffälligkeiten. Ein Zusammenhang zu dem Vorhandensein von Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen konnte jedoch nur für die Innervation der Musculi arrectores pilorum hergestellt werden. Bei der Untersuchung der pathophysiologischen Hintergründe, durch die Phospho-Alpha-Synuclein-Ablagerungen zu Nervenfaserschädigungen führen, konnten die Hinweise auf eine Beteiligung von axonalen Transportproteinen, Mikrotubuli oder Mitochondrien nicht erhärtet werden.
Mechanical thrombectomy is a novel treatment option for patients with acute ischemic stroke (AIS). Only a few studies have previously suggested strategies to categorize retrieved clots according to their histologic composition. However, these reports did not analyze potential biomarkers that are of importance in stroke-related inflammation. We therefore histopathologically investigated 37 intracerebral thrombi mechanically retrieved from patients with AIS, and focused on the composition of immune cells and platelets. We also conducted correlation analyses of distinctive morphologic patterns (erythrocytic, serpentine, layered, red, white, mixed appearance) with clinical parameters. Most T cells and monocytes were detected in erythrocytic and red clots, in which the distribution of these cells was random. In contrast, von Willebrand factor (vWF)-positive areas co-localized with regions of fibrin and collagen. While clots with huge amounts of vWF seem to be associated with a high National Institute of Health Stroke Scale score at admission, histologic findings could not predict the clinical outcome at discharge. In summary, we provide the first histologic description of mechanically retrieved intracerebral thrombi regarding biomarkers relevant for inflammation in ischemic stroke.
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.
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.
Activation of the basal ganglia has been shown during the preparation and execution of movement. However, the functional interaction of cortical and subcortical brain areas during movement and the relative contribution of dopaminergic striatal innervation remains unclear. We recorded local field potential (LFP) activity from the subthalamic nucleus (STN) and high-density electroencephalography (EEG) signals in four patients with Parkinson’s disease (PD) off dopaminergic medication during a multi-joint motor task performed with their dominant and non-dominant hand. Recordings were performed by means of a fully-implantable deep brain stimulation (DBS) device at 4 months after surgery. Three patients also performed a single-photon computed tomography (SPECT) with [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) to assess striatal dopaminergic innervation. Unilateral movement execution led to event-related desynchronization (ERD) followed by a rebound after movement termination event-related synchronization (ERS) of oscillatory beta activity in the STN and primary sensorimotor cortex of both hemispheres. Dopamine deficiency directly influenced movement-related beta-modulation, with greater beta-suppression in the most dopamine-depleted hemisphere for both ipsi- and contralateral hand movements. Cortical-subcortical, but not interhemispheric subcortical coherencies were modulated by movement and influenced by striatal dopaminergic innervation, being stronger in the most dopamine-depleted hemisphere. The data are consistent with a role of dopamine in shielding subcortical structures from an excessive cortical entrapment and cross-hemispheric coupling, thus allowing fine-tuning of movement.
Die Pathophysiologie der PNP wie auch die Entstehung der oft assoziierten neuropathischen Schmerzen ist unklar. Gleichzeitig gibt es bislang keine geeigneten Biomarker, die die oft komplizierte Differentialdiagnose vereinfachen können. Einige Tiermodelle und klinische Studien lieferten bereits Hinweise auf die entscheidende Rolle pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in diesen Prozessen. Ziel unserer Studie war es, die systemische Genexpression pro- und anti-inflammatorischer Zytokine in einer großen Kohorte von Patienten mit PNP verschiedener Ätiologie zu charakterisieren. Insgesamt konnten 111 PNP-Patienten und 38 gesunde Kontrollpersonen prospektiv rekrutiert werden. Nach Isolation von PBMC aus Blutproben von 97 Patienten wurde die Genexpression der pro-inflammatorischen Zytokine TNF, IL1, IL2, IL6, IL8 und der anti-inflammatorischen Zytokine IL4 und IL10 mittels qRT-PCR bestimmt. Bei 47 Patienten und 12 Kontrollen wurde zudem die IL6-, IL-8- und TNF-Zytokinproduktion von PBMC in vitro nach Stimulation durch LPS mittels ELISA untersucht. Hauptbefund war ein pro-inflammatorisches Zytokinprofil der PNP-Patienten mit höherer Genexpression von IL1, IL2, IL8 und TNF im Vergleich zu den gesunden Kontrollen. Im Falle der entzündlichen Neuropathien konnte zudem eine niedrigere Genexpression von IL10 im Vergleich zu Gesunden nachgewiesen werden. Sowohl schmerzhafte als auch schmerzlose Verlaufsformen wiesen ein pro-inflammatorisches Zytokingenexpressionsprofil im Vergleich zu Gesunden auf, das bei schmerzhaften PNP deutlich mehr beteiligte pro-inflammatorische Zytokine umfasste; relevante Unterschiede zwischen den PNP-Patienten mit und ohne Schmerz sowie der diagnostischen Subgruppen fanden sich nicht. Eine niedrigere Stimulationsschwelle der PBMC lag bei PNP-Patienten im Vergleich zu Gesunden nicht vor. Insgesamt erscheint die Rolle einzelner Zytokine als systemische Biomarker für die Differenzierung verschiedener PNP-Formen bzw. bezüglich neuropathischen Schmerzes aufgrund einer niedrigen Spezifität deutlich eingeschränkt. Dennoch sprechen unsere Ergebnisse für eine mögliche Rolle eines pro-inflammatorischen Milieus bei der Entstehung bzw. des Verlaufes verschiedener entzündlicher und nicht-entzündlicher Neuropathien und neuropathischen Schmerzes.
In dieser Studie wurden 108 Patienten mit PNP, 60 Patienten mit M. Fabry und 58 gesunde Kontrollpersonen mittels PREP auf eine small fiber-Pathologie untersucht. Zudem erfolgte eine PREP-Untersuchung bei 5 gesunden Probanden und 3 Patienten nach Anwendung von lokalem Capsaicin. Zur Charakterisierung der small fibers erfolgten zudem Anamnese, klinische Untersuchung, die Fragebögen NPSI, GCPS und ADS, QST und eine Hautbiopsie.
In der Gruppe der Patienten mit PNP waren sowohl Patienten mit LFN, MFN und SFN unterschiedlicher Ätiologie vertreten. Patienten mit einer MFN und Patienten mit einer zu einer Mitbeteiligung der small fibers passenden Anamnese (MFN und SFN) wiesen eine verlängerte N1-Latenz nach Stimulation am Fuß auf. Bei einer reduzierten IENFD in der proximalen Hautbiopsie zeigte sich die PPA nach Stimulation im Gesicht reduziert, beide Werte korrelierten positiv miteinander. Bei Patienten mit einer demyelinisierenden PNP war die N1-Latenz nach Stimulation an der Hand verlängert, zudem war bei Patienten mit CIDP die PPA nach Stimulation an Gesicht und Hand reduziert.
M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, welche mit einer SFN einhergehen kann. Weibliche Patienten mit M. Fabry und einer subjektiven Hypohidrose als klinische Präsentation einer small fiber Pathologie wiesen eine reduzierte PPA nach Stimulation an Gesicht, Hand und Fuß auf.
Über die gesamte Patientengruppe hinweg zeigte sich eine negative Korrelation der PPA nach Stimulation am Fuß mit der klinischen Schmerzpräsentation im NPSI (Summenscore, Subscores evozierte Schmerzen und Schmerzattacken), sowie bei weiblichen Patienten mit der CDT, WDT und TSL in der QST als Marker für die small fiber Funktion. Patienten mit einer längenunabhängigen Reduktion der IENFD wiesen eine niedrigere PPA nach Stimulation am Fuß auf. Ein nicht-auswertbares PREP-Potential spricht nach Ausschluss messtechnischer Artefakte für eine fortgeschrittene Nervenfaserschädigung. Probanden und Patienten zeigten nach Applikation von topischem Capsaicin eine Reduktion der PPA.
PREP ist eine einfache, komplikationslos durchzuführende und objektive Methode zur Untersuchung der small fibers. Sie stellt eine sinnvolle Ergänzung zu den bereits etablierten Methoden QST und Hautbiopsie dar und bietet insbesondere für die Evaluation von Medikamenteneffekten wie z.B. von topischem Capsaicin eine vielversprechende Untersuchungsmöglichkeit.
Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder in which the major pathologic substrate is a loss of dopaminergic neurons from the substantia nigra. Our main objective was to determine the correspondence between changes in the substantia nigra, evident in neuromelanin and iron sensitive magnetic resonance imaging (MRI), and dopaminergic striatal innervation loss in patients with PD. Eighteen patients and 18 healthy control subjects were included in the study. Using neuromelanin-MRI, we measured the volume of the substantia nigra and the contrast-to-noise-ratio between substantia nigra and a background region. The apparent transverse relaxation rate and magnetic susceptibility of the substantia nigra were calculated from dual-echo MRI. Striatal dopaminergic innervation was measured as density of dopamine transporter (DAT) by means of single-photon emission computed tomography and [123I] N-ω-fluoropropyl-2b-carbomethoxy-3b-(4-iodophenyl) tropane. Patients showed a reduced volume of the substantia nigra and contrast-to-noise-ratio and both positively correlated with the corresponding striatal DAT density. The apparent transverse relaxation rate and magnetic susceptibility values of the substantia nigra did not differ between patients and healthy controls. The best predictor of DAT reduction was the volume of the substantia nigra. Clinical and imaging correlations were also investigated for the locus coeruleus. Our results suggest that neuromelanin-MRI can be used for quantifying substantia nigra pathology in PD where it closely correlates with dopaminergic striatal innervation loss. Longitudinal studies should further explore the role of Neuromelanin-MRI as an imaging biomarker of PD, especially for subjects at risk of developing the disease.
Organ manifestations and long-term outcome of Fabry disease in patients with the GLA haplotype D313Y
(2016)
Objectives: The severity of Fabry disease is dependent on the type of mutation in the α-galactosidase A (AgalA) encoding gene (GLA). This study focused on the impact of the GLA haplotype D313Y on long-term organ involvement and function.
Setting and participants: In this monocentric study, all participants presenting with the D313Y haplotype between 2001 and 2015 were comprehensively clinically investigated at baseline and during a 4-year follow-up if available. Five females and one male were included.
