Neurologische Klinik und Poliklinik
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- Neurologische Klinik und Poliklinik (519)
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- Rudolf-Virchow-Zentrum (16)
- Deutsches Zentrum für Herzinsuffizienz (DZHI) (14)
- Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie (13)
Schriftenreihe
Sonstige beteiligte Institutionen
- Datenintegrationszentrum Würzburg (DIZ) (1)
- Institut für Musikphysiologie und Musiker-Medizin der Hochschule für Musik, Theater und Medien, Hannover (1)
- Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (ibdw) (1)
- Interdisziplinäres Amyloidosezentrum Nordbayern (1)
- KfH Nierenzentrum (1)
- Klinische Studienzentrale (Universitätsklinikum) (1)
- Politecnico di Milano (1)
- Sahin Lab, F.M. Kirby Neurobiology Center Boston Children’s Hospital, Department of Neurology, Harvard Medical School (1)
- Wurzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), Wurzburg, Germany (1)
- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
CD4 T-Zellen wurden lange als die vor allem pathogen wirkenden Immunzellen bei chronisch entzündlichen ZNS-Erkrankungen angesehen. Wir untersuchten die Wirkung von CD8 T-Zellen in der EAE (exp. autoimmunen Enzephalomyelitis = Tiermodell der Multiplen Sklerose) anhand von beta2-Mikroglobulin knock-out Mäusen (fehlende CD8 T-Zellen). Ergebnis: im Vergleich zu den Wildtyptieren zeigten die Knock-outs eine signifikant stärker ausgeprägte Erkrankung bei der mit verschiedenen Antigenen (MOG, MBP) induzierten EAE mit erhöhter Mortalität. Histologisch fnad sich eine vermehrte Infiltration von Makrophagen und Mikroglia. Die Demyelinisierung war bei den Knock-outs stärker ausgeprägt, ebenso auch der axonale Schaden. Das Fehlen von funktionellen CD8 T-Zellen führte demnach zu einer Verstärkung der autoimmunen Gewebsschädigung im ZNS.
Background
Long-term support of stroke patients living at home is often delivered by family caregivers (FC). We identified characteristics of stroke patients being associated with receiving care by a FC 3-months (3 M) after stroke, assessed positive and negative experiences and individual burden of FC caring for stroke patients and determined factors associated with caregiving experiences and burden of FC 3 M after stroke.
Methods
Data were collected within TRANSIT-Stroke, a regional telemedical stroke-network comprising 12 hospitals in Germany. Patients with stroke/TIA providing informed consent were followed up 3 M after the index event. The postal patient-questionnaire was accompanied by an anonymous questionnaire for FC comprising information on positive and negative experiences of FC as well as on burden of caregiving operationalized by the Caregiver Reaction Assessment and a self-rated burden-scale, respectively. Multivariable logistic and linear regression analyses were performed.
Results
Between 01/2016 and 06/2019, 3532 patients provided baseline and 3 M-follow-up- data and 1044 FC responded to questionnaires regarding positive and negative caregiving experiences and caregiving burden. 74.4% of FC were older than 55 years, 70.1% were women and 67.5% were spouses. Older age, diabetes and lower Barthel-Index in patients were significantly associated with a higher probability of receiving care by a FC at 3 M. Positive experiences of FC comprised the importance (81.5%) and the privilege (70.0%) of caring for their relative; negative experiences of FC included financial difficulties associated with caregiving (20.4%). Median overall self-rated burden was 30 (IQR: 0–50; range 0–100). Older age of stroke patients was associated with a lower caregiver burden, whereas younger age of FC led to higher burden. More than half of the stroke patients in whom a FC questionnaire was completed did self-report that they are not being cared by a FC. This stroke patient group tended to be younger, more often male with less severe stroke and less comorbidities who lived more often with a partner.
Conclusions
The majority of caregivers wanted to care for their relatives but experienced burden at the same time. Elderly patients, patients with a lower Barthel Index at discharge and diabetes are at higher risk of needing care by a family caregiver.
Trial registration
The study was registered at “German Clinical Trial Register”: DRKS00011696. https://www.drks.de/drks_web/navigate.do?navigationId=trial.HTML&TRIAL_ID=DRKS00011696
Background
Regulatory CD4\(^+\)CD25\(^+\)FoxP3\(^+\) T cells (Treg) are a subgroup of T lymphocytes involved in maintaining immune balance. Disturbance of Treg number and impaired suppressive function of Treg correlate with Parkinson’s disease severity. Superagonistic anti-CD28 monoclonal antibodies (CD28SA) activate Treg and cause their expansion to create an anti-inflammatory environment.
Methods
Using the AAV1/2-A53T-α-synuclein Parkinson’s disease mouse model that overexpresses the pathogenic human A53T-α-synuclein (hαSyn) variant in dopaminergic neurons of the substantia nigra, we assessed the neuroprotective and disease-modifying efficacy of a single intraperitoneal dose of CD28SA given at an early disease stage.
Results
CD28SA led to Treg expansion 3 days after delivery in hαSyn Parkinson’s disease mice. At this timepoint, an early pro-inflammation was observed in vehicle-treated hαSyn Parkinson’s disease mice with elevated percentages of CD8\(^+\)CD69\(^+\) T cells in brain and increased levels of interleukin-2 (IL-2) in the cervical lymph nodes and spleen. These immune responses were suppressed in CD28SA-treated hαSyn Parkinson’s disease mice. Early treatment with CD28SA attenuated dopaminergic neurodegeneration in the SN of hαSyn Parkinson’s disease mice accompanied with reduced brain numbers of activated CD4\(^+\), CD8\(^+\) T cells and CD11b\(^+\) microglia observed at the late disease-stage 10 weeks after AAV injection. In contrast, a later treatment 4 weeks after AAV delivery failed to reduce dopaminergic neurodegeneration.
Conclusions
Our data indicate that immune modulation by Treg expansion at a timepoint of overt inflammation is effective for treatment of hαSyn Parkinson’s disease mice and suggest that the concept of early immune therapy could pose a disease-modifying option for Parkinson’s disease patients.
Background: Compensation of brain injury in multiple sclerosis (MS) may in part work through mechanisms involving neuronal plasticity on local and interregional scales. Mechanisms limiting excessive neuronal activity may have special significance for retention and (re-)acquisition of lost motor skills in brain injury. However, previous neurophysiological studies of plasticity in MS have investigated only excitability enhancing plasticity and results from neuroimaging are ambiguous. Thus, the aim of this study was to probe long-term depression-like central motor plasticity utilizing continuous theta-burst stimulation (cTBS), a non-invasive brain stimulation protocol. Because cTBS also may trigger behavioral effects through local interference with neuronal circuits, this approach also permitted investigating the functional role of the primary motor cortex (M1) in force control in patients with MS. Methods: We used cTBS and force recordings to examine long-term depression-like central motor plasticity and behavioral consequences of a M1 lesion in 14 patients with stable mild-to-moderate MS (median EDSS 1.5, range 0 to 3.5) and 14 age-matched healthy controls. cTBS consisted of bursts (50 Hz) of three subthreshold biphasic magnetic stimuli repeated at 5 Hz for 40 s over the hand area of the left M1. Corticospinal excitability was probed via motor-evoked potentials (MEP) in the abductor pollicis brevis muscle over M1 before and after cTBS. Force production performance was assessed in an isometric right thumb abduction task by recording the number of hits into a predefined force window. Results: cTBS reduced MEP amplitudes in the contralateral abductor pollicis brevis muscle to a comparable extent in control subjects (69 ± 22% of baseline amplitude, p < 0.001) and in MS patients (69 ± 18%, p < 0.001). In contrast, postcTBS force production performance was only impaired in controls (2.2 ± 2.8, p = 0.011), but not in MS patients (2.0 ± 4.4, p = 0.108). The decline in force production performance following cTBS correlated with corticomuscular latencies (CML) in MS patients, but did not correlate with MEP amplitude reduction in patients or controls. Conclusions: Long-term depression-like plasticity remains largely intact in mild-to-moderate MS. Increasing brain injury may render the neuronal networks less responsive toward lesion-induction by cTBS.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Eignung der im Rahmen der Routinediagnostik verfügbaren, aber unzu¬reichend charakterisierten Analyten Beta-2-Mikroglobulin (β2-Mikroglobulin), Laktat und Angiotensin-Converting Enzyme (ACE) als Biomarker untersucht. Dazu wurden 6.310 an der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Würzburg gewonnene Liquorproben analysiert. Näher analysiert wurden 276 Fälle mit nicht entzünd¬lichen neurologischen Erkrankungen (NIND; Kontrollgruppe) und 438 nicht immuntherapeutisch behandelte MS-Fälle (Untersuchugsgruppe). Bei den MS-Fällen wurde die Verlaufs¬form und Krankheitsaktivität (klinische Schübe, Progressionsindex) dokumentiert. Es zeigte sich eine deutliche Altersabhängigkeit der Liquorspiegel von β2-Mikroglobulin, Laktat und ACE in der MS- und Kontrollgruppe, was für die sich anschließenden weiteren Vergleichsuntersuchungen eine Korrektur erforderte und zumindest teilweise die wider¬sprüchliche Datenlage bisheriger Studien erklären könnte. MS-Fälle zeigten im Liquor im Vergleich zu Kontrollen erhöhte β2-Mikroglobulin- und Laktat- sowie er¬niedrigte ACE-Spiegel. In beiden Gruppen korrelierten die β2-Mikroglobulin- und ACE-Spiegel positiv miteinander. Bei der getrennten Analyse der MS-Verlaufsformen zeigten Fälle mit klinisch isoliertem Syndrom (CIS) und schubförmig remittierender MS (RRMS) erhöhte β2-Mikroglobulin-Spiegel, Fälle mit sekundär bzw. primär pro¬gredienter MS (SPMS bzw. PPMS) dagegen nicht. Die Laktat-Spiegel waren lediglich bei CIS-Fällen erhöht. Fälle mit schubförmigen Verläufen zeigten reduzierte ACE-Spiegel. Die Krankheitsaktivität wurde durch die Parameter nicht zuverlässig abgebildet. Die Laktat-Spiegel waren tendenziell bei einem Schub erhöht, das Ergebnis war nach Korrektur aber nicht mehr signifikant. Die Laktat-Spiegel korrelierten zudem positiv mit dem Progressionsindex. Die vorliegenden Befunde belegen, dass die untersuchten Analyten alleine nicht in der Lage sind, die Verlaufsform, Krankheitsaktivität und -dauer zu beurteilen. Die deutlichen Unterschiede zwischen schubförmigen und chronisch progredienten Verläufen unterstützen jedoch die Hypothese unterschiedlicher zugrundeliegender Pathomechanismen und könnten als Ausgangspunkt für weitere Untersuchungen dienen.
Background: An inducible release of soluble junctional adhesion molecule-A (sJAM-A) under pro-inflammatory conditions was described in cultured non-CNS endothelial cells (EC) and increased sJAM-A serum levels were found to indicate inflammation in non-CNS vascular beds. Here we studied the regulation of JAM-A expression in cultured brain EC and evaluated sJAM-A as a serum biomarker of blood-brain barrier (BBB) function. Methodology/Principal Findings: As previously reported in non-CNS EC types, pro-inflammatory stimulation of primary or immortalized (hCMEC/D3) human brain microvascular EC (HBMEC) induced a redistribution of cell-bound JAM-A on the cell surface away from tight junctions, along with a dissociation from the cytoskeleton. This was paralleled by reduced immunocytochemical staining of occludin and zonula occludens-1 as well as by increased paracellular permeability for dextran 3000. Both a self-developed ELISA test and Western blot analysis detected a constitutive sJAM-A release by HBMEC into culture supernatants, which importantly was unaffected by pro-inflammatory or hypoxia/reoxygenation challenge. Accordingly, serum levels of sJAM-A were unaltered in 14 patients with clinically active multiple sclerosis compared to 45 stable patients and remained unchanged in 13 patients with acute ischemic non-small vessel stroke over time. Conclusion: Soluble JAM-A was not suited as a biomarker of BBB breakdown in our hands. The unexpected non-inducibility of sJAM-A release at the human BBB might contribute to a particular resistance of brain EC to inflammatory stimuli, protecting the CNS compartment.
