Die Genetik des Lipidstoffwechsels als Risikofaktor für kognitive Defizite bei der Parkinson-Krankheit

Die Parkinson-Krankheit gehört zu den Basalganglienerkrankungen und ist nach der Alzheimer-Krankheit die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Von den typischen motorischen Leitsymptomen sind kognitive Defizite, auch Parkinson-Demenz genannt, abzugrenzen. Etwa 75% der Parkinson-Syndrome sind idiopathisch und treten sporadisch auf. Bei dieser großen Mehrheit der Erkrankten gibt es bislang kein identifizierbares Vererbungsmuster. Für eine intakte Hirnfunktion ist der zerebrale Cholesterinmetabolismus von hoher Bedeutung, sodass kodierende Gene des Cholesterinstoffwechsels in die Pathogenese neurodegenerativer Erkrankungen, insbesondere der Alzheimer-Krankheit, involviert sind. Ausgehend von der bekannten pathophysiologischen Überschneidung der Alzheimer- und Parkinson-Krankheit, dient diese Arbeit einer systematischen Untersuchung ausgewählter Gene des Lipidstoffwechsels im Zusammenhang mit der Parkinson-Demenz. Das Kollektiv aus 94 Parkinson-Erkrankten entstammte der Datenbank der longitudinalen LANDSCAPE Studie, wobei 2 Gruppen von Parkinson-Patienten mit Demenz und unbeeinträchtigter Kognition gebildet wurden. Im Vorfeld wurde ein Matching zwecks höherer Vergleichbarkeit der Fall- und Kontrollgruppe anhand der Kriterien Geschlecht, ≥ 6 Jahre Erkrankungsdauer und ± 7 Jahre Altersdifferenz durchgeführt. Als Ausgangsmaterial der laborchemischen Versuche lag isolierte Desoxyribonukleinsäure vor, wobei mittels Polymerase-Kettenreaktion bestimmte Gen-Loci zwecks weiterer Aufschlüsselung amplifiziert wurden. Im Sinne eines genetischen Screenings wurden alle kodierenden Abschnitte der Apolipoproteine E, A1 und J sequenziert, wobei es sich um etablierte Risikogene der Alzheimer-Krankheit handelt. Zusätzlich wurden ausgewählte Exone von Adenosine Triphosphate-binding Cassette Transporter A1 (Exon 7, 18, 35) und Very-Low-Density-Lipoprotein Receptor (Exon 15) untersucht, bei denen bereits im Vorfeld kritische Mutationen beschrieben wurden. Im Fokus stand dabei die Identifikation von Einzelnukleotid-Polymorphismen, die möglicherweise mit der Ausprägung einer Demenz bei der Parkinson-Krankheit zusammenhängen. Im Rahmen der Sequenzierung mit Hilfe der Kettenabbruchmethode nach Sanger wurden insgesamt 8 Einzelnukleotid-Polymorphismen identifiziert, darunter 7 missense Mutationen und eine synonyme Variante. Apolipoprotein A1 und Very-Low-Density-Lipoprotein Receptor wiesen keine Mutation auf. Eine statistische Signifikanz konnte für keinen Einzelnukleotid-Polymorphismus gezeigt werden. Dementsprechend konnte kein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein einer Mutation und der Ausbildung einer Parkinson-Demenz in der vorliegenden Stichprobe abgeleitet werden. In der Tendenz waren jedoch 2 Mutationen hervorzuheben: rs7982 (Apolipoprotein J Exon 5) mit einer Odds ratio von 1.575 (95% Konfidenzintervall=0.680~3.646, p=0.288) sowie rs2066714/ rs4149313 (Adenosine Triphosphate-binding Cassette Transporter A1 Exon 18) mit einer Odds Ratio von 1.4 (95% Konfidenzintervall=0.551~3.554, p=0.478). Apolipoprotein J und Adenosine Triphosphate-binding Cassette Transporter A1 stellen somit als mögliche Risikogene der Parkinson-Demenz das Ziel weiterer Analysen dar. Als Limitation der Arbeit war die geringe Fallzahl bei initial zu hoch geschätzter Effektgröße zu betrachten, sodass die fokussierte Untersuchung in Bezug auf oben genannte Mutationen an weiteren Patienten der LANDSCAPE Studie sinnvoll und in Zukunft geplant ist

Die Rolle des Makrophagen-Migrations-Inhibitions-Faktors (MIF) in primären humanen Glioblastomzellen