Primary and secondary outcome measures: Cardiac, nephrological, neurological, laboratory and quality of life data.
Results: AgalA enzyme activity in leucocytes (0.3±0.9 nmol/min/mg protein (mean±SD)) and serum lyso-Gb3 (0.6±0.3 ng/mL at baseline) were in normal range in all patients. Cardiac morphology and function were normal (left-ventricular (LV) ejection fraction 66±8%; interventricular septum 7.7±1.4 mm; LV posterior wall 7.5±1.4 mm; normalised LV mass in MRI 52±9 g/m2; LV global longitudinal strain −21.6±1.9%) and there were no signs of myocardial fibrosis in cardiac MRI. Cardiospecific biomarkers were also in normal range. Renal function was not impaired (estimated glomerular filtration rate MDRD 103±15 mL/min; serum-creatinine 0.75±0.07 mg/dL; cystatin-c 0.71±0.12 mg/L). One female patient (also carrying a Factor V Leiden mutation) had a transitory ischaemic attack. One patient showed white matter lesions in brain MRI, but none had Fabry-associated pain attacks, pain crises, evoked pain or permanent pain. Health-related quality of life analysis revealed a reduction in individual well-being. At long-term follow-up after 4 years, no significant change was seen in any parameter.
Conclusions: The results of the current study suggest that the D313Y genotype does not lead to severe organ manifestations as seen in genotypes known to be causal for classical FD."
M. Fabry ist eine X-chromosomale, lysosomale Speicherkrankheit, die aufgrund einer Mutation im für das Enzym αGalaktosidase A (αGalA)-kodierenden Gen GLA, zu einer vollständig fehlenden oder verminderten Expression von αGalA führt. Aufgrund ubiquitärer Ablagerungen von Globotriaosylceramid 3 (Gb3) kommt es zu einer progressiven Multiorganerkrankung sowie der Entwicklung einer small-fiber Neuropathie (SFN). Der Pathomechanismus des Fabry-assoziierten Schmerzes blieb trotz Entwicklung eines αGalA-defizienten Mausmodells (Fabry-ko-Maus) durch Ohshima et al. bisher weitgehend ungeklärt. Ziel der vorliegenden Arbeit war die systematische Charakterisierung des Fabry-ko-Mausmodells hinsichtlich Schmerz-assoziierten Verhaltens und Expression Schmerz-assoziierter Ionenkanäle in Spinalganglienneuronen. Hierzu wurden insgesamt 42 drei Monate und 41 12 Monate alte männliche und weibliche Fabry-ko-Mäuse und ihre gleichaltrigen Wurfgeschwister untersucht. Die Verhaltenstestungen beinhalteten einen von Frey-, einen Hargreaves- sowie einen „Cold“-Test zur Evaluation der mechanischen und thermischen Rückzugslatenz. Weiterhin erfolgten die Analyse der intraepidermalen Nervenfaserdichte (IENFD) in Fußsohlen der Mäuse sowie eine H.E.-Färbung von Spinalganglien zur Untersuchung morphologischer Veränderungen der Neurone. Zusätzlich folgten immunhistochemische und molekulargenetische Untersuchungen des Gb3-Rezeptors (CD77), des transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1)-Kanals, des spannungsgesteuerten Natrium-Kanals 1.8 (Nav1.8), des Calcitonin Gene related peptide (CGRP), des Neurofilaments 200 (NF200) sowie von Isolectin B4 (IB4) an kryokonservierten und kultivierten Spinalganglienneuronen.
In Verhaltenstestungen konnten eine Überempfindlichkeit gegenüber mechanischen und Hitze-Stimuli sowie ein vermindertes Kälteempfinden festgestellt werden. Es zeigte sich eine reduzierte IENFD in Fußsohlen sowie eine Vergrößerung der neuronalen Fläche in Spinalganglien von Fabry-ko-Mäusen. Die immunhistochemischen Untersuchungen ergaben eine erhöhte CD77- und TRPV1-Immunreaktivität sowie eine erniedrigte NF200-Immunreaktivität in Fabry-ko-Mäusen; Untersuchungen hinsichtlich der Immunreaktivität von Nav1.8 ergaben keine Unterschiede. Molekulargenetisch konnte neben einer verminderten Nav1.8-Expression in jungen Fabry-ko-Mäusen keine Unterschiede festgestellt werden.
Die Ergebnisse der Verhaltenstestungen sowie die verminderte IENFD bei Fabry-ko-Mäusen entsprechen klinischen Befunden bei Fabry-Patienten. Erstmals konnte in dieser Arbeit eine Vergrößerung der Neuronenfläche in Fabry-ko-Mäusen quantitativ nachgewiesen und eine vermehrte Immunreaktivität von TRPV1 und CD77 festgestellt werden. Bei fehlendem Nachweis eines geschlechtsspezifischen Unterschieds der Ergebnisse, konnte ein Einfluss des weiblichen Geschlechts auf den Phänotyp des M. Fabry ausgeschlossen werden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass die von Oshima et al. entwickelte Fabry-ko-Maus ein suffizientes Model zur Erforschung des M. Fabry darstellt. Weiterhin rücken sie TRPV1 und spannungsgesteuerte Natriumkanäle weiter in den Fokus der Untersuchung Fabry-assoziierten Schmerzes und können aufgrund der hohen Anzahl an Versuchstieren und dem Vergleich mit Wurfgeschwistern als Grundlage für weitere Studien dienen.
Movement preparation and bilateral modulation of beta activity in aging and Parkinson's disease
(2015)
In previous studies of young subjects performing a reaction-time reaching task, we found that faster reaction times are associated with increased suppression of beta power over primary sensorimotor areas just before target presentation. Here we ascertain whether such beta decrease similarly occurs in normally aging subjects and also in patients with Parkinson's disease (PD), where deficits in movement execution and abnormalities of beta power are usually present. We found that in both groups, beta power decreased during the motor task in the electrodes over the two primary sensorimotor areas. However, before target presentation, beta decreases in PD were significantly smaller over the right than over the left areas, while they were symmetrical in controls. In both groups, functional connectivity between the two regions, measured with imaginary coherence, increased before the target appearance; however, in PD, it decreased immediately after, while in controls, it remained elevated throughout motor planning. As in previous studies with young subjects, the degree of beta power before target appearance correlated with reaction time. The values of coherence during motor planning, instead, correlated with movement time, peak velocity and acceleration. We conclude that planning of prompt and fast movements partially depends on coordinated beta activity of both sensorimotor areas, already at the time of target presentation. The delayed onset of beta decreases over the right region observed in PD is possibly related to a decreased functional connectivity between the two areas, and this might account for deficits in force programming, movement duration and velocity modulation.
Schwerpunktmäßig befasst sich diese Arbeit mit den praktischen Vorgängen zur Zählung von Neuronen mit dem optischen Fraktionator unter dem Mikroskop, wobei zur Veranschaulichung die Neuronen in der Substantia Nigra an C57BL/6-Mäusen gezählt wurden. Es wurde erläutert, wie die Einstellungen der jeweiligen Methode vorzunehmen sind und auf die angestrebten Ziele angepasst werden können, um ein effizientes Zählen von Neuronen unter Berücksichtigung grundlegender Zählregeln zu gewährleisten. Gleichzeitig wurde gezeigt, wie die Methoden des optischen Fraktionators die gewünschten präzisen Ergebnisse anhand des CE-Wertes liefern können.
Die in dieser Arbeit präsentierte Axiophot-2-Methode ist in der Lage, selbst mit einem einfachen, kommerziell erhältlichen Lichtmikroskop und einem Standbildaufnahmeprogramm die Gesamtanzahl von Zellen einer gegebenen Struktur unter Beachtung aller stereologischen Regeln zu zählen – und zwar genauso effizient und mit vergleichbaren Ergebnissen wie mit einem speziell für stereologische Untersuchungen vorgefertigtes Komplettsystem. Vergleiche beider Methoden zueinander ergeben folgende Schlussfolgerungen: bei dem Stereo Investigator, ist die Untersuchung zwar wesentlich schneller, da die Bildaufnahme und Auswertung mittels voreingestellten Programmes automatisch durchgeführt werden. Allerdings ist solch ein Komplettsystem sehr kostspielig (ca. 60.000 Euro Anschaffungskosten) und nicht flexibel auf andere Untersuchungsbereiche einsetzbar.
Die Axiophot-2-Methode weist zwar einige Nachteile aufgrund der manuellen Vorarbeiten auf, ist aber dafür wesentlich günstiger und zugänglicher, da sie nur ein konventionelles Mikroskop mit einem Standardprogramm erfordert.
Die Forschung auf dem Gebiet der Parkinson-Erkrankung erlebt einen großen Wandel. Eindeutig ist mittlerweile, dass es zu kurz gefasst wäre diese Erkrankung auf die motorischen Symptome zu beschränken. In den letzten Jahren wurde durch intensive Forschung bewiesen, dass der idiopathische M. Parkinson eine multisystemische Erkrankung ist, welche verschiedene Teile des Nervensystems betreffen kann. Um die zugrundeliegende Pathophysiologie und die Beteiligung des autonomen Nervensystems bei M. Parkinson näher zu untersuchen, wurden für diese Studie 30 Patienten mit idiopathischem M. Parkinson, 19 Patienten mit atypischem Parkinsonsyndrom und 30 gesunde Probanden am Universitätsklinikum Würzburg und an der Paracelsus-Elena-Klinik Kassel rekrutiert. Um Beeinträchtigungen von groß-und kleinkalibrigen Nervenfasern einschätzen zu können, wurden eine Neurografie des N. suralis sowie eine quantitativ sensorische Testung durchgeführt. Zur Bewertung einer möglichen toxischen Komponente von Levodopa gegenüber einer direkten Schädigung peripherer Nerven durch p-α-Synuclein wurden am Vitamin B12 Stoffwechsel beteiligte Proteine im Blut bestimmt. Alle Patienten und Probanden erhielten Hautbiopsien an Unterschenkel, Oberschenkel, Rücken und Finger, um anschließend eine immunhistochemische Aufarbeitung der Präparate durchführen zu können. Einerseits wurde die Beteiligung somatosensibler Nervenfasern mithilfe der Auszählung intraepidermaler Nervenfasern (PGP 9.5) bewertet. Andererseits wurden die Schweißdrüsen auf Pathologien der sympathischen Nervenfasern (VIP, TH, SP, CGRP) und der sudomotorischen Synapsen (SNCA, Synaptophysin, SNAP 25) untersucht. Weiterhin wurde versucht p-α-Synuclein, als Biomarker der Parkinson-Erkrankung, in der Haut nachzuweisen.