Evaluation der antihyperalgetischen wie neuroregenerativen Potenz von Topiramat nach peripherer Nervenläsion. Untersuchung im Tiermodell nach CCI / Crush-Nervenläsion. Verhaltenstestungen, morphometrisch histologische Analysen, Immunhistochemische Färbungen, elektrophysiologische Studien sowie RT-PCR. Topiramat zeigte hierbei - modulierende Wirkung auf die Entwicklung einer mechanischen Hyperalgesie wie Kälteallodynie nach CCI, auf Hitzehyperalgesie wie Kälteallodynia nach Crush - keine neuroprotektive oder pro-regenerative Wirkung in den von uns verwendeten Läsionsmodellen - eine ausgeprägte Modulation des zellulären Zytokinmilieus distal der Nervenläsion im Sinne einer Hochregulation proinflammatorischer Zytokine.
Der M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkankheit, die zu einem Multiorganversagen führt. Ein frühes Symptom sind Schmerzen, die meist schon in der frühen Kindheit einsetzen. Das Besondere an diesen Schmerzen ist, dass sie sich sehr unterschiedlich u.a. bezüglich ihres Verlaufs, ihrer Dauer und ihrer Lokalisation präsentieren können. Diese Fabry-assoziierten Schmerzen sind meist brennend und akral betont, können aber auch andere Qualitäten aufweisen und sehr variable Körperpartien erfassen, was ihre diagnostische Einordnung erschwert. Bisher verfügbare validierte Schmerzfragebögen können das Spektrum der Fabry-assoziierten Schmerzen nicht erfassen. In dieser Arbeit wird der erste M. Fabry spezifische Schmerzfragebogen für Erwachsene in zwei Versionen präsentiert. Die erste Version ist eine Interview Version (iFPQ), bei der der Arzt in einem persönlichen Gespräch mit dem Patienten mit Hilfe des Fragbogens alle wesentlichen Aspekte der Fabry-assoziierten Schmerzen erfragen kann. Die zweite Version kann eigenständig vom Patienten ausgefüllt werden (saFPQ). Zur Etablierung der Fragebögen wurde in einer Pilotstudie zunächst mit 20 Patienten eine erste Version des iFPQ entwickelt. Nach Verbesserungen wurde die Interview Version mit Hilfe von 42 Studienteilnehmern validiert, die jeweils an einem Erst- und Zweitgespräch im Abstand von zwei Wochen teilnahmen. Hierbei wurde auch der NPSI als vergleichender Fragebogen ausgefüllt. Bei der ersten statistischen Analyse ergab sich eine gute Reliabilität mit ICC-Werten von 0,896 bis 0,999 aber eine unzureichende Validität zwischen iFPQ und NPSI mit K-Werten von 0,257 bis 0,566. Nach der ersten statistischen Analyse wurde der Fragebogen erneut überarbeitet und mit Hilfe von 20 Studienteilnehmern erneut validiert. Anschließend zeigte sich eine gute Validität mit K-Werten von 0,634 bis 1,0. Der saFPQ wurde im Anschluss an die finale iFPQ Version entwickelt. Bei 40 Patienten erfolgte ein Erstgespräch, bei dem die Patienten die valide Version des iFPQ ausfüllten. Im Abstand von zwei Wochen schickten die Patienten dann die selbständig ausgefüllte Version des saFPQ postalisch zurück. Die postalische Version erweitert die Flexibilität dieses Fragebogens. Sie ist für den klinischen Alltag sehr relevant. Die Resonanz der Patienten hinsichtlich beider Fragebögen war sehr positiv. Perspektivisch ist die Entwicklung einer englischen Version geplant.
Ischemic disorders are the leading cause of death worldwide. The extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2) are thought to affect the outcome of ischemic stroke. However, it is under debate whether activation or inhibition of ERK1/2 is beneficial. In this study, we report that the ubiquitous overexpression of wild-type ERK2 in mice (ERK2\(^{wt}\)) is detrimental after transient occlusion of the middle cerebral artery (tMCAO), as it led to a massive increase in infarct volume and neurological deficits by increasing blood–brain barrier (BBB) leakiness, inflammation, and the number of apoptotic neurons. To compare ERK1/2 activation and inhibition side-by-side, we also used mice with ubiquitous overexpression of the Raf-kinase inhibitor protein (RKIP\(^{wt}\)) and its phosphorylation-deficient mutant RKIP\(^{S153A}\), known inhibitors of the ERK1/2 signaling cascade. RKIP\(^{wt}\) and RKIP\(^{S153A}\) attenuated ischemia-induced damages, in particular via anti-inflammatory signaling. Taken together, our data suggest that stimulation of the Raf/MEK/ERK1/2-cascade is severely detrimental and its inhibition is rather protective. Thus, a tight control of the ERK1/2 signaling is essential for the outcome in response to ischemic stroke.
Hereditäre periphere Neuropathien sind chronische Erkrankungen des peripheren Nervensystems, einhergehend mit Muskelschwäche und sensorischer Dysfunktion. Die Merkelzelle als Mechanorezeptor der Haut wird von einer myelinisierten langsam adaptierenden Afferenz (Aß) innerviert. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit als sekundärer Indikator für die distale Innervation in P0-defizienten Mäusen, ein Tiermodell der hereditären motorisch-sensorischen Déjérine-Sottas-Neuropathie, die Merkelzellzahl in der Haut dieser Tiere untersucht. Zusätzlich wurde untersucht, ob durch den Gendefekt das unmyelinisierte Nervenfasersystem der Haut und das Vorkommen von Neurotrophinen (NT-3, NGF) in den P0-defizienten Mäusen beeinflußt wird. Zur Anwendung kamen 6 Wochen, 4 Monate und 6 Monate alte Wildtyp- und P0-defiziente Mäuse. Unter Zuhilfenahme immunhistochemischer Färbemethoden, computergestützter und lichtmikroskopischer Auswerteverfahren konnte ein Verlust von Merkelzellen in behaarter als auch in unbehaarter Haut mit fortschreitenden Alter der Tiere gezeigt werden. Die Bestimmung des NT-3- und NGF-Gehaltes mittels enzymgekoppelten Assays ergab keine signifikante Reduktion des Vorkommens dieser Neurotrophine. Neben dem beträchtlichen Verlust an Merkelzellen konnte man keinen Effekt auf unmyelinisierte intraepidermale Nervenfasern nachweisen. Im Gegensatz dazu stellte eine parallel durchgeführte Studie an Nervus femoralis und Nervus ischiadicus in 6 Monate alten P0-defizienten Tieren eine 70 Prozent Reduktion myelinisierter Axone fest, so daß wir daraus eine Abhängigkeit der Merkelzelle von ihrer assoziierten myelinisierten SAI-Afferenz sowohl in behaarter als auch in unbehaarter Haut in den P0-defizienten Tieren schlußfolgerten. Der Verlust an Merkelzellen und die Beeinträchtigung von myelinisierten Nervenfasern in den P0-defizienten Tieren kann nicht als sekundäre Wirkung eines veränderten trophischen Gehaltes an NT-3 oder NGF angesehen werden, sondern ist vielmehr durch den axonalen Verlust erklärbar. Die intraepidermalen unmyelinisierten Nervenfasern bleiben durch den Gendefekt unbeeinflußt, so daß die Mutation im P0-Gen eine Spezifität für das myelinisierte Nervenfasersystem zeigt. Wichtige Ergebnisse dieser Arbeit wurden bereits veröffentlicht.
Hintergrund dieser Doktorarbeit ist die ungeklärte Pathophysiologie der idiopathischen Dystonie. Die DYT1 Dystonie ist die häufigste hereditäre Dystonie und weist eine Mutation im Tor1a-Gen auf, welches das Protein TorsinA kodiert. Diese DYT1 Dystonie besitzt interessanterweise lediglich eine Penetranz von 30%. Ein gutes Nagermodell mit einem klinisch dystonen Phänotyp existiert bislang nicht. Diese Dissertation adressiert die Frage, ob sich eine Dystonie bei DYT1 relevanter genetischer Prädisposition durch peripheren Stress („second-hit“) manifestiert.
Bei Tor1a +/- Mäusen (50% TorsinA Expression, Tor1a +/-), die im naiven Zustand keinen dystonen Phänotyp haben, sowie bei Wildtyp (wt) Kontrolltieren im Alter von vier Monaten wurde eine rechtsseitige reversible N. ischiadicus Quetschläsion durchgeführt. Die Tiere wurden daraufhin in einem Beobachtungszeitraum von acht Wochen nach dem Trauma verhaltensanalytisch und morphologisch untersucht.
Folgende Ergebnisse wurden hierbei erzielt: Im „Tail-suspension-Test“ zeigte sich bereits ein Tag nach der Quetschläsion des N. ischiadicus eine passagere Parese des betroffenen rechten Hinterbeins bei wt und Tor1a +/- Mäusen. Die fokale Dystonie entwickelte sich ab der vierten Woche bei Tor1a +/- Mäusen stärker als bei den wt Kontrolltieren. Durch das computergestützte Ganganalysesystem (Catwalk™ XT 10.0) konnte bei wt und Tor1a +/- Tieren eine Woche nach der Quetschläsion eine Veränderung der Schrittfolgemuster mit einer Reduktion des Schrittfolge-Regularitäts-Index festgestellt werden. Die abnormale Schrittfolge beim Laufen führte bei Tor1a +/- Mäusen zu einer progredienten Abnahme des Schrittfolge-Regularitäts-Index, während sich wt Mäuse nach fünf Wochen aber wieder erholten. Bei der Überprüfung der Koordinationsfähigkeit beider Genotypen durch den Rotarod Test konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Immunhistochemische Färbungen des N. ischiadicus auf den Myelinmarker Myelinprotein Zero MPZ, den axonalen Marker Neurofilament und Makrophagen Marker F4/80+ vor der Nervenläsion und acht Wochen nach der Nervenläsion zeigten ebenso keine signifikanten Unterschiede zwischen wt und Tor1a +/- Tieren. Die Anzahl Nissl+ Neurone im lumbalen Rückenmark (L2-4), Striatum und zerebralen Kortex und zudem die Anzahl CD11b positiver Mikroglia im lumbalen Rückenmark (L2-4) wiesen ebenfalls keine signifikanten Unterschiede im Vergleich der beiden Genotypen nach Nervenläsion auf.
Abschließend wurden noch verschiedene Behandlungsexperimente durchgeführt, um zu klären, ob die gefundenen Unterschiede zwischen Tor1a +/- und Tor1a +/+ Mäusen dopaminerg verursacht sind. Hierfür wurden sowohl genetisch mutierte Tor1a +/- Mäuse als auch wt Mäuse nach der Quetschläsion entweder mit einem Kombinationspräparat aus L-Dopa und Benserazid oder mit AMPT acht Wochen lang behandelt.
Folgende Ergebnisse wurden hierbei ermittelt: Die Schrittfolgeregularität beim Catwalk™ XT 10.0 zeigte bei genetisch mutierten Mäusen eine deutliche Auswirkung der Medikation. Tor1a +/- AMPT Mäuse wiesen nach der Läsion eine progrediente Zunahme der Schrittfolgeregularität auf das Ausgangsniveau auf, Tor1a + /- L-Dopa Mäuse hingegen entwickelten auf die Läsion hin eine kontinuierliche Abnahme der Schrittfolgeregularität und konnten sich nicht auf ihr Ausgangsniveau erholen. Die Ergebnisse beim „Tail-suspension-Test“ zeigten ähnliche Resultate: Tor1a +/- Mäuse wiesen nach der Quetschläsion auf die Verabreichung von AMPT hin eine Reduktion der fokalen Dystonie auf, wohingegen die Behandlung mit L-Dopa bei Mutanten zu einer Verschlechterung der Dystonie führte.