Das Glioblastoma multiforme (GBM) ist der häufigste und bösartigste primäre Hirntumor und trotz einer multimodalen Therapie aus Resektion, Chemo- und Strahlentherapie beträgt die mittlere Überlebenszeit bei Diagnosestellung eines Glioblastoma multiforme nur 15 Monate. Diese ernüchternde Zahl legt nahe, dass die Suche nach effektiveren Behandlungsoptionen des Glioblastoma multiforme von großer Bedeutung ist. Der Makrophagen-Migrations-Inhibitions-Faktor, MIF, ist ein in vielen Tumoren vermehrt exprimiertes Protein, welches in der Tumorgenese eine entscheidende Rolle spielt. Im Glioblastoma multiforme ist es insbesondere in der Nähe zu nekrotischen Arealen und Blutgefäßen konzentriert. Es wird unter Hypoxie, einem charakteristischen Merkmal des GBM, hochreguliert. Hypoxie geht in Gliomen mit einer vermehrten Resistenz gegenüber Strahlen- und Chemotherapie einher. Es besteht eine positive Korrelation zwischen MIF-Expression und Prognose von Tumorerkrankungen und Invasivität. MIF fördert das Tumorwachstum durch proangiogenetische Wirkung, Induktion des Zellzyklus und Inhibition der p53-vermittelten Apoptose und so bewirkt ISO-1, ein Inhibitor der enzymatischen Aktivität von MIF, eine Reduktion von Tumorgröße und Angiogenese. In dieser Arbeit wurden humane primäre Glioblastomzellen aus Tumorproben gewonnen und in Kultur gebracht. Es zeigte sich, dass MIF in den primären GBM-Zellen deutlich exprimiert ist, und durch immunhistochemische Färbung konnte eine perinukleäre Lokalisation des MIF-Proteins aufgezeigt werden. Zudem wurde mit Hilfe von Proliferationsassays die Auswirkung einer MIF-Inhibition durch ISO-1 auf die primären GBM-Zellen getestet, wobei ein besonderes Augenmerk auf die Expression der charakterisierten MIF-Rezeptoren, CD74, CD44, CXCR2 und CXCR4, gerichtet wurde. Desweiteren wurde die MIF-Expression unter hypoxischen Kulturbedingungen analysiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass MIF in primären GBM-Zellen stark exprimiert ist und unter Hypoxie deutlich hochreguliert wird. Die Inhibition von MIF durch ISO-1 führt zu einer dosisabhängigen Reduktion der Proliferationsrate der primären GBM-Zellen. Besonders interessant im Hinblick auf MIF als therapeutisches Ziel der Tumorbehandlung und künftige Dosisfindungsstudien ist die bislang für gliale Zellen noch nicht beschriebene dosisabhängige U-förmige Inhibitonskurve. Durch ISO-1 wird außerdem die Proteinexpression von MIF und seinen Rezeptoren CD74, CXCR2 und CXCR4 in vitro erhöht, die Expression von CD44 nimmt jedoch ab. Diese Ergebnisse weisen, zusammen mit der vorliegenden Literatur darauf hin, dass die MIF-vermittelte Zellproliferation in primären GBM-Zellen auf einer durch CD74/CD44 vermittelten Signalkaskade beruht. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern neue Erkenntnisse zur Rolle des Makrophagen-Migrations-Inhibitions-Faktors im Glioblastoma multiforme und zeigen, dass MIF und seine Rezeptoren als Ansätze in der Therapie dieses Tumors in Zukunft von Nutzen sein können

Wirkmechanismen des MAP-Kinase Inhibitors CNI-1493 auf mikrogliale BV-2 Zellen und primäre Mikroglia