Positive Ergebnisse konnten hinsichtlich pathologischer Prozesse an den Synapsen erzielt werden. Es zeigte sich sowohl eine Reduktion von nativem α-Synuclein (Unterschenkel, p=0,009 und Rücken, p=0,013), Synaptophysin (Unterschenkel, p=0,007) als auch SNAP 25 (Unterschenkel, p=0,023) an den untersuchten Schweißdrüsen der Patientengruppe. Bei der Untersuchung von SNAP 25 zeigte sich des Weiteren eine negative Korrelation zwischen der SNAP 25 Dichte im Unterschenkel und p-α-Synuclein (p=0,007). Bei der Suche nach p-α-Synuclein wurden beinahe 72% der Parkinson-Patienten positiv getestet, wohingegen keiner der gesunden Probanden p-α-Synuclein in der Haut zeigte. Weiterhin konnte bei 75% der positiv getesteten Patienten mit Multisystematrophie p-α-Synuclein an somatosensiblen Nervenfasern des subepidermalen Plexus nachgewiesen werden, wohingegen es bei den M. Parkinson Patienten nur 13% waren. Die Ergebnisse der zugrundeliegenden Arbeit zeigen, dass die Hautbiopsie als frühdiagnostisches Mittel und in der Differentialdiagnose ein hohes Potenzial hat. Die Erforschung von Pathologien an Synapsen wird in der Zukunft an großer Bedeutung gewinnen und scheint ein wichtiger Ansatz, um die Pathophysiologie des M. Parkinson genauer zu verstehen. Die Hautbiopsie könnte dabei von Vorteil sein, da sich Pathologien in vivo untersuchen lassen und man nicht auf Ergebnisse von Autopsien angewiesen ist.
In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, ob Gb3 in Hautstanzbiopsien von Patienten mit M. Fabry nachweisbar ist, die Ablagerungen quantifizierbar sind, mit der Krankheitsschwere korrelieren, und ob eine Unterscheidung von Patienten und gesunden Kontrollen anhand der dermalen Gb3-Ablagerungen möglich ist. Es wurden 84 Patienten mit M. Fabry über das FAZiT sowie 27 gesunde Kontrollen zwischen 2008 und 2013 prospektiv rekrutiert und jeweils eine proximale und eine distale Hautbiopsie entnommen. Zusätzlich erfolgten eine Anamnese, eine klinische Untersuchung, eine QST, das Ausfüllen von Fragebögen mit der Fragestellung nach Schmerz und Depression sowie eine Blutentnahme und kardiale Diagnostik. Die Immunfluoreszenz erfolgte mit Antikörpern gegen CD77, einem Marker für Gb3. Es erfolgte die verblindete, semiautomatische Quantifizierung der Gb3 Ablagerungen. Hierzu wurden pro Biopsie drei ROI ausgewählt und die Fläche der ROIs mit Gb3-Ablagerungen in Relation zu der Gesamtfläche der ROIs gesetzt. Für die Auswertung wurden die Patienten sowohl nach Geschlecht als auch nach Krankheitsschwere und einzelnen Symptomen stratifiziert Die Gb3 Ablagerungen ließen sich bevorzugt in Schweißdrüsen und Endothel nachweisen. Es fanden sich jedoch auch größere Mengen an Gb3-Ablagerungen ohne ersichtliches anatomischer Korrelat. Die Gb3-Ablagerungen wurden semiautomatisch quantifiziert. Es konnte nachgewiesen werden, dass männliche Fabry-Patienten eine deutlich größere Menge an Gb3 in den distalen Hautbiopsien zeigen als gesunde Kontrollen, Patienten mit einer eingeschränkten Nierenfunktion hatten eine größere Menge an Gb3-Ablagerungen in der Haut als Patienten mit einer uneingeschränkten Nierenfunktion. Bei Patienten mit einer SFN waren erhöhte dermale Gb3 Mengen vorhanden im Vergleich zu gesunden Kontrollen, bei Patienten ohne eine SFN fand sich dieser Unterschied nicht. Patienten mit einem niedrigen SNAP zeigten im Vergleich zu gesunden Kontrollen eine größere Menge an Gb3 in ihrer distalen Haut, bei Patienten mit einem höheren SNAP fand sich dies nicht. Aus diesen Ergebnissen ergeben sich ein mögliches weiteres Werkzeug sowohl für die Diagnosestellung als auch für das Monitoring der Erkrankung, sowie weiterführend auch ein möglicher Indikator für den Therapieerfolg der ERT.
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.
α-Synuclein is a protein implicated in the etiopathogenesis of Parkinson’s disease (PD). AAV1/2-driven overexpression of human mutated A53T-α-synuclein in rat and monkey substantia nigra (SN) induces degeneration of nigral dopaminergic neurons and decreases striatal dopamine and tyrosine hydroxylase (TH). Given certain advantages of the mouse, especially it being amendable to genetic manipulation, translating the AAV1/2-A53T α-synuclein model to mice would be of significant value. AAV1/2-A53T α-synuclein or AAV1/2 empty vector (EV) at a concentration of 5.16 x 10\(^{12}\) gp/ml were unilaterally injected into the right SN of male adult C57BL/6 mice. Post-mortem examinations included immunohistochemistry to analyze nigral α-synuclein, Ser129 phosphorylated α-synuclein and TH expression, striatal dopamine transporter (DAT) levels by autoradiography and dopamine levels by high performance liquid chromatography. At 10 weeks, in AAV1/2-A53T α-synuclein mice there was a 33% reduction in TH+ dopaminergic nigral neurons (P < 0.001), 29% deficit in striatal DAT binding (P < 0.05), 38% and 33% reductions in dopamine (P < 0.001) and DOPAC (P < 0.01) levels and a 60% increase in dopamine turnover (homovanilic acid/dopamine ratio; P < 0.001). Immunofluorescence showed that the AAV1/2-A53T α-synuclein injected mice had widespread nigral and striatal expression of vector-delivered A53T-α-synuclein. Concurrent staining with human PD SN samples using gold standard histological methodology for Lewy pathology detection by proteinase K digestion and application of specific antibody raised against human Lewy body α-synuclein (LB509) and Ser129 phosphorylated α-synuclein (81A) revealed insoluble α-synuclein aggregates in AAV1/2-A53T α-synuclein mice resembling Lewy-like neurites and bodies. In the cylinder test, we observed significant paw use asymmetry in the AAV1/2-A53T α-synuclein group when compared to EV controls at 5 and 9 weeks post injection (P < 0.001; P < 0.05). These data show that unilateral injection of AAV1/2-A53T α-synuclein into the mouse SN leads to persistent motor deficits, neurodegeneration of the nigrostriatal dopaminergic system and development of Lewy-like pathology, thereby reflecting clinical and pathological hallmarks of human PD.
In der vorliegenden Studie wurden 32 Patienten (19 Frauen, 13 Männer, medianes Alter 50 Jahren, Spanne: 26-83 Jahre) mit einem klinisch akralen neuropathischen Schmerzsyndrom unterschiedlicher Genese mittels QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Unser Patientenkollektiv bestand aus drei Subgruppen: sechsen Patienten erfüllten die Kriterien einer SFN, acht Patienten hatten eine Neuropathie der großkalibrigen Nervenfasern mit zusätzlicher Beeinträchtigung der kleinkalibrigen Nervenfasern und weitere acht Patienten hatten ein akrales Schmerzsyndrom mit neuropathischen Charakteristika, ohne vorbekannte Diagnose einer Neuropathie der groß- oder kleinkalibrigen Nervenfasern. Die Patienten wurden mittels klinischer neurologischer Untersuchung, elektrophysiologischer Tests, QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Die Patientendaten wurden jeweils mit Daten großer Kontrollgruppen verglichen, die wir in unserer Klinik unter Angehörigen und Freunden unserer Patienten mit deren Einwilligung rekrutiert hatten.
QST und die Hautbiopsie waren bei Patienten mit SFN und PNP jeweils auffällig, bei akralem Schmerzsyndrom unklarer Ätiologie hingegen unauffällig. Nach elektrischer kutaner Stimulation aller drei Körperregionen zeigte sich eine Amplitudenminderung der PREP-Reizantwort in allen Patientensubgruppen (7,5 µV in der SFN-Gruppe, 3,8 µV in der PNP-Gruppe, und 11,3 µV bei den Patienten mit akralem Schmerzsyndrom). Somit konnten wir zeigen, dass eine Kleinfaserpathologie in der Studienpopulation von Patienten mit neuropathischem Schmerzsyndrom besteht. Nur die Amplitudenminderung der PREP bildet diese Pathologie ab.
Diese Daten erlauben uns die eingangs aufgestellte Hypothese, dass PREP zur Diagnostik bei Frage nach Kleinfaserbeteiligung geeignet ist, positiv zu belegen. PREP ist eine nicht-invasive Methode für die Evaluation der Funktion v.a. der Aδ-Faser mit standardisiertem Ablaufprotokoll zur Erhebung von reproduzierbaren Daten. Sie kann bei Patienten mit der Anamnese eines akralen neuropathischen Schmerzsyndroms einen objektiven Hinweis auf eine Dysfunktion der kleinkalibrigen Nervenfasern, auch wenn bereits etablierte Methoden (QST und Hautbiopsie) unauffällig bleiben, erbringen. Entsprechend können die PREP eine wertvolle Ergänzung der klinischen Untersuchungsbatterie für die Evaluation der Funktion der kleinkalibrigen Nervenfasern sein.
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.
Background
Lymphocytes have been shown to play an important role in the pathophysiology of acute ischemic stroke, but the properties of B cells remain controversial. The aim of this study was to unravel the role of B cells during acute cerebral ischemia using pharmacologic B cell depletion, B cell transgenic mice, and adoptive B cell transfer experiments.