Schlussfolgernd zeigt die vorliegende Dissertation, dass ein peripheres Trauma bei genetisch prädispositionierten Mäusen im Sinne eines „second-hits“ zur klinischen Ausprägung einer DYT1 Dystonie führt. Die verstärkte fokale Dystonie in Tor1a +/- Mäusen ist nicht durch ein unterschiedliches Ausmaß an Nervenschädigung nach N. ischiadicus Quetschläsion oder durch morphologische Veränderungen der Tor1a +/- Mäuse im Bereich des N. ischiadicus, Rückenmarks, Striatums oder des Kortex zu begründen.
Background
Pain is an early symptom of Fabry disease (FD) and is characterized by a unique phenotype with mainly episodic acral and triggerable burning pain. Recently, we designed and validated the first pain questionnaire for adult FD patients in an interview and a self-administered version in German: the Wurzburg Fabry Pain Questionnaire (FPQ). We now report the validation of the English version of the self-administered FPQ (enFPQ).
Methods
After two forward-backward translations of the FPQ by native German and native English speakers, the enFPQ was applied at The Mark Holland Metabolic Unit, Manchester, UK for validation. Consecutive patients with genetically ascertained FD and current or previous FD pain underwent a face-to-face interview using the enFPQ. Two weeks later, patients filled in the self-administered enFPQ at home. The agreement between entries collected by supervised administration and self-administration of the enFPQ was assessed via Gwet's AC1-statistics (AC1) for nominal-scaled scores and intraclass correlation coefficient (ICC) for interval-scaled elements.
Results
Eighty-three FD patients underwent the face-to-face interview and 54 patients sent back a completed self-administered version of the enFPQ 2 weeks later. We found high agreement with a mean AC1-statistics of 0.725 for 55 items, and very high agreement with a mean ICC of 0.811 for 9 items.
Conclusions
We provide the validated English version of the FPQ for self-administration in adult FD patients. The enFPQ collects detailed information on the individual FD pain phenotype and thus builds a solid basis for better pain classification and treatment in patients with FD.
Endogenous antibodies contribute to macrophage-mediated demyelination in a mouse model for CMT1B
(2015)
Background
We could previously identify components of both the innate and the adaptive immune system as disease modifiers in the pathogenesis of models for Charcot-Marie-Tooth (CMT) neuropathies type 1B and 1X. As part of the adaptive immune system, here we investigated the role of antibodies in a model for CMT1B.
Methods
Antibodies were localized and characterized in peripheral nerves of the CMT1B model by immunohistochemistry and Western blot analysis. Experimental ablation of antibodies was performed by cross breeding the CMT1B models with mutants deficient in B-lymphocytes (JHD−/− mutants). Ameliorated demyelination by antibody deficiency was reverted by intravenous injection of mouse IgG fractions. Histopathological analysis was performed by immunocytochemistry and light and quantitative electron microscopy.
Results
We demonstrate that in peripheral nerves of a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies strongly decorate endoneurial tubes of peripheral nerves. These antibodies comprise IgG and IgM subtypes and are preferentially, but not exclusively, associated with nerve fiber aspects nearby the nodes of Ranvier. In the absence of antibodies, the early demyelinating phenotype is substantially ameliorated. Reverting the neuropathy by reconstitution with murine IgG fractions identified accumulating antibodies as potentially pathogenic at this early stage of disease.
Conclusions
Our study demonstrates that in a mouse model for CMT1B, endogenous antibodies contribute to early macrophage-mediated demyelination and disease progression. Thus, both the innate and adaptive immune system are mutually interconnected in a genetic model for demyelination. Since in Wallerian degeneration antibodies have also been shown to be involved in myelin phagocytosis, our study supports our view that inherited demyelination and Wallerian degeneration share common mechanisms, which are detrimental when activated under nonlesion conditions.
In dieser Studie wurden 108 Patienten mit PNP, 60 Patienten mit M. Fabry und 58 gesunde Kontrollpersonen mittels PREP auf eine small fiber-Pathologie untersucht. Zudem erfolgte eine PREP-Untersuchung bei 5 gesunden Probanden und 3 Patienten nach Anwendung von lokalem Capsaicin. Zur Charakterisierung der small fibers erfolgten zudem Anamnese, klinische Untersuchung, die Fragebögen NPSI, GCPS und ADS, QST und eine Hautbiopsie.
In der Gruppe der Patienten mit PNP waren sowohl Patienten mit LFN, MFN und SFN unterschiedlicher Ätiologie vertreten. Patienten mit einer MFN und Patienten mit einer zu einer Mitbeteiligung der small fibers passenden Anamnese (MFN und SFN) wiesen eine verlängerte N1-Latenz nach Stimulation am Fuß auf. Bei einer reduzierten IENFD in der proximalen Hautbiopsie zeigte sich die PPA nach Stimulation im Gesicht reduziert, beide Werte korrelierten positiv miteinander. Bei Patienten mit einer demyelinisierenden PNP war die N1-Latenz nach Stimulation an der Hand verlängert, zudem war bei Patienten mit CIDP die PPA nach Stimulation an Gesicht und Hand reduziert.
M. Fabry ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speicherkrankheit, welche mit einer SFN einhergehen kann. Weibliche Patienten mit M. Fabry und einer subjektiven Hypohidrose als klinische Präsentation einer small fiber Pathologie wiesen eine reduzierte PPA nach Stimulation an Gesicht, Hand und Fuß auf.
Über die gesamte Patientengruppe hinweg zeigte sich eine negative Korrelation der PPA nach Stimulation am Fuß mit der klinischen Schmerzpräsentation im NPSI (Summenscore, Subscores evozierte Schmerzen und Schmerzattacken), sowie bei weiblichen Patienten mit der CDT, WDT und TSL in der QST als Marker für die small fiber Funktion. Patienten mit einer längenunabhängigen Reduktion der IENFD wiesen eine niedrigere PPA nach Stimulation am Fuß auf. Ein nicht-auswertbares PREP-Potential spricht nach Ausschluss messtechnischer Artefakte für eine fortgeschrittene Nervenfaserschädigung. Probanden und Patienten zeigten nach Applikation von topischem Capsaicin eine Reduktion der PPA.
PREP ist eine einfache, komplikationslos durchzuführende und objektive Methode zur Untersuchung der small fibers. Sie stellt eine sinnvolle Ergänzung zu den bereits etablierten Methoden QST und Hautbiopsie dar und bietet insbesondere für die Evaluation von Medikamenteneffekten wie z.B. von topischem Capsaicin eine vielversprechende Untersuchungsmöglichkeit.
Background: Hereditary spastic paraplegias (HSPs) are characterised by lower limb spasticity due to degeneration of the corticospinal tract. We set out for an electrophysiological characterisation of motor and sensory tracts in patients with HSP.
Methods: We clinically and electrophysiologically examined a cohort of 128 patients with genetically confirmed or clinically probable HSP. Motor evoked potentials (MEPs) to arms and legs, somato-sensory evoked potentials of median and tibial nerves, and nerve conduction studies of tibial, ulnar, sural, and radial nerves were assessed.
Results: Whereas all patients showed clinical signs of spastic paraparesis, MEPs were normal in 27% of patients and revealed a broad spectrum with axonal or demyelinating features in the others. This heterogeneity can at least in part be explained by different underlying genotypes, hinting for distinct pathomechanisms in HSP subtypes. In the largest subgroup, SPG4, an axonal type of damage was evident. Comprehensive electrophysiological testing disclosed a more widespread affection of long fibre tracts involving peripheral nerves and the sensory system in 40%, respectively. Electrophysiological abnormalities correlated with the severity of clinical symptoms.
Conclusions: Whereas HSP is primarily considered as an upper motoneuron disorder, our data suggest a more widespread affection of motor and sensory tracts in the central and peripheral nervous system as a common finding in HSP. The distribution patterns of electrophysiological abnormalities were associated with distinct HSP genotypes and could reflect different underlying pathomechanisms. Electrophysiological measures are independent of symptomatic treatment and may therefore serve as a reliable biomarker in upcoming HSP trials.
Blood–brain barrier (BBB) disruption is a critical event after ischemic stroke, which results in edema formation and hemorrhagic transformation of infarcted tissue. BBB dysfunction following stroke is partly mediated by proinflammatory agents. We recently have shown that high frequency stimulation of the mesencephalic locomotor region (MLR-HFS) exerts an antiapoptotic and anti-inflammatory effect in the border zone of cerebral photothrombotic stroke in rats. Whether MLR-HFS also has an impact on BBB dysfunction in the early stage of stroke is unknown. In this study, rats were subjected to photothrombotic stroke of the sensorimotor cortex and implantation of a stimulating microelectrode into the ipsilesional MLR. Thereafter, either HFS or sham stimulation of the MLR was applied for 24 h. After scarifying the rats, BBB disruption was assessed by determining albumin extravasation and tight junction integrity (claudin 3, claudin 5, and occludin) using Western blot analyses and immunohistochemistry. In addition, by applying zymography, expression of pro-metalloproteinase-9 (pro-MMP-9) was analyzed. No differences were found regarding infarct size and BBB dysfunction between stimulated and unstimulated animals 24 h after induction of stroke. Our results indicate that MLR-HFS neither improves nor worsens the damaged BBB after stroke. Attenuating cytokines/chemokines in the perilesional area, as mediated by MLR-HFS, tend to play a less significant role in preventing the BBB integrity.
Deep brain stimulation of the mesencephalic locomotor region (MLR) improves the motor symptoms in Parkinson’s disease and experimental stroke by intervening in the motor cerebral network. Whether high-frequency stimulation (HFS) of the MLR is involved in non-motor processes, such as neuroprotection and inflammation in the area surrounding the photothrombotic lesion, has not been elucidated. This study evaluates whether MLR-HFS exerts an anti-apoptotic and anti-inflammatory effect on the border zone of cerebral photothrombotic stroke. Rats underwent photothrombotic stroke of the right sensorimotor cortex and the implantation of a microelectrode into the ipsilesional MLR. After intervention, either HFS or sham stimulation of the MLR was applied for 24 h. The infarct volumes were calculated from consecutive brain sections. Neuronal apoptosis was analyzed by TUNEL staining. Flow cytometry and immunohistochemistry determined the perilesional inflammatory response. Neuronal apoptosis was significantly reduced in the ischemic penumbra after MLR-HFS, whereas the infarct volumes did not differ between the groups. MLR-HFS significantly reduced the release of cytokines and chemokines within the ischemic penumbra. MLR-HFS is neuroprotective and it reduces pro-inflammatory mediators in the area that surrounds the photothrombotic stroke without changing the number of immune cells, which indicates that MLR-HFS enables the function of inflammatory cells to be altered on a molecular level.
