Motor Skill Learning, Retention, and Control Deficits in Parkinson's Disease

Parkinson's disease, which affects the basal ganglia, is known to lead to various impairments of motor control. Since the basal ganglia have also been shown to be involved in learning processes, motor learning has frequently been investigated in this group of patients. However, results are still inconsistent, mainly due to skill levels and time scales of testing. To bridge across the time scale problem, the present study examined de novo skill learning over a long series of practice sessions that comprised early and late learning stages as well as retention. 19 non-demented, medicated, mild to moderate patients with Parkinson's disease and 19 healthy age and gender matched participants practiced a novel throwing task over five days in a virtual environment where timing of release was a critical element. Six patients and seven control participants came to an additional long-term retention testing after seven to nine months. Changes in task performance were analyzed by a method that differentiates between three components of motor learning prominent in different stages of learning: Tolerance, Noise and Covariation. In addition, kinematic analysis related the influence of skill levels as affected by the specific motor control deficits in Parkinson patients to the process of learning. As a result, patients showed similar learning in early and late stages compared to the control subjects. Differences occurred in short-term retention tests; patients' performance constantly decreased after breaks arising from poorer release timing. However, patients were able to overcome the initial timing problems within the course of each practice session and could further improve their throwing performance. Thus, results demonstrate the intact ability to learn a novel motor skill in non-demented, medicated patients with Parkinson's disease and indicate confounding effects of motor control deficits on retention performance

Iron Behaving Badly: Inappropriate Iron Chelation as a Major Contributor to the Aetiology of Vascular and Other Progressive Inflammatory and Degenerative Diseases

The production of peroxide and superoxide is an inevitable consequence of aerobic metabolism, and while these particular "reactive oxygen species" (ROSs) can exhibit a number of biological effects, they are not of themselves excessively reactive and thus they are not especially damaging at physiological concentrations. However, their reactions with poorly liganded iron species can lead to the catalytic production of the very reactive and dangerous hydroxyl radical, which is exceptionally damaging, and a major cause of chronic inflammation. We review the considerable and wide-ranging evidence for the involvement of this combination of (su)peroxide and poorly liganded iron in a large number of physiological and indeed pathological processes and inflammatory disorders, especially those involving the progressive degradation of cellular and organismal performance. These diseases share a great many similarities and thus might be considered to have a common cause (i.e. iron-catalysed free radical and especially hydroxyl radical generation). The studies reviewed include those focused on a series of cardiovascular, metabolic and neurological diseases, where iron can be found at the sites of plaques and lesions, as well as studies showing the significance of iron to aging and longevity. The effective chelation of iron by natural or synthetic ligands is thus of major physiological (and potentially therapeutic) importance. As systems properties, we need to recognise that physiological observables have multiple molecular causes, and studying them in isolation leads to inconsistent patterns of apparent causality when it is the simultaneous combination of multiple factors that is responsible. This explains, for instance, the decidedly mixed effects of antioxidants that have been observed, etc...Comment: 159 pages, including 9 Figs and 2184 reference

Trägerlose Einführung von Fluor-18 in Urokinase unter Erhaltung der biologischen Aktivität