Methods
Transient middle cerebral artery occlusion (60 min) was induced in wild-type mice treated with an anti-CD20 antibody 24 h before stroke onset, JHD\(^{−/−}\) mice and Rag1\(^{−/−}\) mice 24 h after adoptive B cell transfer. Stroke outcome was assessed at days 1 and 3. Infarct volumes were calculated from 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC)-stained brain sections, and neurological scores were evaluated. The local inflammatory response was determined by real-time PCR and immunohistochemistry. Apoptosis was analyzed by TUNEL staining, and astrocyte activation was revealed using immunohistochemistry and Western blot.
Results
Pharmacologic depletion of B cells did not influence infarct volumes and functional outcome at day 1 after stroke. Additionally, lack of circulating B cells in JHD\(^{−/−}\) mice also failed to influence stroke outcome at days 1 and 3. Furthermore, reconstitution of Rag1\(^{−/−}\) mice with B cells had no influence on infarct volumes.
Conclusion
Targeting B cells in experimental stroke did not influence lesion volume and functional outcome during the acute phase. Our findings argue against a major pathophysiologic role of B cells during acute ischemic stroke.
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.
Background:
Ischemic stroke causes a strong inflammatory response that includes T cells, monocytes/macrophages, and neutrophils. Interaction of these immune cells with platelets and endothelial cells facilitates microvascular dysfunction and leads to secondary infarct growth. We recently showed that blocking of platelet glycoprotein (GP) receptor Ib improves stroke outcome without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. Until now, it has been unclear whether GPIb only mediates thrombus formation or also contributes to the pathophysiology of local inflammation.
Methods:
Focal cerebral ischemia was induced in C57BL/6 mice by a 60-min transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO). Animals were treated with antigen-binding fragments (Fab) against the platelet surface molecules GPIb (p0p/B Fab). Rat immunoglobulin G (IgG) Fab was used as control treatment. Stroke outcome, including infarct size and functional deficits as well as the local inflammatory response, was assessed on day 1 after tMCAO.
Results:
Blocking of GPIb reduced stroke size and improved functional outcome on day 1 after tMCAO without increasing the risk of intracerebral hemorrhage. As expected, disruption of GPIb-mediated pathways in platelets significantly reduced thrombus burden in the cerebral microvasculature. In addition, inhibition of GPIb limited the local inflammatory response in the ischemic brain as indicated by lower numbers of infiltrating T cells and macrophages and lower expression levels of inflammatory cytokines compared with rat IgG Fab-treated controls.
Conclusion:
In acute ischemic stroke, thrombus formation and inflammation are closely intertwined (“thrombo-inflammation”). Blocking of platelet GPIb can ameliorate thrombo-inflammation.
Background:
Clinical reasoning in Neurology is based on general associations which help to deduce the site of the lesion. However, even “golden principles” may occasionally be deceptive. Here, we describe the case of subacute flaccid tetraparesis due to motor cortical lesions. To our knowledge, this is the first report to include an impressive illustration of nearly symmetric motor cortical involvement of encephalitis on brain MRI.
Case presentation:
A 51 year old immunocompromized man developed a high-grade pure motor flaccid tetraparesis over few days. Based on clinical presentation, critical illness polyneuromyopathy was suspected. However, brain MRI revealed symmetrical hyperintensities strictly limited to the subcortical precentral gyrus. An encephalitis, possibly due to CMV infection, turned out to be the most likely cause.
Conclusion:
While recognition of basic clinical patterns is indispensable in neurological reasoning, awareness of central conditions mimicking peripheral nervous disease may be crucial to detect unsuspected, potentially treatable conditions.
Background:
Traumatic brain injury (TBI) is a devastating neurological condition and a frequent cause of permanent disability. Posttraumatic inflammation and brain edema formation, two pathological key events contributing to secondary brain injury, are mediated by the contact-kinin system. Activation of this pathway in the plasma is triggered by activated factor XII. Hence, we set out to study in detail the influence of activated factor XII on the abovementioned pathophysiological features of TBI.
Methods:
Using a cortical cryogenic lesion model in mice, we investigated the impact of genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII with a single bolus injection of recombinant human albumin-fused Infestin-4 on the release of bradykinin, the brain lesion size, and contact-kinin system-dependent pathological events. We determined protein levels of bradykinin, intracellular adhesion molecule-1, CC-chemokine ligand 2, and interleukin-1β by enzyme-linked immunosorbent assays and mRNA levels of genes related to inflammation by quantitative real-time PCR. Brain lesion size was determined by tetrazolium chloride staining. Furthermore, protein levels of the tight junction protein occludin, integrity of the blood-brain barrier, and brain water content were assessed by Western blot analysis, extravasated Evans Blue dye, and the wet weight-dry weight method, respectively. Infiltration of neutrophils and microglia/activated macrophages into the injured brain lesions was quantified by immunohistological stainings.
Results:
We show that both genetic deficiency of factor XII and inhibition of activated factor XII in mice diminish brain injury-induced bradykinin release by the contact-kinin system and minimize brain lesion size, blood-brain barrier leakage, brain edema formation, and inflammation in our brain injury model.
Conclusions:
Stimulation of bradykinin release by activated factor XII probably plays a prominent role in expanding secondary brain damage by promoting brain edema formation and inflammation. Pharmacological blocking of activated factor XII could be a useful therapeutic principle in the treatment of TBI-associated pathologic processes by alleviating posttraumatic inflammation and brain edema formation.
Die autosomal-dominant vererbte facioscapulohumerale Muskeldystrophie (FSHD) ist mit einer Prävalenz von etwa 1:20.000 die dritthäufigste Form der hereditären Myopathien. Erste Beschwerden werden meist in der zweiten Lebensdekade beobachtet. Betroffen sind vor allem die Muskulatur von Gesicht, Schultern, Oberarmen, die Fußhebermuskulatur und die Muskeln des Hüftgürtels.
FSHD wird durch einen Gendefekt ausgelöst, der den langen Arm des Chromosoms vier (4q35) betrifft, wobei es zur teilweisen Deletion des polymorphen Abschnitts D4Z4, der für das Protein DUX4 codiert, kommt. Dabei treten unter anderem Störungen in der DUX4-Expression, Veränderungen der myogenen Genexpression, eine Unterdrückung der Muskelzelldifferenzierung und eine Inhibition der Muskelbildung auf.
FSHD und eine andere Form der Muskeldystrophie, die Emery-Dreifuss-Muskeldystrophie (EDMD), zeigen trotz unterschiedlicher genetischer Ursachen phänotypisch Ähnlichkeiten in der Ausprägung der Erkrankungen. In früheren Studien zeigte die Kernhülle von EDMD-Myoblasten morphologische Auffälligkeiten. In anderen Untersuchungen waren morphologische Veränderungen der Mitochondrien von FSHD-Patienten festzustellen.
Daher wurden elektronenmikroskopische Untersuchungen der Kernhülle und der Mitochondrien von FSHD-Myoblasten durchgeführt und mit der entsprechenden Kontrolle verglichen.
Hierfür wurden drei verschiedene Zelllinien-Paare in unterschiedlichen Passagen, das heißt unterschiedlicher Anzahl an Subkultivierungen, eingesetzt, wobei in den höheren Passagen vermehrt morphologische Atypien beobachtet werden konnten.
Die eingesetzten Zelllinien differenzieren sich durch verschiedene Parameter wie beispielsweise Alter und Geschlecht der Patienten. Dabei zeigten sich sowohl zwischen den Kontrollzellen als auch zwischen den FSHD-Myoblasten Unterschiede.
Im Rahmen der Probenvorbereitung für die Elektronenmikroskopie kamen zwei verschiedene Fixierungsmethoden zum Einsatz: die konventionelle chemische Fixierung, Entwässerung und Flacheinbettung von Kulturzellen und die Hochdruckgefrierung mit anschließender Gefriersubstitution. In Bezug auf die Qualität des Strukturerhalts, die beim Hochdruckgefrieren erreicht wird, wird dieser Art der Fixierung eine Überlegenheit gegenüber allen anderen Verfahren zugeschrieben. Diese allgemeine Aussage kann nicht vollständig auf die Untersuchungen an den Myoblasten übertragen werden.
Für die Untersuchung der Kernmembranen sind beide Methoden geeignet, wobei der Abstand zwischen innerer und äußerer Kernmembran nach der HPF-Fixierung schärfer abgebildet wurde. Bei der Darstellung der Mitochondrien zeigten die elektronenmikroskopischen Aufnahmen nach dem Hochdruckgefrieren bessere und schärfere Ergebnisse. Die Kernporen waren bei beiden Fixierungsmethoden gut erkennbar.
Beim Vergleich der gesunden und erkrankten Myoblasten wiesen die Kontrollzellen deutlich weniger Auffälligkeiten auf als die Myoblasten von FSHD-Patienten.
Innere und äußere Kernmembran verliefen bei den Kontrollzellen meist parallel und die Mitochondrien zeigten in den meisten Fällen eine typische wurmartige, längliche Form mit Cristae. Dies traf sowohl für die konventionelle Fixierung als auch für das Hochdruckgefrieren zu.
Die erkrankten Myoblasten wiesen im Vergleich zur Kontrolle bei beiden Fixierungsmethoden deutliche Auffälligkeiten in der Mitochondrien-Morphologie auf. Neben einer oft großen Variationsbreite hinsichtlich Form und Länge war auch das teilweise Fehlen der Cristae festzustellen.
Bei Betrachtung der Kernhülle fielen jedoch deutliche Unterschiede zwischen konventioneller und HPF-Fixierung auf. Die äußere Kernmembran der konventionell fixierten FSHD-Myoblasten verlief unregelmäßig und gewellt. Im Gegensatz dazu wies die Kernhülle der HPF-fixierten erkrankten Myoblasten einen erstaunlich parallelen Verlauf auf.
Da bei EDMD in vorangegangenen Untersuchungen auch fluoreszenzmikroskopisch Veränderungen der erkrankten Zellen auffällig waren, wurde neben den Methoden der Elektronenmikroskopie das Vorliegen und die Verteilung verschiedener Proteine in FSHD-Myoblasten mittels indirekter Immunfluoreszenz untersucht und mit den Kontrollzellen verglichen.
Zur Beurteilung der Kernhülle wurden Antikörper gegen Lamin A/C und Nukleoporine eingesetzt. Die Mitochondrien wurden mithilfe des Antikörpers ANT1/2, der an den Adenin-Nukleotid-Translokator der inneren Mitochondrienmembran bindet, untersucht.