ZIEL: An möglichst großer Fallzahl und vergleichbarem Patientenkollektiv zu überprüfen, ob eine niedrigdosierte Heparintherapie für Patienten mit intracerebralen Blutungen schädliche oder nützliche Auswirkungen hat. METHODEN: retrospektive Analyse von 238 Patienten mit Stammganglienblutungen hinsichtlich Heparinbehandlung sowie operativer vs. konservativer Behandlung und folgende Auswirkung auf Blutungskomplikation, thrombembolische Ereignisse, Mortalität und funktionellem Outcome nach dem GOS. ERGEBNIS: kein Nachblutungsrisiko, durchweg günstigere Prognose für heparinbehandelte Patienten (86% im Kollektiv), bei tendenziell positiver Patientenselektion, weitere prospektive Studien gerechtfertigt und wünschenswert; operative Therapieindikation streng zu stellen
Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien stellen als häufigste erblich bedingte neurologische Erkrankungen eine Gruppe genetisch heterogener, chronisch progredienter peripherer Polyneuropathien dar. Die Lebensqualität der Patienten ist bei fehlender kurativer Therapieoption vor allem durch motorische und sensorische Defizite deutlich eingeschränkt. In verschiedenen Studien konnte die pathophysiologische Relevanz einer sekundären Entzündungsreaktion, insbesondere durch Makrophagen und Lymphozyten vermittelt, in Mausmodellen dreier CMT1 Subtypen (CMT1A, CMT1B, CMT1X) aufgezeigt werden. Auch in Folge einer Läsion peripherer Nerven ist eine akute Entzündungsreaktion von entscheidender Bedeutung, wobei sich bereits Gemeinsamkeiten zwischen der postläsionalen Waller´schen Degeneration (WD) und CMT1 Neuropathien identifizieren ließen. Während die aktive Beteiligung der Autophagie Schwann´scher Zellen (hier kurz SZ Autophagie genannt) an der Myelindegradation im Falle einer WD jedoch vielfach beschrieben wurde, ist Ähnliches in CMT1 Neuropathien bisher nur unzureichend untersucht. Da in einer Studie in Cx32def Mausmodellen der CMT1X Erkrankung auch nach Reduktion endoneuraler Makrophagen anhaltende Demyelinisierung beobachtet werden konnte, sollte das Vorkommen von SZ Autophagie sowie deren mögliche Beeinflussung durch Makrophagen in diesen Myelinmutanten untersucht werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl Wildtyp (Wt) Mäuse in ex vivo und in vivo Modellen einer WD als auch Cx32def Myelinmutanten zweier Altersstufen (4 und 12 Monate) mit einem niedermolekularen CSF1-Rezeptor-Inhibitor (CSF1RI) zur Reduktion endoneuraler Makrophagen behandelt, wobei sich vergleichende histochemische bzw. immunhistochemische Analysen peripherer Nerven behandelter und unbehandelter Tiere anschlossen.
Im Rahmen der Etablierung immunhistochemischer Methodik zeigte sich hierbei unter den kontrollierten Bedingungen einer ex vivo Ischiasnervenkultur eine vermehrte Aktivierung der SZ Autophagie in behandelten Wt Mäusen. Auch 4 Monate alte behandelte Cx32def Tiere wiesen, verglichen mit unbehandelten Myelinmutanten bzw. Wt Mäusen derselben Altersstufe, eine vermehrte autophagische Aktivität in SZ auf. Diese scheint sich jedoch im weiteren Verlauf der Erkrankung zu reduzieren, da im Falle der 12 Monate alten Cx32def Modelltiere weniger autophagisch aktive SZ Profile bzw. kaum Unterschiede zwischen behandelten und unbehandelten Tieren beobachtet werden konnten.
Die Ergebnisse lassen somit eine mögliche aktive Beteiligung von SZ Autophagie insbesondere in der Pathophysiologie der frühen Phase einer CMT1X Erkrankung sowie deren Beeinflussung durch endoneurale Makrophagen vermuten. Dies sollte vornehmlich in der Entwicklung von Therapiestrategien der CMT1X bedacht werden, da sich eine frühe Reduktion pathophysiologisch relevanter endoneuraler Makrophagen somit auch nachteilig auf die Myelinintegrität auswirken könnte.
Zeitliche Diskrimination somatosensorischer und kinästhetischer Stimuli wurde als neurophysiologisches Korrelat für propriozeptive Präzision postuliert und bei verschiedenen Bewegungsstörungen als pathologisch beschrieben. Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss von Alter und Polyneuropathie auf die kinästhetische (TDMT) und taktile (STDT) zeitliche Wahrnehmungsschwelle sowie die propriozeptive Genauigkeit bei Zeigeversuchen systematisch zu untersuchen.
Hierfür wurden 54 gesunde Probanden und 25 Polyneuropathie-Patienten im Alter zwischen 30 und 76 Jahren untersucht. Die STDT-Messung erfolgte mit Oberflächenelektroden, die an der Zeigefingerspitze bzw. am Großzehengrundgelenk angebracht wurden. Die TDMT-Werte wurden mit Hilfe einer sterilen Nadelelektrode erfasst, welche in den Musculus flexor carpi radialis bzw. Musculus tibialis anterior inseriert wurde.
Die Daten zur Propriozeption wurden mit Hilfe eines Goniometers erhoben und beinhalteten dabei aktive Zeigeaufgaben (Zeigen auf eine LED, Nachahmung einer Bewegung anhand einer auf einem Computerbildschirm dargebotenen PFEIL-Darstellung unterschiedlicher Länge) und die Einschätzung der Position der jeweiligen Extremität nach passiver Bewegung (PASSIV). Die Messungen erfolgten jeweils ohne visuelle Rückmeldung. Die Zeigefehler (Abweichung von der Zielposition) bzw. Schätzfehler (Abweichung der geschätzten von der tatsächlichen Position nach passiver Auslenkung) wurden als Maß der propriozeptiven Präzision verwendet.
Die Ergebnisse der gesunden Probandengruppe zeigten, dass höheres Alter mit höheren STDT- und TDMT-Werten korrelierte. Die Polyneuropathie-Patienten erzielten in allen Bereichen (Diskriminationsschwellen und Propriozeptionsaufgaben) signifikant schlechtere Ergebnisse als die gesunde Kontrollgruppe.
Zusätzlich konnte eine statistisch signifikante positive Korrelation zwischen der propriozeptiven Präzision bei den aktiven Zeige-Aufgaben (LED und PFEIL) und den zeitlichen Diskriminationsschwellen (STDT und TDMT) gezeigt werden.
In Anbetracht dieser Ergebnisse sollten das Patienten-Alter und mögliche Störungen der peripheren Nervenleitung berücksichtigt werden, wenn STDT-und TDMT-Bestimmungen bei Patienten mit Bewegungsstörungen angewendet werden. Die Korrelation zwischen den Diskriminationsschwellen und der Performance bei aktiven Zeigeversuchen (PFEIL- und LED-Aufgabe) legt nahe, dass STDT und TDMT Indikatoren der propriozeptiven Funktion sein könnten. Es ist weitere Forschungsarbeit notwendig, um diese Beziehung exakt zu beleuchten. Im Falle einer Bestätigung der Befunde auch bei Patienten mit Bewegungsstörungen erscheint denkbar, dass sich STDT und TDMT als vergleichsweise leicht messbare und gut quantifizierbare Parameter der Propriozeption herausstellen mit Potenzial zur differenzialdiagnostischen Anwendung, möglicherweise aber auch als Surrogatparameter einer gezielten rehabilitativen Behandlung.
Efficacy of transcranial direct current stimulation in people with multiple sclerosis: a review
(2022)
Background and purpose
Multiple sclerosis (MS) is a chronic inflammatory disease causing a wide range of symptoms including motor and cognitive impairment, fatigue and pain. Over the last two decades, non-invasive brain stimulation, especially transcranial direct current stimulation (tDCS), has increasingly been used to modulate brain function in various physiological and pathological conditions. However, its experimental applications for people with MS were noted only as recently as 2010 and have been growing since then. The efficacy for use in people with MS remains questionable with the results of existing studies being largely conflicting. Hence, the aim of this review is to paint a picture of the current state of tDCS in MS research grounded on studies applying tDCS that have been done to date.
Methods
A keyword search was performed to retrieve articles from the earliest article identified until 14 February 2021 using a combination of the groups (1) ‘multiple sclerosis’, ‘MS’ and ‘encephalomyelitis’ and (2) ‘tDCS’ and ‘transcranial direct current stimulation’.
Results
The analysis of the 30 articles included in this review underlined inconsistent effects of tDCS on the motor symptoms of MS based on small sample sizes. However, tDCS showed promising benefits in ameliorating fatigue, pain and cognitive symptoms.
Conclusion
Transcranial direct current stimulation is attractive as a non-drug approach in ameliorating MS symptoms, where other treatment options remain limited. The development of protocols tailored to the individual's own neuroanatomy using high definition tDCS and the introduction of network mapping in the experimental designs might help to overcome the variability between studies.
Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders (NMOSD) are associated with autoantibodies (ABs) targeting the astrocytic aquaporin-4 water channels (AQP4-ABs). These ABs have a direct pathogenic role by initiating a variety of immunological and inflammatory processes in the course of disease. In a recently-established animal model, chronic intrathecal passive-transfer of immunoglobulin G from NMOSD patients (NMO-IgG), or of recombinant human AQP4-ABs (rAB-AQP4), provided evidence for complementary and immune-cell independent effects of AQP4-ABs. Utilizing this animal model, we here tested the effects of systemically and intrathecally applied pooled human immunoglobulins (IVIg) using a preventive and a therapeutic paradigm. In NMO-IgG animals, prophylactic application of systemic IVIg led to a reduced median disease score of 2.4 on a 0–10 scale, in comparison to 4.1 with sham treatment. Therapeutic IVIg, applied systemically after the 10th intrathecal NMO-IgG injection, significantly reduced the disease score by 0.8. Intrathecal IVIg application induced a beneficial effect in animals with NMO-IgG (median score IVIg 1.6 vs. sham 3.7) or with rAB-AQP4 (median score IVIg 2.0 vs. sham 3.7). We here provide evidence that treatment with IVIg ameliorates disease symptoms in this passive-transfer model, in analogy to former studies investigating passive-transfer animal models of other antibody-mediated disorders.
Background: Multimodal rehabilitation improves fatigue and mobility in persons with multiple sclerosis (PwMS). Effects are transient and may be conserved by internet-based physical activity promotion programs. Objective: Evaluate the effects of internet-based physical activity and exercise promotion on fatigue, quality of life, and gait in PwMS after inpatient rehabilitation. Methods: PwMS (Expanded Disability Status Scale (EDSS) ≤ 6.0, fatigue: Würzburg Fatigue Inventory for Multiple Sclerosis (WEIMuS) ≥ 32) were randomized into an intervention group (IG) or a control group (CG). After rehabilitation, IG received 3 months of internet-based physical activity promotion, while CG received no intervention. Primary outcome: self-reported fatigue (WEIMuS). Secondary outcomes: quality of life (Multiple Sclerosis Impact Scale 29, MSIS-29), gait (2min/10m walking test, Tinetti score). Measurements: beginning (T0) and end (T1) of inpatient rehabilitation, 3 (T2) and 6 (T3) months afterwards. Results: 64 of 84 PwMS were analyzed (IG: 34, CG: 30). After rehabilitation, fatigue decreased in both groups. At T2 and T3, fatigue increased again in CG but was improved in IG (p < 0.001). MSIS-29 improved in both groups at T1 but remained improved at T2 and T3 only in IG. Gait improvements were more pronounced in IG at T2. Conclusions: The study provides Class II evidence that the effects of rehabilitation on fatigue, quality of life, and gait can be maintained for 3–6 months with an internet-based physical activity and exercise promotion program.
Fullerenols, water-soluble C60-fullerene derivatives, have been shown to exert neuroprotective effects in vitro and in vivo, most likely due to their capability to scavenge free radicals. However, little is known about the effects of fullerenols on the blood–brain barrier (BBB), especially on cerebral endothelial cells under inflammatory conditions. Here, we investigated whether the treatment of primary mouse brain microvascular endothelial cells with fullerenols impacts basal and inflammatory blood–brain barrier (BBB) properties in vitro. While fullerenols (1, 10, and 100 µg/mL) did not change transendothelial electrical resistance under basal and inflammatory conditions, 100 µg/mL of fullerenol significantly reduced erk1/2 activation and resulted in an activation of NFκB in an inflammatory milieu. Our findings suggest that fullerenols might counteract oxidative stress via the erk1/2 and NFκB pathways, and thus are able to protect microvascular endothelial cells under inflammatory conditions.