Urokinase aktiviert Plasminogen und leitet so die Fibrinolyse ein. Sie ist sehr substratspezifisch und kann deshalb als Diagnostikum zur Thrombenlokalisation nach Markierung mit geeigneten radioaktiven Isotopen eingesetzt werden. Bisherige Ergebnisse waren jedoch unbefriedigend, da entweder das Markierungsisotop (Art der Strahlung, Stabilität der chemischen Bindung) und/oder die Markierungsmethode im Hinblick auf die Erhaltung der biologischen Aktivität ungeeignet war. Zur regionalen Thrombenlokalisation mit Hilfe der Positronenemissionstomographie ist vor allem Fluor-18 (T = 110 min) geeignet. Das Radioisotop kann aber nicht direkt in Urokinase eingebaut werden, da das Enzym nur in wässriger Lösung stabil ist, F$^{-}_{aq}$ aber in protischen Lösungen unreaktiv ist. Als Zwischenstufe zur Markierung von Urokinase wurde deshalb $^{18}$F-Fluoressigsäure ausgewählt. $^{18}$F-Fluoressigsäure konnte mit einer radiochemischen Ausbeute von bis zu 60 % durch nukleophilen Br-für-$^{18}$F Austausch in Bromessigsäureäthylester trägerlos synthetisiert werden. Die Reaktion wurde in einer Acetamidschmelzedurchgeführt. Nach Verseifung der Ester wurde die freie Säure mit Hilfe der HPLC von der Bromessigsäure und Verunreinigungen abgetrennt. Die Synthesezeit für die Präparation der trägerlosen $^{18}$F-Fluoressigsäure betrug 80 min, und die erreicht spezifische Aktivität war $\geq$ 37 TBq/mMol. $^{18}$F-Fluoressigsäure kann durch wasserlösliches [N-Äthyl-N'-(dimethylamino)propyl]-carbodiimid (WCS) gut aktiviert werden und als aktivierte Säure an die freien Aminogruppen der Urokinasekovalent gebunden werden. Die Säureaktivierung ist bei pH 4 bis 7 bei geringen Mengen an Säure und hohem Überschuß an WSC nur von der WSC-Konzentration abhängig und läuft ohne Nebenreaktionen quantitativ ab. Die Reaktion ist protonenkatalysiert, führt aber über die dissoziierte Form der Säure. Dadurch istdieser Schritt hauptsächlich vom pK$_{a}$-Wert der eingesetzten Säure abhängig und bei pK$_{a}$ = 2,66 von $^{18}$F-Fluoressigsäure wird eine ausreichende Markierungsausbeute erhalten. Markierungsversuche mit 1-[1-$^{14}$C]-Essigsäure mit pK$_{a}$ = 4,78 blieben dagegen erfolglos. Die Amidbildung war allein von der Konzentration der in der Lösung vorliegenden aktivierten $^{18}$F-Fluoressigsäure abhängig. Die Bindung der $^{18}$F-Fluoressigsäure ohne Trägerzusatz an Urokinase verlief mit 30 %-iger radiochemischer Ausbeute und führte zu einer spezifischen Aktivität von $\geq$ 22,2 TBq/mMol. Die Enzymaktivität wurde durch einen direkten photometrischen Test mit einem Peptidsubstrat (S2444) bestimmt. Die Bestimmung der enzymatischen Aktivität der markierten Urokinasemoleküle im 1000-fachen Überschuß nicht markierter Moleküle wurde mit Hilfe einer Affinitätschromatographie mit Agmatin als Bindungspartner für Urokinase durchgeführt. Verschiedene Markierungsansätze wurden so auf die biologische Aktivität des markierten Enzyms untersucht. Dabei konnte in einigen Fällen gezeigt werden, daß schon bei einem geringen Verlust der Gesamtenzymaktivität alle markierten Urokinasemoleküle biologisch inaktiv waren. Die Inaktivierung des Gesamtansatzes betrifft die markierten Moleküle bevorzugt. Durch Veränderung der Reaktionsbedingungen (pH-Wert und Reaktionszeit) konnte jedoch eine Methode erarbeitet werden, bei deren Anwendung nicht nur die Enzymaktivität des Ansatzes vollständig erhalten blieb, sondern auch die der radiochemischen Ausbeute entsprechende Radioaktivität mit der bindungsfähigen Urokinase eluiert wurde. Vergleichbare Experimente zur trägerlosen Markierung mit $^{131}$I und $^{77}$Br durch elektrophile Substitution nach Oxidation mit Chloramin-T waren weniger erfolgreich und führten bei $^{77}$Br zu einem vollständigen Verlust der Bindungsfähigkeit bei 30 % erhaltenerEnzymaktivität. Die trägerlose Markierung von Urokinase, ausgehend von $^{18}$F gelang mit einer radiochemischen Ausbeute über alles von 8 % bei einer Synthesezeit von 110 min. Das Verfahren erlaubt es, ausreichende Aktivitätsmengen für die in-vivo Anwendung der Thrombuslokalisation bei Patienten zu produzieren. Das Verfahren, Proteine über $^{18}$F-Fluoracetat prinzipiell ohne Verlust der biologischen Aktivität zu markieren, sollte auch auf andere Proteine übertragbar sein