Im Gegensatz zu den Untersuchungen an EDMD-Myoblasten waren die Lamine A und C sowie die Kernporen sowohl bei den Myoblasten der FSHD-Patienten als auch bei den Kontrollzellen nachweisbar und gleichmäßig verteilt.
Bei der indirekten Immunfluoreszenz mit ANT1/2 zeigten sich Unterschiede zwischen den untersuchten Myoblasten-Paaren.
Durch die vorliegenden Ergebnisse ist darauf zu schließen, dass die Myoblasten von FSHD-Patienten Veränderungen Mitochondrien aufweisen. Die Untersuchungen der Kernhülle liefern abhängig von der Fixierungsmethode unterschiedliche Ergebnisse.
The role of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain using the model of B7-H1 knockout mice
(2017)
The impact of microRNA (miRNA) as key players in the regulation of immune and neuronal gene expression and their role as master switches in the pathophysiology of neuropathic pain is increasingly recognized. miR-21 is a promising candidate that could be linked to the immune and the nociceptive system. To further investigate the pathophysiological role of miR-21 in neuropathic pain, we assesed mice deficient of B7 homolog 1 (B7-H1 ko), a protein with suppressive effect on inflammatory responses.
B7-H1 ko mice and wildtype littermates (WT) of three different age-groups, young (8 weeks), middle-aged (6 months), and old (12 months) received a spared nerve injury (SNI). Thermal withdrawal latencies and mechanical withdrawal thresholds were determined. Further, we investigated anxiety-, depression-like and cognitive behavior. Quantitative real time PCR was used to determine miR-21 relative expression in peripheral nerves, dorsal root ganglia and white blood cells (WBC) at distinct time points after SNI.
Naïve B7-H1 ko mice showed mechanical hyposensitivity with increasing age. Young and middle-aged B7-H1 ko mice displayed lower mechanical withdrawal thresholds compared to WT mice. From day three after SNI both genotypes developed mechanical and heat hypersensitivity, without intergroup differences. As supported by the results of three behavioral tests, no relevant differences were found for anxiety-like behavior after SNI in B7-H1 ko and WT mice. Also, there was no indication of depression-like behavior after SNI or any effect of SNI on cognition in both genotypes. The injured nerves of B7-H1 ko and WT mice showed higher miR-21 expression and invasion of macrophages and T cells 7 days after SNI without intergroup differences. Perineurial miR-21 inhibitor injection reversed SNI-induced mechanical and heat hypersensitivity in old B7-H1 ko and WT mice.
This study reveals that reduced mechanical thresholds and heat withdrawal latencies are associated with miR-21 induction in the tibial and common peroneal nerve after SNI, which can be reversed by perineurial injection of a miR-21 inhibitor. Contrary to expectations, miR-21 expression levels were not higher in B7-H1 ko compared to WT mice. Thus, the B7-H1 ko mouse may be of minor importance for the study of miR-21 related pain. However, these results spot the contribution of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain and emphasize the crucial role of miRNA in the regulation of neuronal and immune circuits that contribute to neuropathic pain.
Mice overexpressing proteolipid protein (PLP) develop a leukodystrophy-like disease involving cytotoxic, CD8+ T-lymphocytes. Here we show that these cytotoxic T-lymphocytes perturb retrograde axonal transport. Using fluorogold stereotactically injected into the colliculus superior, we found that PLP overexpression in oligodendrocytes led to significantly reduced retrograde axonal transport in retina ganglion cell axons. We also observed an accumulation of mitochondria in the juxtaparanodal axonal swellings, indicative for a disturbed axonal transport. PLP overexpression in the absence of T-lymphocytes rescued retrograde axonal transport defects and abolished axonal swellings. Bone marrow transfer from wildtype mice, but not from perforin- or granzyme B-deficient mutants, into lymphocyte-deficient PLP mutant mice led again to impaired axonal transport and the formation of axonal swellings, which are predominantly located at the juxtaparanodal region. This demonstrates that the adaptive immune system, including cytotoxic T-lymphocytes which release perforin and granzyme B, are necessary to perturb axonal integrity in the PLP-transgenic disease model. Based on our observations, so far not attended molecular and cellular players belonging to the immune system should be considered to understand pathogenesis in inherited myelin disorders with progressive axonal damage.
Neuroprotection aims to prevent salvageable neurons from dying. Despite showing efficacy in experimental stroke studies, the concept of neuroprotection has failed in clinical trials. Reasons for the translational difficulties include a lack of methodological agreement between preclinical and clinical studies and the heterogeneity of stroke in humans compared to homogeneous strokes in animal models. Even when the international recommendations for preclinical stroke research, the Stroke Academic Industry Roundtable (STAIR) criteria, were followed, we have still seen limited success in the clinic, examples being NXY-059 and haematopoietic growth factors which fulfilled nearly all the STAIR criteria. However, there are a number of neuroprotective treatments under investigation in clinical trials such as hypothermia and ebselen. Moreover, promising neuroprotective treatments based on a deeper understanding of the complex pathophysiology of ischemic stroke such as inhibitors of NADPH oxidases and PSD-95 are currently evaluated in preclinical studies. Further concepts to improve translation include the investigation of neuroprotectants in multicenter preclinical Phase III-type studies, improved animal models, and close alignment between clinical trial and preclinical methodologies. Future successful translation will require both new concepts for preclinical testing and innovative approaches based on mechanistic insights into the ischemic cascade.
Polyneuropathien sind Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Die Erkrankung kommt gehäuft als Zweiterkrankungen bei anderen Primärerkrankungen vor, daher ist es schwierig, epidemiologische Angaben zu machen.
Ätiologisch lassen sich Polyneuropathien in fünf große Gruppen einteilen: Hereditäre Polyneuropathien, entzündliche Polyneuropathien, vaskulär bedingte Polyneuropathien, exotoxische Polyneuropathien und endotoxisch-metabolische Polyneuropathien. Die Differentialdiagnose der Polyneuropathie richtet sich nach dem zeitlichen Verlauf der Krankheit, dem betroffenen System und danach, ob primär die Axone oder die Markscheiden betroffen sind.
Für die Diagnosestellung einer Polyneuropathie werden Anamnese und klinischer Befund, elektrophysiologische Untersuchungen, Laboruntersuchungen, genetische Untersuchungen und die histopathologische Untersuchung herangezogen. Entscheidend für die Therapie ist es, die behandelbaren Polyneuropathien zu erkennen, hierunter u.a. die entzündlichen Formen. Die hierfür entnommene Suralisbiopsie ist wegen ihrer invasiven Natur erst dann indiziert, wenn die Differentialdiagnose mit nicht-invasiven Maßnahmen nicht geklärt werden kann, sich aber eine Behandlungskonsequenz erwarten lässt.
Die exakte Diagnose setzt bei einigen Polyneuropathien eine neuropathologische Diagnostik voraus. Die Nervenbiopsie muss optimal aufbereitet und ausgewertet werden. Hierfür stehen verschiedene Färbe- und Aufbereitungsmethoden zur Verfügung.
In dieser Arbeit wurde untersucht, ob anhand eines Schnellschnittes (d.h. Gefrier-Querschnitt des biopsierten Nerven mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt) bereits Hinweise auf entzündliche Infiltrate als Zeichen einer Neuritis und damit einer therapiebedürftigen und aber auch therapierbaren Neuropathie gefunden werden können.
Anhand eines vordefinierten Schemas wurden die Biopsate in verblindeter Weise von einem Laien und einem erfahrenem Untersucher histologisch begutachtet und den entzündlichen/nicht entzündlichen Diagnosegruppen zugeordnet. Es wurde untersucht, ob die entzündlichen Veränderungen im Hämatoxylin-Eosin-Gefrierschnitt so deutlich sind, dass auch ein Laienauswerter diese erkennen kann. Ebenso wurden die Untersuchungsergebnisse mittels Hämatoxylin-Eosin- Färbung an Gefrier- und Paraffinschnitten mit den Untersuchungsergebnissen mittels immunhistochemischer Färbemethoden verglichen. Des weiteren wurde untersucht, ob bei histologisch gesicherter Entzündung klinische Einflussfaktoren ermittelt werden können, die auf die neuropathologische Diagnostik Auswirkung haben.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sich die Hämatoxylin-Eosin-Färbung für eine erste und schnelle Diagnostik von entzündlichen Polyneuropathien als wertvoll erwies. Dies gilt für den erfahrenen und unerfahrenen Untersucher. Es zeigen sich keine klinischen Einflussfaktoren für die histopathologische Diagnosestellung. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass schon eine einfache Färbemethode wie die Hämatoxylin-Eosin-Färbung an Gefrier-und Paraffinschnitten bei Polyneuropathie unklarer Genese hilfreich bei einer differenzierten Diagnosefindung sein kann.
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.
Neuro-immune alterations in the peripheral and central nervous system play a role in the pathophysiology of chronic pain, and non-coding RNAs – and microRNAs (miRNAs) in particular – regulate both immune and neuronal processes. Specifically, miRNAs control macromolecular complexes in neurons, glia and immune cells and regulate signals used for neuro-immune communication in the pain pathway. Therefore, miRNAs may be hypothesized as critically important master switches modulating chronic pain. In particular, understanding the concerted function of miRNA in the regulation of nociception and endogenous analgesia and defining the importance of miRNAs in the circuitries and cognitive, emotional and behavioral components involved in pain is expected to shed new light on the enigmatic pathophysiology of neuropathic pain, migraine and complex regional pain syndrome. Specific miRNAs may evolve as new druggable molecular targets for pain prevention and relief. Furthermore, predisposing miRNA expression patterns and inter-individual variations and polymorphisms in miRNAs and/or their binding sites may serve as biomarkers for pain and help to predict individual risks for certain types of pain and responsiveness to analgesic drugs. miRNA-based diagnostics are expected to develop into hands-on tools that allow better patient stratification, improved mechanism-based treatment, and targeted prevention strategies for high risk individuals.
Rationale
While brain serotonin (5-HT) function is implicated in gene-by-environment interaction (GxE) impacting the vulnerability-resilience continuum in neuropsychiatric disorders, it remains elusive how the interplay of altered 5-HT synthesis and environmental stressors is linked to failure in emotion regulation.