Effects of dopamine on BDNF / TrkB mediated signaling and plasticity on cortico-striatal synapses
(2021)
Progressive loss of voluntary movement control is the central symptom of Parkinson's disease (PD). Even today, we are not yet able to cure PD. This is mainly due to a lack of understanding the mechanisms of movement control, network activity and plasticity in motor circuits, in particular between the cerebral cortex and the striatum. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) has emerged as one of the most important factors for the development and survival of neurons, as well as for synaptic plasticity. It is thus an important target for the development of new therapeutic strategies against neurodegenerative diseases. Together with its receptor, the Tropomyosin receptor kinase B (TrkB), it is critically involved in development and function of the striatum. Nevertheless, little is known about the localization of BDNF within presynaptic terminals in the striatum, as well as the types of neurons that produce BDNF in the cerebral cortex. Furthermore, the influence of midbrain derived dopamine on the control of BDNF / TrkB interaction in striatal medium spiny neurons (MSNs) remains elusive so far. Dopamine, however, appears to play an important role, as its absence leads to drastic changes in striatal synaptic plasticity. This suggests that dopamine could regulate synaptic activity in the striatum via modulation of BDNF / TrkB function. To answer these questions, we have developed a sensitive and reliable protocol for the immunohistochemical detection of endogenous BDNF. We find that the majority of striatal BDNF is provided by glutamatergic, cortex derived afferents and not dopaminergic inputs from the midbrain. In fact, we found BDNF in cell bodies of neurons in layers II-III and V of the primary and secondary motor cortex as well as layer V of the somatosensory cortex. These are the brain areas that send dense projections to the dorsolateral striatum for control of voluntary movement. Furthermore, we could show that these projection neurons significantly downregulate the expression of BDNF during the juvenile development of mice between 3 and 12 weeks.
In parallel, we found a modulatory effect of dopamine on the translocation of TrkB to the cell surface in postsynaptic striatal Medium Spiny Neurons (MSNs). In MSNs of the direct pathway (dMSNs), which express dopamine receptor 1 (DRD1), we observed the formation of TrkB aggregates in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA) model of PD. This suggests that DRD1 activity controls TrkB surface expression in these neurons. In contrast, we found that DRD2 activation has opposite effects in MSNs of the indirect pathway (iMSNs). Activation of DRD2 promotes a rapid decrease in TrkB surface expression which was reversible and depended on cAMP. In parallel, stimulation of DRD2 led to induction of phospho-TrkB (pTrkB). This effect was significantly slower than the effect on TrkB surface expression and indicates that TrkB is transactivated by DRD2. Together, our data provide evidence that dopamine triggers dual modes of plasticity on striatal MSNs by acting on TrkB surface expression in DRD1 and DRD2 expressing MSNs. This surface expression of the receptor is crucial for the binding of BDNF, which is released from corticostriatal afferents. This leads to the induction of TrkB-mediated downstream signal transduction cascades and long-term potentiation (LTP). Therefore, the dopamine-mediated translocation of TrkB could be a mediator that modulates the balance between dopaminergic and glutamatergic signaling to allow synaptic plasticity in a spatiotemporal manner. This information and the fact that TrkB is segregated to persistent aggregates in PD could help to improve our understanding of voluntary movement control and to develop new therapeutic strategies beyond those focusing on dopaminergic supply.
We have previously shown that targeting endoneurial macrophages with the orally applied CSF-1 receptor specific kinase (c-FMS) inhibitor PLX5622 from the age of 3 months onwards led to a substantial alleviation of the neuropathy in mouse models of Charcot-Marie-Tooth (CMT) 1X and 1B disease, which are genetically-mediated nerve disorders not treatable in humans. The same approach failed in a model of CMT1A (PMP22-overexpressing mice, line C61), representing the most frequent form of CMT. This was unexpected since previous studies identified macrophages contributing to disease severity in the same CMT1A model. Here we re-approached the possibility of alleviating the neuropathy in a model of CMT1A by targeting macrophages at earlier time points. As a proof-of-principle experiment, we genetically inactivated colony-stimulating factor-1 (CSF-1) in CMT1A mice, which resulted in lower endoneurial macrophage numbers and alleviated the neuropathy. Based on these observations, we pharmacologically ablated macrophages in newborn CMT1A mice by feeding their lactating mothers with chow containing PLX5622, followed by treatment of the respective progenies after weaning until the age of 6 months. We found that peripheral neuropathy was substantially alleviated after early postnatal treatment, leading to preserved motor function in CMT1A mice. Moreover, macrophage depletion affected the altered Schwann cell differentiation phenotype. These findings underscore the targetable role of macrophage-mediated inflammation in peripheral nerves of inherited neuropathies, but also emphasize the need for an early treatment start confined to a narrow therapeutic time window in CMT1A models and potentially in respective patients.
Background
Human cerebral small vessel disease (CSVD) has distinct histopathologic and imaging findings in its advanced stages. In spontaneously hypertensive stroke-prone rats (SHRSP), a well-established animal model of CSVD, we recently demonstrated that cerebral microangiopathy is initiated by early microvascular dysfunction leading to the breakdown of the blood–brain barrier and an activated coagulatory state resulting in capillary and arteriolar erythrocyte accumulations (stases). In the present study, we investigated whether initial microvascular dysfunction and other stages of the pathologic CSVD cascade can be detected by serial magnetic resonance imaging (MRI).
Findings
Fourteen SHRSP and three control (Wistar) rats (aged 26–44 weeks) were investigated biweekly by 3.0 Tesla (3 T) MRI. After perfusion, brains were stained with hematoxylin–eosin and histology was correlated with MRI data. Three SHRSP developed terminal CSVD stages including cortical, hippocampal, and striatal infarcts and macrohemorrhages, which could be detected consistently by MRI. Corresponding histology showed small vessel thromboses and increased numbers of small perivascular bleeds in the infarcted areas. However, 3 T MRI failed to visualize intravascular erythrocyte accumulations, even in those brain regions with the highest densities of affected vessels and the largest vessels affected by stases, as well as failing to detect small perivascular bleeds.
Conclusion
Serial MRI at a field strength of 3 T failed to detect the initial microvascular dysfunction and subsequent small perivascular bleeds in SHRSP; only terminal stages of cerebral microangiopathy were reliably detected. Further investigations at higher magnetic field strengths (7 T) using blood- and flow-sensitive sequences are currently underway.
Background:
Fabry disease is an inherited metabolic disorder characterized by progressive lysosomal accumulation of lipids in a variety of cell types, including neural cells. Small, unmyelinated nerve fibers are particularly affected and small fiber peripheral neuropathy often clinically manifests at young age. Peripheral pain can be chronic and/or occur as provoked attacks of excruciating pain. Manifestations of dysfunction of small autonomic fibers may include, among others, impaired sweating, gastrointestinal dysmotility, and abnormal pain perception. Patients with Fabry disease often remain undiagnosed until severe complications involving the kidney, heart, peripheral nerves and/or brain have arisen.
Methods:
An international expert panel convened with the goal to provide guidance to clinicians who may encounter unrecognized patients with Fabry disease on how to diagnose these patients early using simple diagnostic tests. A further aim was to offer recommendations to control neuropathic pain.
Results:
We describe the neuropathy in Fabry disease, focusing on peripheral small fiber dysfunction - the hallmark of early neurologic involvement in this disorder. The clinical course of peripheral pain is summarized, and the importance of medical history-taking, including family history, is highlighted. A thorough physical examination (e. g., angiokeratoma, corneal opacities) and simple non-invasive sensory perception tests could provide clues to the diagnosis of Fabry disease. Reported early clinical benefits of enzyme replacement therapy include reduction of neuropathic pain, and adequate management of residual pain to a tolerable and functional level can substantially improve the quality of life for patients.
Conclusions:
Our recommendations can assist in diagnosing Fabry small fiber neuropathy early, and offer clinicians guidance in controlling peripheral pain. This is particularly important since management of pain in young patients with Fabry disease appears to be inadequate.
Fabry disease (FD) is a rare life-threatening disorder caused by deficiency of the alpha-galactosidase A (GLA) enzyme with a characteristic pain phenotype. Impaired GLA production or function leads to the accumulation of the cell membrane compound globotriaosylceramide (Gb3) in the neurons of the dorsal root ganglia (DRG) of FD patients. Applying immunohistochemistry (IHC) and quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT PCR) analysis on DRG tissue of the GLA knockout (KO) mouse model of FD, we address the question of how Gb3 accumulation may contribute to FD pain and focus on the immune system and pain-associated ion channel gene expression. We show a higher Gb3 load in the DRG of young (<6 months) (p < 0.01) and old (≥12 months) (p < 0.001) GLA KO mice compared to old wildtype (WT) littermates, and an overall suppressed immune response in the DRG of old GLA KO mice, represented by a reduced number of CD206\(^+\) macrophages (p < 0.01) and lower gene expression levels of the inflammation-associated targets interleukin(IL)1b (p < 0.05), IL10 (p < 0.001), glial fibrillary acidic protein (GFAP) (p < 0.05), and leucine rich alpha-2-glycoprotein 1 (LRG1) (p < 0.01) in the DRG of old GLA KO mice compared to old WT. Dysregulation of immune-related genes may be linked to lower gene expression levels of the pain-associated ion channels calcium-activated potassium channel 3.1 (KCa3.1) and transient receptor potential ankyrin 1 channel (TRPA1). Ion channel expression might further be disturbed by impaired sphingolipid recruitment mediated via the lipid raft marker flotillin-1 (FLOT1). This impairment is represented by an increased number of FLOT1\(^+\) DRG neurons with a membranous expression pattern in old GLA KO mice compared to young GLA KO, young WT, and old WT mice (p < 0.001 each). Further, we provide evidence for aberrant behavior of GLA KO mice, which might be linked to dysregulated ion channel gene expression levels and disturbed FLOT1 distribution patterns. Behavioral testing revealed mechanical hypersensitivity in young (p < 0.01) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, heat hypersensitivity in young GLA KO mice (p < 0.001) compared to WT, age-dependent heat hyposensitivity in old GLA KO mice (p < 0.001) compared to young GLA KO mice, and cold hyposensitivity in young (p < 0.001) and old (p < 0.001) GLA KO mice compared to WT, which well reflects the clinical phenotype observed in FD patients.
Dysregulated IGFBP5 expression causes axon degeneration and motoneuron loss in diabetic neuropathy
(2015)
Diabetic neuropathy (DNP), afflicting sensory and motor nerve fibers, is a major complication in diabetes.The underlying cellular mechanisms of axon degeneration are poorly understood. IGFBP5, an inhibitory binding protein for insulin-like growth factor 1 (IGF1) is highly up-regulated in nerve biopsies of patients with DNP. We investigated the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP5 in motor axons and sensory nerve fibers. These mice develop motor axonopathy and sensory deficits similar to those seen in DNP. Motor axon degeneration was also observed in mice in which the IGF1 receptor(IGF1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF1 on IGF1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF1 for IGF1R on motor axons, thus leading to progressive neurodegeneration. Inhibition of IGFBP5 could thus offer novel treatment strategies for DNP.