Objective
Here, we investigated the effect of constitutively impaired 5-HT synthesis on behavioral and neuroendocrine responses to unpredictable chronic mild stress (CMS) using a mouse model of brain 5-HT deficiency resulting from targeted inactivation of the tryptophan hydroxylase-2 (Tph2) gene.
Results
Locomotor activity and anxiety- and depression-like behavior as well as conditioned fear responses were differentially affected by Tph2 genotype, sex, and CMS. Tph2 null mutants (Tph2\(^{−/−}\)) displayed increased general metabolism, marginally reduced anxiety- and depression-like behavior but strikingly increased conditioned fear responses. Behavioral modifications were associated with sex-specific hypothalamic-pituitary-adrenocortical (HPA) system alterations as indicated by plasma corticosterone and fecal corticosterone metabolite concentrations. Tph2\(^{−/−}\) males displayed increased impulsivity and high aggressiveness. Tph2\(^{−/−}\) females displayed greater emotional reactivity to aversive conditions as reflected by changes in behaviors at baseline including increased freezing and decreased locomotion in novel environments. However, both Tph2\(^{−/−}\) male and female mice were resilient to CMS-induced hyperlocomotion, while CMS intensified conditioned fear responses in a GxE-dependent manner.
Conclusions
Our results indicate that 5-HT mediates behavioral responses to environmental adversity by facilitating the encoding of stress effects leading to increased vulnerability for negative emotionality.
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.
Die hereditäre Spinalparalyse SPG17 ist eine autosomal-dominant vererbte Motoneuronerkrankung, welche durch Mutationen im BSCL2 (Seipin) Gen verursacht wird. Klassischerweise äußert sich die Krankheit durch eine spastische Paraparese der Beine und Amyotrophie der Hände (Silver-Syndrom) oder eine vorwiegend periphere (senso-)motorische Neuropathie. Für die vorliegende Arbeit wurden insgesamt sieben Patienten aus vier verschiedenen Familien, bei denen heterozygote Mutationen im BSCL2 Gen nachgewiesen werden konnten, klinisch sowie elektrophysiologisch und molekulargenetisch untersucht. Es gelang hierbei zwei bisher unbekannte phänotypische Ausprägungen zu beschreiben, welche die Symptomatik und den Verlauf einer Multifokalen Motorischen Neuropathie (MMN) bzw. einer Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) imitieren und hiervon nur durch den genetischen Befund zu unterscheiden sind. Anhand dieser Ergebnisse erfolgte dann nach extensiver Literaturrecherche eine Zusammenfassung aller bisher publizierten Fälle der SPG17 und eine Einordnung der hier erstbeschriebenen Phänotypen in einen Vorschlag zur Erweiterung des bisher verwendeten Klassifikationssystems von BSCL 2 Mutationen.
Background:
Deep brain stimulation (DBS) is the chronic electrical stimulation of selected target sites in the brain through stereotactically implanted electrodes. More than 150 000 patients around the world have been treated to date with DBS for medically intractable conditions. The indications for DBS include movement disorders, epilepsy, and some types of mental illness.
Methods:
This review is based on relevant publications retrieved by a selective search in PubMed and the Cochrane Library, and on the current guidelines of the German Neurological Society (Deutsche Gesellschaft fur Neurologie, DGN).
Results: DBS is usually performed to treat neurological diseases, most often movement disorders and, in particular, Parkinson's disease. Multiple randomized controlled trials (RCTs) have shown that DBS improves tremor, dyskinesia, and quality of life in patients with Parkinson's disease by 25% to 50%, depending on the rating scales used. DBS for tremor usually involves stimulation in the cerebello-thalamo-cortical regulatory loop. In an RCT of DBS for the treatment of primary generalized dystonia, the patients who underwent DBS experienced a 39.3% improvement of dystonia, compared to only 4.9% in the control group. Two multicenter trials of DBS for depression were terminated early because of a lack of efficacy.
Conclusion:
DBS is an established treatment for various neurological and psychiatric diseases. It has been incorporated in the DGN guidelines and is now considered a standard treatment for advanced Parkinson's disease. The safety and efficacy of DBS can be expected to improve with the application of new technical developments in electrode geometry and new imaging techniques. Controlled trials would be helpful so that DBS could be extended to further indications, particularly psychiatric ones.
Lymphocytes express potassium channels that regulate physiological cell functions, such as activation, proliferation and migration. Expression levels of K\(_{2P}\)5.1(TASK2; KCNK5) channels belonging to the family of two-pore domain potassium channels have previously been correlated to the activity of autoreactive T lymphocytes in patients with multiple sclerosis and rheumatoid arthritis. In humans, K\(_{2P}\)5.1 channels are upregulated upon T cell stimulation and influence T cell effector functions. However, a further clinical translation of targeting K\(_{2P}\)5.1 is currently hampered by a lack of highly selective inhibitors, making it necessary to evaluate the impact of KCNK5 in established preclinical animal disease models. We here demonstrate that K\(_{2P}\)5.1 knockout (K\(_{2P}\)5.1\(^{-/-}\) mice display no significant alterations concerning T cell cytokine production, proliferation rates, surface marker molecules or signaling pathways. In an experimental model of autoimmune neuroinflammation, K\(_{2P}\)5.1\(^{-/-}\) mice show a comparable disease course to wild-type animals and no major changes in the peripheral immune system or CNS compartment. A compensatory upregulation of the potassium channels K\(_{2P}\)3.1 and K\(_{V}\)1.3 seems to counterbalance the deletion of K\(_{2P}\)5.1. As an alternative model mimicking autoimmune neuroinflammation, experimental autoimmune encephalomyelitis in the common marmoset has been proposed, especially for testing the efficacy of new potential drugs. Initial experiments show that K\(_{2P}\)5.1 is functionally expressed on marmoset T lymphocytes, opening up the possibility for assessing future K\(_{2P}\)5.1-targeting drugs.
Biomedical research suffers from a dramatically poor translational success. For example, in ischemic stroke, a condition with a high medical need, over a thousand experimental drug targets were unsuccessful. Here, we adopt methods from clinical research for a late-stage pre-clinical meta-analysis (MA) and randomized confirmatory trial (pRCT) approach. A profound body of literature suggests NOX\(_{2}\) to be a major therapeutic target in stroke. Systematic review and MA of all available NOX\(_{2}\)\(^{-/y}\) studies revealed a positive publication bias and lack of statistical power to detect a relevant reduction in infarct size. A fully powered multi-center pRCT rejects NOX\(_{2}\) as a target to improve neurofunctional outcomes or achieve a translationally relevant infarct size reduction. Thus stringent statistical thresholds, reporting negative data and a MA-pRCT approach can ensure biomedical data validity and overcome risks of bias.
Polyneuropathien sind eine ätiologisch heterogene Erkrankung des peripheren Nervensystems. In bis zu 30% der Fälle ist eine Zuordnung zu einem bestimmten PNP Subtyp auch nach aufwändiger und zum Teil invasiver Diagnostik nicht möglich. Bislang fehlt ein diagnostischer Biomarker bei PNP, der z.B. bei der Unterscheidung zwischen einzelnen diagnostischen Subgruppen oder entzündlichen und nicht-entzündlichen Erkrankungsformen helfen könnte. In einer prospektiven Studie mit insgesamt 97 Patienten mit Neuropathien verschiedenster Ätiologie und 17 gesunden Kontrollpersonen erstellten wir Genexpressionsprofile von inflammatorischen Markern und Markern der Regeneration peripherer Nerven in Haut- und N. suralis-Biopsaten. Es wurden Inflammationsmarker (TAC1, CRMP2, AIF1, IL-6) und Marker, die in die Regeneration peripherer Nerven involviert sind (SCD, Netrin-1, DCC, UNC5H2, NEO1, Netrin-G1, Netrin-G2), mittels qRT-PCR untersucht. Alle Patienten erhielten eine N. suralis-Biopsie und/oder eine Hautbiopsie von Ober- beziehungsweise Unterschenkel. Weder in den Haut- noch in den N. suralis-Biopsaten konnten Unterschiede in der Genexpression dieser Marker zwischen einzelnen diagnostischen Subgruppen gefunden werden. Der Inflammationsmarker AIF1 war jedoch in Patienten-Hautproben sowohl proximal als auch distal höher exprimiert als bei gesunden Kontrollpersonen (p < 0,05 bzw. p < 0,01). Zudem fand sich in den Hautproben von PNP-Patienten eine deutlich reduzierte Genexpression von Regenerationsmarkern aus der Netrin-Familie verglichen mit den Hautproben gesunder Probanden (Netrin-1, DCC, UNC5H2, NEO1 sowie Netrin-G1 und G2; p < 0,05 bis p < 0,001). Ferner wies Netrin-1 in distalen Hautproben bei Patienten mit einer entzündlichen PNP eine niedrigere Genexpression auf, als bei Patienten mit einer nicht-entzündlichen Erkrankungsform (p < 0,05). Die Genexpression von NEO1 in distalen Hautproben war bei schmerzloser PNP und gesunden Kontrollpersonen höher als bei schmerzhafter PNP (p < 0,05). Sowohl eine Erhöhung bestimmter Inflammationsmarker als auch eine Verminderung von Regenerationsmarkern peripherer Nerven können bei der Pathophysiologie von Polyneuropathien involviert sein. Insbesondere Mitglieder der Netrin-Familie scheinen eine komplexe Rolle für das Axonwachstum, jedoch auch für entzündliche Prozesse zu spielen.
Die Charcot-Marie-Tooth Typ 1 Erkrankungen sind eine genetisch heterogene Gruppe, aktuell nicht kurativ therapierbarer, erblicher Neuropathien des Peripheren Nervensystems. Klinische Manifestationen reichen von Sensibilitäts-störungen, verminderten Muskeleigenreflexen, sowie fortschreitenden Lähmungen, bis hin zu Muskelatrophie und bedeuten für die betroffenen Patienten eine starke Einschränkung der Lebensqualität. Anhand früherer Studien wurde Makrophagen, als Teil des angeborenen Immunsystems, eine entscheidende Rolle in der Pathogenese dreier CMT1-Unterformen zugeschrieben. Abgesehen von den morphologischen Manifestationen der demyelinisierenden CMT1-Erkrankungen, wie simultanes Auftreten von Dedifferenzierung, sowie Hypo-, und Demyelinisierung erkrankter Schwann-Zellen, sind pathologische Veränderungen der Domänengliederung der Ranvier’schen Schnürringe betroffener Nervenfasern ebenfalls von der Aktivierung pathogener Makrophagen abhängig.
Auf der Basis verschiedener veröffentlichter Studien, welche sowohl demyelinisierende Erkrankungen des ZNS, aber auch primär durch axonale Schäden gekennzeichnete Erkrankungen des PNS beinhalten, besteht ein möglicher räumlicher Zusammenhang zwischen Architekturstörungen der RS und aktivierten pathogenen Mikrogliazellen bzw. Makrophagen.
In dieser Studie konnte, anhand morphologischer Analysen von peripherem Nervengewebe, in Wt-Mäusen erstmals eine unerwartete präferentielle Lokalisation von Makrophagen im räumlichen Umfeld von RS beobachtet werden. Hierbei scheint, trotz des Fehlens einer direkten Zell-Zell-Interaktion zwischen Makrophagen und RS, vor allem im Hinblick auf die ebenfalls im räumlichen Umfeld von RS nachweisbare EZM und Fibroblasten, eine funktionelle Relevanz der assoziierten Makrophagen für die Aufrechterhaltung der Domänengliederung bzw. elektrophysiologischen Eigenschaften myelinisierter peripherer Nervenfasern denkbar.
Im Gegensatz dazu wurde trotz der signifikanten Zunahme der Makrophagenanzahlen in den drei untersuchten CMT1-Mausmodellen keine erhöhte räumliche Assoziation mit den RS der mutierten Schwann-Zellen beobachtet. Vielmehr konnten anhand des Vergleiches mit wildtypischen Kontrollmäusen signifikant erniedrigte Assoziationsraten beider Strukturen in den CMT1-Modelltieren festgestellt werden. Folglich scheint die von der Einwanderung und Aktivierung pathogener Makrophagen abhängige Störung der Domänengliederung der RS der mutierten Schwann-Zellen, nicht durch eine direkte Interaktion bzw. räumliche Assoziation von Makrophagen mit RS ausgelöst zu werden.
Intrathecal, Polyspecific Antiviral Immune Response in Oligoclonal Band Negative Multiple Sclerosis
(2012)
Background: Oligoclonal bands (OCB) are detected in the cerebrospinal fluid (CSF) in more than 95% of patients with multiple sclerosis (MS) in the Western hemisphere. Here we evaluated the intrathecal, polyspecific antiviral immune response as a potential diagnostic CSF marker for OCB-negative MS patients.
Methodology/Principal Findings: We tested 46 OCB-negative German patients with paraclinically well defined, definite MS. Sixteen OCB-negative patients with a clear diagnosis of other autoimmune CNS disorders and 37 neurological patients without evidence for autoimmune CNS inflammation served as control groups. Antibodies against measles, rubella, varicella zoster and herpes simplex virus in paired serum and CSF samples were determined by ELISA, and virus-specific immunoglobulin G antibody indices were calculated. An intrathecal antibody synthesis against at least one neurotropic virus was detected in 8 of 26 (31%) patients with relapsing-remitting MS, 8 of 12 (67%) with secondary progressive MS and 5 of 8 (63%) with primary progressive MS, in 3 of 16 (19%) CNS autoimmune and 3 of 37 (8%) non-autoimmune control patients. Antibody synthesis against two or more viruses was found in 11 of 46 (24%) MS patients but in neither of the two control groups. On average, MS patients with a positive antiviral immune response were older and had a longer disease duration than those without.
Conclusion: Determination of the intrathecal, polyspecific antiviral immune response may allow to establish a CSF-supported diagnosis of MS in OCB-negative patients when two or more of the four virus antibody indices are elevated.
Das ON-Freezing ist ein seltenes, aber generell extrem schwer zu therapierendes Phänomen. Es betrifft Parkinson-Patienten mit und ohne THS.
Die derzeitige Literaturlage spiegelt wider, dass es unterschiedliche Strategien gibt, diesem Phänomen zu begegnen. Ein allgemeingültiges Therapiekonzept existiert dabei nicht. Für einige Patienten mit STN-THS konnte durch eine Reduktion der Stimulationsfrequenz eine Besserung der Gangstörung erzielt werden. Andere profitierten vom Einsatz sogenannter Interleaving-Protokolle mit gleichzeitiger Stimulation der Substantia nigra (Sn).
Im Vergleich zu anderen Arbeiten, die keine vorhersagbaren Parameter gefunden oder sich auf Symptome, Ausprägung der Subtypen und Erkrankungsdauer oder
den Zeitpunkt der Erkrankung konzentriert haben, verfolgten wir die Absicht, die Effekte der LF-Stim des STN auf Parkinson-Patienten mit Gangstörung und Freezing-Phänomen zu untersuchen und herauszufinden, ob man Gangparameter identifizieren kann, an Hand derer man das Ansprechen auf eine LF-Stim vorhersagen kann.
Unter der Einschränkung, dass die Zahl der Probanden unserer Studie sehr gering ist, haben wir herausgefunden, dass diejenigen Patienten besser auf eine LF-Stim ansprechen, die unter der Standard-HF-Stim eine signifikant höhere Ganggeschwindigkeit und eine größere Schrittlänge aufzeigen und nur ein intermittierendes Freezing haben.
Darüber hinaus zeigte sich ein besseres Ansprechen der LF-Stim bei Parkinson-Patienten mit akinetisch-rigidem Parkinson-Phänotyp.
Unsere Ergebnisse bestätigen die Annahme, dass sich L-Dopa additiv zur Stimulationstherapie bei manchen Parkinson-Patienten zusätzlich positiv auf die motorischen PD-Symptome auswirken kann. In Bezug auf die Verbesserung der Gangparameter zeigte sich in unseren Ergebnissen allerdings, dass L-Dopa eher eine untergeordnete Rolle spielt.
Aufgrund der niedrigen Anzahl von Respondern in unserer Studie lässt sich daher sicherlich noch keine allgemeingültige Regel ableiten. Es bedarf letztlich weiterer Studien mit größeren Untersuchungszahlen, um unsere Thesen zu stützen und abzusichern.
In jedem Fall wird aber das ON-Freezing auch weiterhin eine therapeutische Herausforderung bleiben.
Isolated generalized dystonia is a central motor network disorder characterized by twisted movements or postures. The most frequent genetic cause is a GAG deletion in the Tor1a (DYT1) gene encoding torsinA with a reduced penetrance of 30-40 % suggesting additional genetic or environmental modifiers. Development of dystonia-like movements after a standardized peripheral nerve crush lesion in wild type (wt) and Tor1a+/- mice, that express 50 % torsinA only, was assessed by scoring of hindlimb movements during tail suspension, by rotarod testing and by computer-assisted gait analysis. Western blot analysis was performed for dopamine transporter (DAT), D1 and D2 receptors from striatal and quantitative RT-PCR analysis for DAT from midbrain dissections. Autoradiography was used to assess the functional DAT binding in striatum. Striatal dopamine and its metabolites were analyzed by high performance liquid chromatography. After nerve crush injury, we found abnormal posturing in the lesioned hindlimb of both mutant and wt mice indicating the profound influence of the nerve lesion (15x vs. 12x relative to control) resembling human peripheral pseudodystonia. In mutant mice the phenotypic abnormalities were increased by about 40 % (p < 0.05). This was accompanied by complex alterations of striatal dopamine homeostasis. Pharmacological blockade of dopamine synthesis reduced severity of dystonia-like movements, whereas treatment with L-Dopa aggravated these but only in mutant mice suggesting a DYT1 related central component relevant to the development of abnormal involuntary movements. Our findings suggest that upon peripheral nerve injury reduced torsinA concentration and environmental stressors may act in concert in causing the central motor network dysfunction of DYT1 dystonia.
Fabry disease is an X-linked lysosomal storage disorder due to impaired activity of alpha-galactosidase A with intracellular accumulation of globotriaosylceramide. Associated small fiber pathology leads to characteristic pain in Fabry disease. We systematically assessed sensory system, physical activity, metabolic parameters, and morphology of male and female mice with alpha-galactosidase A deficiency (Fabry ko) from 2 to 27 months of age and compared results with those of age- and gender-matched wild-type littermates of C57Bl/6J background. Results From the age of two months, male and female Fabry mice showed mechanical hypersensitivity (p < 0.001 each) compared to wild-type littermates. Young Fabry ko mice of both genders were hypersensitive to heat stimulation (p < 0.01) and developed heat hyposensitivity with aging (p < 0.05), while cold hyposensitivity was present constantly in young (p < 0.01) and old (p < 0.05) Fabry ko mice compared to wild-type littermates. Stride angle increased only in male Fabry ko mice with aging (p < 0.01) in comparison to wild-type littermates. Except for young female mice, male (p < 0.05) and female (p < 0.01) Fabry ko mice had a higher body weight than wild-type littermates. Old male Fabry ko mice were physically less active than their wild-type littermates (p < 0.05), had lower chow intake (p < 0.001), and lost more weight (p < 0.001) in a one-week treadmill experiment than wild-type littermates. Also, Fabry ko mice showed spontaneous pain protective behavior and developed orofacial dysmorphism resembling patients with Fabry disease.
Conclusions. Mice with alpha-galactosidase A deficiency show age-dependent and distinct deficits of the sensory system. alpha-galactosidase A-deficient mice seem to model human Fabry disease and may be helpful when studying the pathophysiology of Fabry-associated pain.
Background
Traumatic brain injury (TBI) is a major cause of death and disability. Neuroinflammation contributes to acute damage after TBI and modulates long-term evolution of degenerative and regenerative responses to injury. The aim of the present study was to evaluate the relationship of microglia activation to trauma severity, brain energy metabolism, and cellular reactions to injury in a mouse closed head injury model using combined in vivo PET imaging, ex vivo autoradiography, and immunohistochemistry.
Methods
A weight-drop closed head injury model was used to produce a mixed diffuse and focal TBI or a purely diffuse mild TBI (mTBI) in C57BL6 mice. Lesion severity was determined by evaluating histological damage and functional outcome using a standardized neuroscore (NSS), gliosis, and axonal injury by immunohistochemistry. Repeated intra-individual in vivo μPET imaging with the specific 18-kDa translocator protein (TSPO) radioligand [\(^{18}\)F]DPA-714 was performed on day 1, 7, and 16 and [\(^{18}\)F]FDG-μPET imaging for energy metabolism on days 2–5 after trauma using freshly synthesized radiotracers. Immediately after [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET imaging on days 7 and 16, cellular identity of the [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake was confirmed by exposing freshly cut cryosections to film autoradiography and successive immunostaining with antibodies against the microglia/macrophage marker IBA-1.