Highlights
• Dopamine receptor-1 activation induces TrkB cell-surface expression in striatal neurons
• Dopaminergic deficits cause TrkB accumulation and clustering in the ER
• TrkB clusters colocalize with cargo receptor SORCS-2 in direct pathway striatal neurons
• Intracellular TrkB clusters fail to fuse with lysosomes after dopamine depletion
Summary
Disturbed motor control is a hallmark of Parkinson’s disease (PD). Cortico-striatal synapses play a central role in motor learning and adaption, and brain-derived neurotrophic factor (BDNF) from cortico-striatal afferents modulates their plasticity via TrkB in striatal medium spiny projection neurons (SPNs). We studied the role of dopamine in modulating the sensitivity of direct pathway SPNs (dSPNs) to BDNF in cultures of fluorescence-activated cell sorting (FACS)-enriched D1-expressing SPNs and 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-treated rats. DRD1 activation causes enhanced TrkB translocation to the cell surface and increased sensitivity for BDNF. In contrast, dopamine depletion in cultured dSPN neurons, 6-OHDA-treated rats, and postmortem brain of patients with PD reduces BDNF responsiveness and causes formation of intracellular TrkB clusters. These clusters associate with sortilin related VPS10 domain containing receptor 2 (SORCS-2) in multivesicular-like structures, which apparently protects them from lysosomal degradation. Thus, impaired TrkB processing might contribute to disturbed motor function in PD.
Introduction:
Fibromyalgia syndrome (FMS) and small fiber neuropathy (SFN) are distinct pain conditions that share commonalities and may be challenging as for differential diagnosis.
Objective:
To comprehensively investigate clinical characteristics of women with FMS and SFN to determine clinically applicable parameters for differentiation.
Methods:
We retrospectively analyzed medical records of 158 women with FMS and 53 with SFN focusing on pain-specific medical and family history, accompanying symptoms, additional diseases, and treatment. We investigated data obtained using standardized pain, depression, and anxiety questionnaires. We further analyzed test results and findings obtained in standardized small fiber tests.
Results:
FMS patients were on average ten years younger at symptom onset, described higher pain intensities requiring frequent change of pharmaceutics, and reported generalized pain compared to SFN. Pain in FMS was accompanied by irritable bowel or sleep disturbances, and in SFN by paresthesias, numbness, and impaired glucose metabolism (P < 0.01 each). Family history was informative for chronic pain and affective disorders in FMS (P < 0.001) and for neurological disorders in SFN patients (P < 0.001). Small fiber pathology in terms of skin denervation and/or thermal sensory threshold elevation was present in 110/158 (69.7 %) FMS patients and 39/53 (73.6 %) SFN patients. FMS patients mainly showed proximally reduced skin innervation and higher corneal nerve branch densities (p<0.001) whereas SFN patients were characterized by reduced cold detection and prolonged electrical A-delta conduction latencies (P < 0.05).
Conclusions:
Our data show that FMS and SFN differ substantially. Detailed pain, drug and family history, investigating blood glucose metabolism, and applying differential small fiber tests may help to improve diagnostic differentiation and targeted therapy.
Fibromyalgia syndrome (FMS) is a heterogeneous chronic pain syndrome characterized by musculoskeletal pain and other key co-morbidities including fatigue and a depressed mood. FMS involves altered functioning of the central and peripheral nervous system (CNS, PNS) and immune system, but the specific molecular pathophysiology remains unclear. Anti-cholinergic treatment is effective in FMS patient subgroups, and cholinergic signaling is a strong modulator of CNS and PNS immune processes. Therefore, we used whole blood small RNA-sequencing of female FMS patients and healthy controls to profile microRNA regulators of cholinergic transcripts (CholinomiRs). We compared microRNA profiles with those from Parkinson's disease (PD) patients with pain as disease controls. We validated the sequencing results with quantitative real-time PCR (qRT-PCR) and identified cholinergic targets. Further, we measured serum cholinesterase activity in FMS patients and healthy controls. Small RNA-sequencing revealed FMS-specific changes in 19 CholinomiRs compared to healthy controls and PD patients. qRT-PCR validated miR-182-5p upregulation, distinguishing FMS patients from healthy controls. mRNA targets of CholinomiRs bone morphogenic protein receptor 2 and interleukin 6 signal transducer were downregulated. Serum acetylcholinesterase levels and cholinesterase activity in FMS patients were unchanged. Our findings identified an FMS-specific CholinomiR signature in whole blood, modulating immune-related gene expression.
Voluntary movements induce postural perturbations which are counteracted by anticipatory postural adjustments (APAs). These actions are known to build up long fixation chains toward available support points (inter-limb APAs), so as to grant whole body equilibrium. Moreover, recent studies highlighted that APAs also build-up short fixation chains, within the same limb where a distal segment is moved (intra-limb APAs), aimed at stabilizing the proximal segments. The neural structures generating intra-limb APAs still need investigations; the present study aims to compare focal movement kinematics and intra-limb APA latencies and pattern between healthy subjects and parkinsonian patients, assuming the latter as a model of basal ganglia dysfunction. Intra-limb APAs that stabilize the arm when the index-finger is briskly flexed were recorded in 13 parkinsonian patients and in 10 age-matched healthy subjects. Index-finger movement was smaller in parkinsonian patients vs. healthy subjects (p = 0.01) and more delayed with respect to the onset of the prime mover flexor digitorum superficialis (FDS, p < 0.0001). In agreement with the literature, in all healthy subjects the FDS activation was preceded by an inhibitory intra-limb APA in biceps brachii (BB) and anterior deltoid (AD), and almost simultaneous to an excitatory intra-limb APA in triceps brachii (TB). In parkinsonian patients, no significant differences were found for TB and AD intra-limb APA timings, however only four patients showed an inhibitory intra-limb APA in BB, while other four did not show any BB intra-limb APAs and five actually developed a BB excitation. The frequency of occurrence of normal sign, lacking, and inverted BB APAs was different in healthy vs. parkinsonian participants (p = 0.0016). The observed alterations in index-finger kinematics and intra-limb APA pattern in parkinsonian patients suggest that basal ganglia, in addition to shaping the focal movement, may also contribute to intra-limb APA control.
Introduction
A novel neurostimulation system allows steering current in horizontal directions by combining segmented leads and multiple independent current control. The aim of this study was to evaluate directional DBS effects on parkinsonian motor features and adverse effects of subthalamic neurostimulation.
Methods
Seven PD patients implanted with the novel directional DBS system for bilateral subthalamic DBS underwent an extended monopolar review session during the first postoperative week, in which current thresholds were determined for rigidity control and stimulation-induced adverse effects using either directional or ring-mode settings.
Results
Effect or adverse effect thresholds were modified by directional settings for each of the 14 STN leads. Magnitude of change varied markedly between leads, as did orientation of optimal horizontal current steering.
Conclusion
Directional current steering through chronically implanted segmented electrodes is feasible, alters adverse effect and efficacy thresholds in a highly individual manner, and expands the therapeutic window in a monopolar review as compared to ring-mode DBS.
Dimethyl fumarate attenuates lymphocyte infiltration and reduces infarct size in experimental stroke
(2023)
Ischemic stroke is associated with exacerbated tissue damage caused by the activation of immune cells and the initiation of other inflammatory processes. Dimethyl fumarate (DMF) is known to modulate the immune response, activate antioxidative pathways, and improve the blood–brain barrier (BBB) after stroke. However, the specific impact of DMF on immune cells after cerebral ischemia remains unclear. In our study, male mice underwent transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) for 30 min and received oral DMF (15 mg/kg) or a vehicle immediately after tMCAO, followed by twice-daily administrations for 7 days. Infarct volume was assessed on T2-weighted magnetic resonance images on days 1 and 7 after tMCAO. Brain-infiltrating immune cells (lymphocytes, monocytes) and microglia were quantified using fluorescence-activated cell sorting. DMF treatment significantly reduced infarct volumes and brain edema. On day 1 after tMCAO, DMF-treated mice showed reduced lymphocyte infiltration compared to controls, which was not observed on day 7. Monocyte and microglial cell counts did not differ between groups on either day. In the acute phase of stroke, DMF administration attenuated lymphocyte infiltration, probably due to its stabilizing effect on the BBB. This highlights the potential of DMF as a therapeutic candidate for mitigating immune cell-driven damage in stroke.
MicroRNAs (miRNAs) are increasingly recognized as regulators of immune and neuronal gene expression and are potential master switches in neuropathic pain pathophysiology. miR-21 is a promising candidate that may link the immune and the pain system. To investigate the pathophysiological role of miR-21 in neuropathic pain, we assessed mice deficient of B7 homolog 1 (B7-H1), a major inhibitor of inflammatory responses. In previous studies, an upregulation of miR-21 had been shown in mouse lymphocytes. Young (8 weeks), middle-aged (6 months), and old (12 months) B7-H1 ko mice and wildtype littermates (WT) received a spared nerve injury (SNI). We assessed thermal withdrawal latencies and mechanical withdrawal thresholds. Further, we performed tests for anxiety-like and cognitive behavior. Quantitative real time PCR was used to determine miR-21 relative expression in peripheral nerves, and dorsal root ganglia (DRG) at distinct time points after SNI. We found mechanical hyposensitivity with increasing age of naïve B7-H1 ko mice. Young and middle-aged B7-H1 ko mice were more sensitive to mechanical stimuli compared to WT mice (young: p < 0.01, middle-aged: p < 0.05). Both genotypes developed mechanical and heat hypersensitivity (p < 0.05) after SNI, without intergroup differences. No relevant differences were found after SNI in three tests for anxiety like behavior in B7-H1 ko and WT mice. Also, SNI had no effect on cognition. B7-H1 ko and WT mice showed a higher miR-21 expression (p < 0.05) and invasion of macrophages and T cells in the injured nerve 7 days after SNI without intergroup differences. Our study reveals that increased miR-21 expression in peripheral nerves after SNI is associated with reduced mechanical and heat withdrawal thresholds. These results point to a role of miR-21 in the pathophysiology of neuropathic pain, while affective behavior and cognition seem to be spared. Contrary to expectations, B7-H1 ko mice did not show higher miR-21 expression than WT mice, thus, a B7-H1 knockout may be of limited relevance for the study of miR-21 related pain.
Differential effects of FTY720 on the B cell compartment in a mouse model of multiple sclerosis.
(2017)
Background:
MP4-induced experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is a mouse model of multiple sclerosis (MS), which enables targeted research on B cells, currently much discussed protagonists in MS pathogenesis. Here, we used this model to study the impact of the S1P1 receptor modulator FTY720 (fingolimod) on the autoreactive B cell and antibody response both in the periphery and the central nervous system (CNS).
Methods:
MP4-immunized mice were treated orally with FTY720 for 30 days at the peak of disease or 50 days after EAE onset. The subsequent disease course was monitored and the MP4-specific B cell/antibody response was measured by ELISPOT and ELISA. RNA sequencing was performed to determine any effects on B cell-relevant gene expression. S1P\(_{1}\) receptor expression by peripheral T and B cells, B cell subset distribution in the spleen and B cell infiltration into the CNS were studied by flow cytometry. The formation of B cell aggregates and of tertiary lymphoid organs (TLOs) was evaluated by histology and immunohistochemistry. Potential direct effects of FTY720 on B cell aggregation were studied in vitro.
Results:
FTY720 significantly attenuated clinical EAE when treatment was initiated at the peak of EAE. While there was a significant reduction in the number of T cells in the blood after FTY720 treatment, B cells were only slightly diminished. Yet, there was evidence for the modulation of B cell receptor-mediated signaling upon FTY720 treatment. In addition, we detected a significant increase in the percentage of B220\(^{+}\) B cells in the spleen both in acute and chronic EAE. Whereas acute treatment completely abrogated B cell aggregate formation in the CNS, the numbers of infiltrating B cells and plasma cells were comparable between vehicle- and FTY720-treated mice. In addition, there was no effect on already developed aggregates in chronic EAE. In vitro B cell aggregation assays suggested the absence of a direct effect of FTY720 on B cell aggregation. However, FTY720 impacted the evolution of B cell aggregates into TLOs.
Conclusions:
The data suggest differential effects of FTY720 on the B cell compartment in MP4-induced EAE.
Differential diagnosis of parkinsonism: a head-to-head comparison of FDG PET and MIBG scintigraphy
(2020)
[\(^{18}\)F]fluorodeoxyglucose (FDG) PET and [\(^{123}\)I]metaiodobenzylguanidine (MIBG) scintigraphy may contribute to the differential diagnosis of neurodegenerative parkinsonism. To identify the superior method, we retrospectively evaluated 54 patients with suspected neurodegenerative parkinsonism, who were referred for FDG PET and MIBG scintigraphy. Two investigators visually assessed FDG PET scans using an ordinal 6-step score for disease-specific patterns of Lewy body diseases (LBD) or atypical parkinsonism (APS) and assigned the latter to the subgroups multiple system atrophy (MSA), progressive supranuclear palsy (PSP), or corticobasal syndrome. Regions-of-interest analysis on anterior planar MIBG images served to calculate the heart-to-mediastinum ratio. Movement disorder specialists blinded to imaging results established clinical follow-up diagnosis by means of guideline-derived case vignettes. Clinical follow-up (1.7 +/- 2.3 years) revealed the following diagnoses: n = 19 LBD (n = 17 Parkinson's disease [PD], n = 1 PD dementia, and n = 1 dementia with Lewy bodies), n = 31 APS (n = 28 MSA, n = 3 PSP), n = 3 non-neurodegenerative parkinsonism; n = 1 patient could not be diagnosed and was excluded. Receiver operating characteristic analyses for discriminating LBD vs. non-LBD revealed a larger area under the curve for FDG PET than for MIBG scintigraphy at statistical trend level for consensus rating (0.82 vs. 0.69, p = 0.06; significant for investigator #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.04). The analysis of PD vs. MSA showed a similar difference (0.82 vs. 0.69, p = 0.11; rater #1: 0.83 vs. 0.69, p = 0.07). Albeit the notable differences in diagnostic performance did not attain statistical significance, the authors consider this finding clinically relevant and suggest that FDG PET, which also allows for subgrouping of APS, should be preferred.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P ≤ 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and-γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.05), and -γ (P ≤ 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P ≤ 0.05), -δ (P ≤ 0.001), and -γ (P ≤ 0.05), and neutrophil infiltration (all P ≤ 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P ≤ 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Different phosphoinositide 3-kinase isoforms mediate carrageenan nociception and inflammation
(2016)
Phosphoinositide 3-kinases (PI3Ks) participate in signal transduction cascades that can directly activate and sensitize nociceptors and enhance pain transmission. They also play essential roles in chemotaxis and immune cell infiltration leading to inflammation. We wished to determine which PI3K isoforms were involved in each of these processes. Lightly anesthetized rats (isoflurane) were injected subcutaneously with carrageenan in their hind paws. This was preceded by a local injection of 1% DMSO vehicle or an isoform-specific antagonist to PI3K-α (compound 15-e), -β (TGX221), -δ (Cal-101), or -γ (AS252424). We measured changes in the mechanical pain threshold and spinal c-Fos expression (4 hours after injection) as indices of nociception. Paw volume, plasma extravasation (Evans blue, 0.3 hours after injection), and neutrophil (myeloperoxidase; 1 hour after injection) and macrophage (CD11b+; 4 hour after injection) infiltration into paw tissue were the measured inflammation endpoints. Only PI3K-γ antagonist before treatment reduced the carrageenan-induced pain behavior and spinal expression of c-Fos (P <= 0.01). In contrast, pretreatment with PI3K-α, -δ, and -γ antagonists reduced early indices of inflammation. Plasma extravasation PI3K-α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.05), and -γ (P <= 0.01), early (0-2 hour) edema -α (P <= 0.05), -δ (P <= 0.001), and -γ (P <= 0.05), and neutrophil infiltration (all P <= 0.001) were all reduced compared to vehicle pretreatment. Later (2-4 hour), edema and macrophage infiltration (P <= 0.05) were reduced by only the PI3K-δ and -γ isoform antagonists, with the PI3K-δ antagonist having a greater effect on edema. PI3K-β antagonism was ineffective in all paradigms. These data indicate that pain and clinical inflammation are pharmacologically separable and may help to explain clinical conditions in which inflammation naturally wanes or goes into remission, but pain continues unabated.
Introduction
IgG4 autoantibodies against paranodal proteins are known to induce acute-onset and often severe sensorimotor autoimmune neuropathies. How autoantibodies reach their antigens at the paranode in spite of the myelin barrier is still unclear.
Methods
We performed in vitro incubation experiments with patient sera on unfixed and unpermeabilized nerve fibers and in vivo intraneural and intrathecal passive transfer of patient IgG to rats, to explore the access of IgG autoantibodies directed against neurofascin-155 and contactin-1 to the paranodes and their pathogenic effect.
Results
We found that in vitro incubation resulted in weak paranodal binding of anti-contactin-1 autoantibodies whereas anti-neurofascin-155 autoantibodies bound to the nodes more than to the paranodes. After short-term intraneural injection, no nodal or paranodal binding was detectable when using anti-neurofascin-155 antibodies. After repeated intrathecal injections, nodal more than paranodal binding could be detected in animals treated with anti-neurofascin-155, accompanied by sensorimotor neuropathy. In contrast, no paranodal binding was visible in rats intrathecally injected with anti-contactin-1 antibodies, and animals remained unaffected.
Conclusion
These data support the notion of different pathogenic mechanisms of anti-neurofascin-155 and anti-contactin-1 autoantibodies and different accessibility of paranodal and nodal structures.
Differences in stem cell marker and osteopontin expression in primary and recurrent glioblastoma
(2022)
Background
Despite of a multimodal approach, recurrences can hardly be prevented in glioblastoma. This may be in part due to so called glioma stem cells. However, there is no established marker to identify these stem cells.
Methods
Paired samples from glioma patients were analyzed by immunohistochemistry for expression of the following stem cell markers: CD133, Musashi, Nanog, Nestin, octamer-binding transcription factor 4 (Oct4), and sex determining region Y-box 2 (Sox2). In addition, the expression of osteopontin (OPN) was investigated. The relative number of positively stained cells was determined. By means of Kaplan–Meier analysis, a possible association with overall survival by marker expression was investigated.
Results
Sixty tissue samples from 30 patients (17 male, 13 female) were available for analysis. For Nestin, Musashi and OPN a significant increase was seen. There was also an increase (not significant) for CD133 and Oct4. Patients with mutated Isocitrate Dehydrogenase-1/2 (IDH-1/2) status had a reduced expression for CD133 and Nestin in their recurrent tumors. Significant correlations were seen for CD133 and Nanog between OPN in the primary and recurrent tumor and between CD133 and Nestin in recurrent tumors. By confocal imaging we could demonstrate a co-expression of CD133 and Nestin within recurrent glioma cells. Patients with high CD133 expression had a worse prognosis (22.6 vs 41.1 months, p = 0.013). A similar trend was seen for elevated Nestin levels (24.9 vs 41.1 months, p = 0.08).
Conclusions
Most of the evaluated markers showed an increased expression in their recurrent tumor. CD133 and Nestin were associated with survival and are candidate markers for further clinical investigation.
Multiple Sklerose ist eine chronisch degenerative Erkrankung des ZNS, deren Therapie-möglichkeiten noch immer begrenzt sind. In der vorliegenden Arbeit wurde in vitro der selektive PDE-IV-Inhibitor Mesopram untersucht, welcher bereits in einer Phase II Studie bei Patienten mit klinisch gesicherter MS zum Einsatz kommt. Anhand von HBMEC’s, die als ein Model der menschlichen BHS gelten, konnten TJ’s (ZO-1, Claudin-3, Occludin), Adhäsionsmoleküle (ICAM, VCAM, MCAM), Zytokine und Chemokine (AR, Il-6, MCP-1, Il-8) und MMP-2 nachgewiesen werden. Diese Faktoren sind bei der Zerstörung der BHS in der Pathologie der MS beteiligt. Die Idee dieser Arbeit war es, durch die spezifische PDE-IV-Inhibition mit Mesopram die untersuchten Faktoren der BHS so zu beeinflussen, dass eine weitere Permeabilitätserhöhung verhindert werden könnte. Da es sich bei MS um eine inflammatorische Erkrankung handelt und TNFα in MS-Läsionen gefunden wird, wurde in dieser Arbeit TNFα als inflammatorischer Stimulus verwendet. Unter TNFα-Stimulation wurden die meisten der genannten Faktoren vermehrt exprimiert. Keine Veränderung unter TNFα zeigten Occludin, ZO-1, VCAM und MMP-2. Die HBMEC’s wurden über 24 und 48 h mit TNFα und Mesopram stimuliert. Es konnte in den unterschiedlichen Auswertungen (ELISA, FACS, Western Blot, Zymographie) keine regulatorische Modulation der verschiedenen Faktoren unter Mesopram-induzierter cAMP-Erhöhung nachgewiesen werden.
Zu den häufigsten Symptomen der Neuroborreliose zählen Meningopolyradikulitis, lymphozytäre Meningitis und eine Beteiligung von Hirnnerven. Die Diagnosestellung erfolgt anhand klinischer Symptomatik, Liquoranalyse und Antikörperuntersuchungen von Liquor und Serum. Besonders in der Frühphase der Infektion gestaltet sich die Diagnosesicherung aufgrund der noch fehlenden Antikörperreaktion jedoch oftmals sehr schwierig.
Die Ergebnisse mehrerer Studien legen nahe, dass CXCL-13 einen wertvollen Beitrag leisten könnte, um diese diagnostische Lücke zu schließen. Ziel der Studie war es, die Wertigkeit des Liquorbiomarkers CXCL-13 in der Diagnostik der Neuroborreliose und anderer neuroinflammatorischer Erkrankungen anhand eines großen unselektierten Kollektivs zu ermitteln, einen cut-off Wert für die Verwendung im klinischen Alltag zu definieren und die Ergebnisse mit der bestehenden Literatur zu vergleichen.
Dafür wurden am Klinikum Wels-Grieskirchen über einen Zeitraum von 3 Jahren alle Patienten analysiert, bei denen im Rahmen einer Liquorpunktion die CXCL-13 Konzentration bestimmt wurde. Die Patienten wurden anhand der Hauptdiagnose bei Entlassung in 12 Diagnosegruppen aufgeteilt, für die Einteilung der Neuroborreliose Patienten wurden die Diagnoseleitlinien der DGN herangezogen.
Alle Liquorproben wurden routinemäßig auf Zellzahl, Gesamteiweiß und Laktat untersucht, die CXCL-13 Konzentration wurde anhand eines enzyme-linked immunsorbent assay (CXCL-13 ELISA, Euroimmun) bestimmt.
Unter den 1410 augewerteten Patienten fanden sich 29 Fälle mit gesicherter Neuroborreliose sowie 9 Fälle mit wahrscheinlicher/möglicher Neuroborreliose. Beide Neuroborreliosegruppen zeigten eine deutlich erhöhte mediane CXCL-13 Konzentration (554pg/ml bzw. 649pg/ml), in der Gruppe der bakteriellen und Pilzinfektionen (n=6) fand sich ebenfalls ein deutlich erhöhter Median von 410pg/ml. Alle anderen Gruppen wiesen signifikant niedrigere CXCL-13 Konzentrationen auf (p<0,001), lediglich bei sechs Patienten aus der Gruppe der soliden Tumore, darunter ein kutanes Lymphom und fünf hirneigene Tumore, wurden Werte über 500pg/ml gefunden.
Anhand einer ROC-Kurve wurde der ideale cut-off für die Diagnose der gesicherten Neuroborreliose errechnet. Dieser lag bei 55,5pg/ml mit einer Sensitivität von 96,6% (95% KI 80,4-99,8%) und einer Spezifität von 94,9% (95% KI 93,5-95,9%).