Results
Functional outcome correlated with focal brain lesions, gliosis, and axonal injury. [\(^{18}\)F]DPA-714-μPET showed increased radiotracer uptake in focal brain lesions on days 7 and 16 after TBI and correlated with reduced cerebral [\(^{18}\)F]FDG uptake on days 2–5, with functional outcome and number of IBA-1 positive cells on day 7. In autoradiography, [\(^{18}\)F]DPA-714 uptake co-localized with areas of IBA1-positive staining and correlated strongly with both NSS and the number of IBA1-positive cells, gliosis, and axonal injury. After mTBI, numbers of IBA-1 positive cells with microglial morphology increased in both brain hemispheres; however, uptake of [\(^{18}\)F]DPA-714 was not increased in autoradiography or in μPET imaging.
Conclusions
[\(^{18}\)F]DPA-714 uptake in μPET/autoradiography correlates with trauma severity, brain metabolic deficits, and microglia activation after closed head TBI.
From October 30–November 1, 2015, the 7th NEUROWIND e.V. meeting was held in Motzen, Brandenburg, Germany. Seventy doctoral students and postdocs from over 25 different groups working in German and Swiss University Hospitals or Research Institutes attended the meeting to discuss their latest experiments and findings in the fields of neuroimmunology, neurodegeneration and neurovascular research. This meeting report summarizes the many diverse presentations and the new preclinical to clinical neurology research data that were shared by the participants at the meeting.
Background
Serotonin (5-hydroxytryptamin, 5-HT) is an indolamine platelet agonist, biochemically derived from tryptophan. 5-HT is secreted from the enterochromaffin cells into the gastrointestinal tract and blood. Blood 5-HT has been proposed to regulate hemostasis by acting as a vasoconstrictor and by triggering platelet signaling through 5-HT receptor 2A (5HTR2A). Although platelets do not synthetize 5-HT, they take 5-HT up from the blood and store it in their dense granules which are secreted upon platelet activation.
Objective
To identify the molecular composite of the 5-HT uptake system in platelets and elucidate the role of platelet released 5-HT in thrombosis and ischemic stroke. Methods: 5-HT transporter knockout mice (5Htt\(^{-/-}\)) were analyzed in different in vitro and in vivo assays and in a model of ischemic stroke.
Results
In 5Htt\(^{-/-}\) platelets, 5-HT uptake from the blood was completely abolished and agonist-induced Ca2+ influx through store operated Ca\(^{2+}\) entry (SOCE), integrin activation, degranulation and aggregation responses to glycoprotein VI (GPVI) and C-type lectin-like receptor 2 (CLEC-2) were reduced. These observed in vitro defects in 5Htt\(^{-/-}\) platelets could be normalized by the addition of exogenous 5-HT. Moreover, reduced 5-HT levels in the plasma, an increased bleeding time and the formation of unstable thrombi were observed ex vivo under flow and in vivo in the abdominal aorta and carotid artery of 5Htt\(^{-/-}\) mice. Surprisingly, in the transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) model of ischemic stroke 5Htt\(^{-/-}\) mice showed nearly normal infarct volume and the neurological outcome was comparable to control mice.
Conclusion
Although secreted platelet 5-HT does not appear to play a crucial role in the development of reperfusion injury after stroke, it is essential to amplify the second phase of platelet activation through SOCE and plays an important role in thrombus stabilization.
Background
Mobile 3D fluoroscopes have become increasingly available in neurosurgical operating rooms. In this series, the image quality and value of intraoperative 3D fluoroscopy with intravenous contrast agent for the evaluation of aneurysm occlusion and vessel patency after clip placement was assessed in patients who underwent surgery for intracranial aneurysms.
Materials and methods
Twelve patients were included in this retrospective analysis. Prior to surgery, a 360° rotational fluoroscopy scan was performed without contrast agent followed by another scan with 50 ml of intravenous iodine contrast agent. The image files of both scans were transferred to an Apple PowerMac® workstation, subtracted and reconstructed using OsiriX® free software. The procedure was repeated after clip placement. Both image sets were compared for assessment of aneurysm occlusion and vessel patency.
Results
Image acquisition and contrast administration caused no adverse effects. Image quality was sufficient to follow the patency of the vessels distal to the clip. Metal artifacts reduce the assessability of the immediate vicinity of the clip. Precise image subtraction and post-processing can reduce metal artifacts and make the clip-site assessable and depict larger neck-remnants.
Conclusion
This technique quickly supplies images at adequate quality to evaluate distal vessel patency after aneurysm clipping. Significant aneurysm remnants may be depicted as well. As it does not require visual control of all vessels that are supposed to be evaluated intraoperatively, this technique may be complementary to other intraoperative tools like indocyanine green videoangiography and micro-Doppler, especially for the assessment of larger aneurysms. At the momentary state of this technology, it cannot replace postoperative conventional angiography. However, 3D fluoroscopy and image post-processing are young technologies. Further technical developments are likely to result in improved image quality.
microRNAs in chronic pain
(2016)
Chronic pain is a common problem in clinical practice, not well understood clinically, and frequently tough to satisfactorily diagnose. Because the pathophysiology is so complex, finding effective treatments for people with chronic pain has been overall less than successful and typically reduced to an unsatisfactory trial-and-error process, all of which translates into a significant burden to society. Knowledge of the mechanisms underlying the development of chronic pain, and moreover why some patients experience pain and others not, may aid in developing specific treatment regimens. Although nerve injuries are major contributors to pain chronification, they cannot explain the entire phenomenon. Considerable research has underscored the importance of the immune system for the development and maintenance of chronic pain, albeit the exact factors regulating inflammatory reactions remain unclear. Understanding the putative molecular and cellular regulator switches of inflammatory reactions will open novel opportunities for immune modulatory analgesics with putatively higher specificity and less adverse effects. It has become clear that small, non- coding RNA molecules known as microRNAs are in fact potent regulators of many thousands of genes and possibly cross-communicate between cellular pathways in multiple systems acting as so-called “master-switches”. Aberrant expression of miRNAs is now implicated in numerous disorders, including nerve injuries as well as in inflammatory processes. Moreover, compelling evidence supports the idea that miRNAs also regulate pain, and in analogy to the oncology field aid in the differential diagnosis of disease subtypes. In fact, first reports describing characteristic miRNA expression profiles in blood or cerebrospinal fluid of patients with distinct pain conditions are starting to emerge, however evidence linking specific miRNA expression profiles to specific pain disorders is still insufficient. The present thesis aimed at first, identifying specific miRNA signatures in two distinct chronic pain conditions, namely peripheral neuropathies of different etiologies and fibromyalgia syndrome. Second, it aimed at identifying miRNA profiles to better understand potential factors that differentiate painful from painless neuropathies and third, study the mechanistic role of miRNAs in the pathophysiology of pain, to pave the way for new druggable targets.
Three studies were conducted in order to identify miRNA expression signatures that are characteristic for the given chronic pain disorder. The first study measured expression of miR-21, miR-146a and miR-155 in white blood cells, skin and nerve biopsies of patients with peripheral neuropathies. It shows that peripheral neuropathies of different etiologies are associated with increased peripheral miR-21 and miR-146a, but decreased miR-155 expression. More importantly, it was shown that painful neuropathies have increased sural nerve miR-21 and miR-155 expression, but reduced miR-146a and miR-155 expression in distal skin of painful neuropathies. These results point towards the potential use of miRNAs profiles to stratify painful neuropathies. The seconds study extends these findings and first analyzed the role of miR-132-3p in patients and subsequently in an animal model of neuropathic pain. Interestingly, miR-132-3p was upregulated in white blood cells and sural nerve biopsies of patients with painful neuropathies and in animals after spared nerve injury. Pharmacologically modulating the expression of miR-132-3p dose-dependently reversed pain behavior and pain aversion, indicating the pro-nociceptive effect of miR-132-3p in chronic pain. This study thus demonstrates the potential analgesic impact by modulating miRNA expression. Fibromyalgia is associated with chronic widespread pain and, at least in a subgroup, impairment in small nerve fiber morphology and function. Interestingly, the disease probably comprises subgroups with different underlying pathomechanisms. In accordance with this notion, the third study shows that fibromyalgia is associated with both aberrant white blood cell and cutaneous miRNA expression. Being the first of its kind, this study identified miR-let-7d and its downstream target IGF-1R as potential culprit for impaired small nerve fiber homeostasis in a subset of patients with decreased intra-epidermal nerve fiber density. The work presented in this thesis is a substantial contribution towards the goal of better characterizing chronic pain based on miRNA expression signatures and thus pave the way for new druggable targets.
Background
Fabry-associated pain may be the first symptom of Fabry disease (FD) and presents with a unique phenotype including mostly acral burning triggerable pain attacks, evoked pain, pain crises, and permanent pain. We recently developed and validated the first Fabry Pain Questionnaire (FPQ) for adult patients. Here we report on the validation of the self-administered version of the FPQ that no longer requires a face-to-face interview but can be filled in by the patients themselves allowing more flexible data collection.
Methods
At our Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Treatment, Germany, we have developed the self-administered version of the FPQ by adapting the questionnaire to a self-report version. To do this, consecutive Fabry patients with current or past pain history (n = 56) were first interviewed face-to-face. Two weeks later patients’ self-reported questionnaire results were collected by mail (n = 55). We validated the self-administered version of the FPQ by assessing the inter-rater reliability agreement of scores obtained by supervised administration and self-administration of the FPQ.
Results
The FPQ contains 15 questions on the different pain phenotypes, on pain development during life with and without therapy, and on impairment due to pain. Statistical analysis showed that the majority of questions were answered in high agreement in both sessions with a mean AC1-statistic of 0.857 for 55 nominal-scaled items and a mean ICC of 0.587 for 9 scores.
Conclusions
This self-administered version of the first pain questionnaire for adult Fabry patients is a useful tool to assess Fabry-associated pain without a time-consuming face-to-face interview but via a self-reporting survey allowing more flexible usage.