Bei 28 der 29 gesicherten Neuroborreliosefälle konnte ein positiver Antikörperindex nachgewiesen werden, dies entspricht einer Sensitivität von 96,6%. Der direkte Erregernachweis mittels PCR wurde bei neun Patienten durchgeführt, er war lediglich in zwei Fällen positiv, die Sensitivität lag bei 22,2%.
Bei den Patienten mit wahrscheinlicher Neuroborreliose (n=5) war eine Bestimmung des Antikörper-Index nicht möglich, da entweder nur im Serum oder im Liquor borrelienspezifische Antikörper vorlagen. Alle Patienten zeigten eine typische klinische Symptomatik, eine lymphozytäre Pleozytose und deutlich erhöhte CXCL-13 Konzentrationen. Es erfolgte eine antibiotische Therapie mit Ceftriaxon, worauf die Symptomatik rasch rückläufig war.
Die Ergebnisse der Studie bestätigen die hohe Wertigkeit von CXCL-13 für die Diagnose der Neuroborreliose und belegen die Übertragbarkeit der bisherigen Funde auf ein unselektiertes Patientenkollektiv. Die CXCL-13 Bestimmung ist dem direkten Erregernachweis deutlich überlegen, dieser ist aufgrund der niedrigen Sensitivität lediglich als Bestätigungstest geeignet. Im Vergleich zum borrelienspezifischen Antikörper-Index ist CXCL-13 als in etwa ebenbürtig anzusehen. Besonders in der Frühphase der Infektion bietet die CXCL-13 Bestimmung aufgrund der Latenzzeit bis zur Nachweisbarkeit von Antikörpern jedoch einen deutlichen Vorteil. Zusätzlich fällt die CXCL-13 Konzentration nach erfolgter Therapie rasch wieder ab, wodurch es sich auch als Verlaufsparameter eignet. Ein positiver Antikörper-Index kann über viele Jahre persistieren, weshalb eine Unterscheidung zwischen akuter und abgelaufener Infektion unmöglich ist. Am sinnvollsten erscheint eine Kombination von CXCL-13 und Antikörper-Index, in Verbindung mit der klinischen Präsentation ergibt sich so eine sehr hohe diagnostische Sicherheit in allen Stadien der Erkrankung.
Eine Vielzahl von Patienten mit fortgeschrittener, beziehungsweise dialysepflichtiger Niereninsuffizienz entwickeln eine Polyneuropathie. Die Pathogenese der urämischen Neuropathie (UN) ist nicht geklärt, sodass auf der Suche nach dem Pathomechanismus auch ein Vitamin-B12-Mangel diskutiert werden muss, da dieser ähnliche Symptome wie die UN hervorrufen kann. Ziel dieser Studie war es, den Zusammenhang zwischen den Parametern des Vitamin-B12-Stoffwechsels und der UN darzustellen. In einer prospektiven Studie mit insgesamt 54 teilnehmenden Patienten wurden diese vor und nach einer Vitamin-B12-Substitution laborchemisch untersucht. Zudem erhielten die Patienten neben einer klinischen Untersuchung eine elektroneurographische Diagnostik des N. suralis und des N. tibialis, sowie eine QST-Untersuchung.
Bei den Charcot-Marie-Tooth (CMT) Neuropathien handelt es sich um erbliche Erkrankungen des peripheren Nervensystems, die progredient zu motorischen und sensorischen Defiziten führen und für die bislang keine kausalen Therapieoptionen existieren. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass Entzündungsreaktionen, insbesondere durch Lymphozyten und Makrophagen vermittelt, eine bedeutende Rolle bei der Pathogenese dieser Erkrankung spielen. Neben neuronaler und axonaler Schädigung, sowie Demyelinisierung ist in untersuchten Myelin Mutanten auch eine erhöhte Anzahl an denervierten neuromuskulärer Endplatten zu erkennen. Eine genetische Blockade der Makrophagen-Aktivierung konnte in den Studien eine Verbesserung sämtlicher neuropathologischer Merkmale bei gleichzeitig reduzierter Makrophagenanzahl zeigen. Ob und welche Rolle Makrophagen bei der Denervation neuromuskulärer Endplatten spielen, blieb bislang ungeklärt.
In dieser Studie konnte in allen untersuchten Myelin Mutanten im Vergleich zum Wildtyp eine Zunahme an neuromuskulären Synapsen beobachtet werden, die mit Makrophagen räumlich assoziiert waren. Daneben zeigten entsprechende Myelin Mutanten eine Zunahme denervierter und partiell denervierter Endplatten und zwar interessanterweise direkt proportional zur Anzahl an Synapsen in Assoziation mit Makrophagen. Das bedeutet, dass die Anzahl an Endplatten in Assoziation mit Makrophagen verhältnismäßig parallel zur Anzahl an denervierten Endplatten zunahm, während die Anzahl an Makrophagen im gesamten Muskel nahezu unverändert blieb. Dies deutet eine mögliche Rolle der räumlich mit Endplatten assoziierten Makrophagen an deren Denervation an. Dabei waren alle Synapsen in Assoziation mit Makrophagen innerviert und damit morphologisch intakt. Bei doppel-mutanten Mäusen mit genetischer Blockade der Makrophagen-Aktivierung waren die beschriebenen pathologischen Merkmale an der neuromuskulären Synapse deutlich reduziert bei gleichzeitig signifikanter Abnahme an Makrophagen in Assoziation mit Endplatten. Ähnliche pathologische Auffälligkeiten wie bei Myelin Mutanten fanden sich in geringerer Ausprägung auch im Wildtyp im Rahmen des Alterungsprozesses sowie auch bei Mäusen mit Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF.
Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sowohl in der Pathogenese der CMT Neuropathie wie auch im Rahmen altersbedingter Neurodegeneration ein Makrophagen-vermittelter Schaden an der neuromuskulären Endplatte entsteht. Wesentliche Mediatoren scheinen hierbei das von Fibroblasten und vermutlich auch perisynaptischen Fibroblasten exprimierte CSF-1 zu sein, sowie MCP-1, das durch Schwann Zellen und möglicherweise auch von terminalen Schwann Zellen freigesetzt wird. Auch eine Defizienz des neurotrophen Faktors CNTF bewirkt zumindest in geringem Ausmaß eine Zunahme der pathologischen Merkmale Denervation und Makrophagen-Endplatten-Assoziation im Vergleich zum Wildtyp. Diese Ergebnisse erweitern insbesondere das Wissen um Pathomechanismen an der neuromuskulären Endplatte und eröffnen neue Möglichkeiten der Behandlung für CMT und weitere neuromuskuläre Erkrankungen.
Ziel der vorliegenden Arbeit war, zu untersuchen, ob Immunzellen den Schweregrad einer peripheren Neuropathie im Mausmodell von CMT1X (Cx32def (Cx32-defiziente) Maus) beeinflussen können. Mit Hilfe von immunhistochemischen Färbemethoden, lichtmikroskopischen, immunelektronenmikroskopischen und computergestützen konventionellen elektronenmikroskopischen Auswertungsverfahren wurde die Anzahl von endoneuralen Makrophagen und CD8+ T-Zellen, sowie die Morphologie von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln analysiert.. Aufgrund der vorliegenden Ergebnissen können dabei folgende Aussagen getroffen werden: 1. Makrophagen und CD8+ T-Zellen sind in Quadricepsnerven von Cx32-defizienten Mäusen hochreguliert, wobei die Anzahl der endoneuralen Makrophagen die Anzahl der CD8+ T-Zellen wesentlich übersteigt. Die Anzahl war altersabhängig und korrelierte mit dem Schweregrad des pathomorphologischen Bildes der peripheren Neuropathie. 2. Mit Immunelektronenmikroskopie haben wir eindeutig identifizierbare endoneurale Makrophagen innerhalb der endoneuralen Röhren in engem Kontakt zu demyelinisierten oder in Demyelinisierung begriffenen Axonen nachgewiesen. Endoneurale Makrophagen enthielten häufig Reste von phagozytiertem Myelin. 3. Bei Immun- und konventioneller Elektronenmikroskopie haben wir häufig ausgeprägte Kontakte zwischen Makrophagen und Fibroblasten beobachtet. 4. In Cx32def/RAG-1-/- Doppelmutanten, die zusätzlich zu der Myelinmutation auch keine reifen Lymphozyten beinhalten, ist eine signifikant geringere Hochregulation der Anzahl von endoneuralen Makrophagen nachweisbar, ebenso eine wesentliche Abmilderung der pathologischen Veränderungen von Quadricepsnerven und ventralen Spinalwurzeln im Vergleich zu Cx32def/ RAG-1+/? Geschwistertieren. Diese Ergebnisse lassen die Schlußfolgerung zu, daß Makrophagen und CD8+ T-Zellen die primär genetisch-bedingte Demyelinisierung im Mausmodell für CMT1X wesentlich verstärkend beeinflussen. Aufgrund der ähnlichen Literaturdaten über das Mausmodell von CMT1B (P0+/- Mutante) können wir vermuten, daß die Interaktion zwischen Schwann- und Immunzellen eine wichtige Komponente der peripheren Demyelinisierung in Mausmodellen für CMT1 ist.
In der Puppenhandillusion (PHI) wird durch die synchrone Berührung der nicht-sichtbaren Hand des Probanden und einer sichtbaren Puppenhand ein illusio-näres Körperzugehörigkeitsgefühl induziert. Dieses Paradigma erlaubt es zu untersuchen, wie das Gehirn widersprüchliche multisensorische Informationen während einer perzeptiven Inferenz auflöst.
Vorausgehende Studien weisen darauf hin, dass der Konflikt zwischen visueller und propriozeptiver Information vor der PHI durch eine Abschwächung des so-matosensiblen Inputs behoben wird. Um herauszufinden, ob eine Exzitabilitäts-Minderung des primären somatosensiblen Kortex die PHI verstärken kann, kam die kathodale transkranielle Gleichstromstimulation (c-tDCS) zum Einsatz.
An dreißig gesunden Probanden wurde die PHI ohne (=baseline) und während tDCS untersucht. Jeder Proband erhielt kathodale, anodale und sham-Stimulation an drei unterschiedlichen Tagen im Abstand von je einer Woche. Das PHI-Paradigma wurde in sechs Distanzen (von 17,5 bis 67,5 cm) zwischen der eigenen Hand und der Puppenhand durchgeführt. Das Auftreten der PHI wurde anhand eines Fragebogens (Illusionsscore, IS) und der Abweichung der gefühlten Handposition in Bezug zur realen Position (relativer Drift, RD) evalu-iert. Die kathodale Stimulation war mit einem signifikanten Anstieg des IS im Vergleich zur anodalen Stimulation assoziiert, wohingegen die RD-Werte über alle Stimulationsarten hinweg vergleichbar waren.
Die fehlende Signifikanz zwischen Verum und Sham-Stimulation wurde auf die geringe Effektstärke bei vergleichsweise kleinem Probandenkollektiv bezogen.
Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch eine verstärkte Wahrnehmung der PHI unabhängig von demographischen Faktoren, wenn kathodale tDCS über dem kontralateralen primären somatosensiblen Kortex appliziert wurde. Dies unterstützt unsere Hypothese, dass eine Abschwächung der somatosensiblen Präzision den Weg für eine erleichterte Integration eines fremden Körperteils in das eigene Körperschema ebnet.
In dieser Arbeit wurde mit Hilfe von small-molecule Inhibitoren die Rolle von clathrin- und dynaminabhängigen Endozytosemechanismen bei der Aufnahme von anti-Amphiphysin-Autoantikörpern am Zellkulturmodell primärer hippocampaler Neurone untersucht. Hierbei konnte eine Beeinflussung der Autoaantikörperaufnahme durch die Intervention gezeigt werden. Außerdem erfolgte der Versuch der Etablierung eines siRNA knockdowns unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Traansfektionsreaaagenzien.