Ein zentrales Merkmal der Demenz vom Alzheimertyp (AD) ist die Akkumulation von β-Amyloid-Oligomeren sowie die Ausbildung einer β-Amyloid-induzierten Entzündungsreaktion im Gehirn. β-Amyloid entsteht aus einem Vorläuferprotein, dem APP, welches durch Sekretasen prozessiert wird. Die Bildung und der Abbau dieser Oligomere stellen einen zentralen Ansatz in der Entwicklung neuer Medikamente für AD dar. Insbesondere wird versucht, die Sekretasenaktivität zu beeinflussen, den Abbau von β-Amyloid zu fördern, die Aggregation von β-Amyloid zu hemmen sowie die durch die Oligomere bedingte Toxizität zu beeinflussen. Darüber hinaus steht die Modulation der β-Amyloid-induzierten Inflammation, bei der es zu einer starken Aktivierung mikroglialer Zellen kommt, im Focus des Interesses. In diesem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass der entzündungshemmende p38 MAPK Hemmstoff CNI-1493 in einem transgenen Mausmodel der Demenz vom Alzheimertyp zu einer deutlichen Reduktion der intrazerebralen β-Amyloid-Konzentration und gleichzeitig zu einer Verbesserung der Kognition dieser Tiere geführt hat. Allerdings sind die Wirk-mechanismen dieser Substanz nicht vollständig geklärt. Auch die besondere Wirkung auf die Mikroglia, einer zentralen Zelle bei der Erkrankung, ist noch unklar. Daher war das Ziel der vorliegenden Arbeit, zum einem die Interaktion zwischen CNI-1493 und β-Amyloid zu charakterisieren. Weiterhin wurde in vitro an primären Mikrogliazellen der Einfluss von CNI-1493 auf die Zytokinsekretion, die Aktivität der Sekretasen, die Toxizität von β-Amyloid und die Phagozytosefähigkeit untersucht. Primäre Mikroglia wurden aus Mesokortizes von Mausembryonen isoliert. Zusätzlich erfolgten die ersten Experimente an einer Zellkulturlinie. Zur Untersuchung der Zytotoxizität wurden MTT-Assays durchgeführt. Die Sekretion von Zytokinen und Amyloid-β wurde mit Hilfe von ELISAs untersucht. Die Fähigkeit der Zellen zur Phagozytose wurde durch FACS-Analysen überprüft. Die Interaktion zwischen CNI-1493 und β-Amyloid-Oligomeren wurde anhand von Westernblot bzw. Dot-Blot-Verfahren getestet. Die Aktivität der Sekretasen wurde indirekt durch RT-PCR dargestellt, während deren Funktion mit Hilfe von fluoro-metrischen Assays bestimmt wurde. Wir konnten zeigen, dass CNI-1493 in der Lage ist, die Bildung von toxischen Aggregations-formen des β-Amyloids zu hemmen. Dadurch ließ sich die β-Amyloid-induzierte Schädigung mikroglialer Zellen reduzieren. Auch die Sekretion von proinflammatorischen Zytokinen konnte durch CNI-1493 vermindert werden. Darüber hinaus ließ sich durch die Inkubation mit CNI-1493 die Phagozytose von β-Amyloid verbessern. Wir konnten auch zeigen, dass CNI-1493 die Funktion der α-Sekretase moduliert und dadurch die Induktion des nicht-amyloidogenen Weges der APP-Prozessierung induziert. In der vorliegenden Studie konnten wir relevante Wirkmechanismen von CNI-1493 in der mikroglialen Zellkultur aufklären. Unsere Daten zeigen, dass es nicht nur zu einem direkten Effekt von CNI-1493 auf Bildung toxischer β-Amyloid-Oligomere kommt, sondern über eine Inhibition des p38 MAPK Signalweges auch zur Modulation immunologischer Funktionen von mikroglialen Zellen. Über eine Aktivierung der α-Sekretase durch CNI-1493 ließ sich zudem eine Reduktion der β-Amyloid-Sekretion mikroglialer Zellen induzieren. In der Zusammen-schau dieser Ergebnisse scheint diese Substanz gerade aufgrund der unterschiedlichen Wirk-mechanismen für eine Therapie der AD geeignet. Berücksichtigt man die Tatsache, dass CNI-1493 bereits erfolgreich in einer klinischen Studie bei M. Crohn getestet wurde, wäre der Einsatz in einer klinischen Studie bei Patienten mit AD möglich

Krankheitskosten und gesundheitsbezogene Lebensqualität bei Patienten mit Multipler Sklerose

Die aktuellen Diskussionen und die in ganz Europa stattfindenden Reformen des Gesundheitssektors verdeutlichen die wachsende Bedeutung von ökonomischen Aspekten in der Medizin. Eine der grundlegenden Formen von gesundheitsökonomischen Studien sind Krankheitskostenstudien. Sie ermitteln die durchschnittlichen Kosten pro Jahr für einen Patienten mit einer bestimmten Erkrankung. Die Kosten werden aus gesellschaftlicher Perspektive berechnet, das heißt sämtliche durch die Krankheit verursachten Kosten sind relevant. In dieser Studie wurden die Krankheitskosten für Multiple Sklerose (MS) bestimmt. MS, eine chronisch entzündliche Erkrankung des ZNS, betrifft auch junge Menschen und zählt zu den kostenintensivsten neurologischen Erkrankungen. Die Kosten wurden für einen Zeitraum von drei Monaten mittels Fragebogen erhoben. Ein weiterer Teil der Arbeit bestand in der Erfassung der Lebensqualität von MS-Patienten. Er wurde mit allgemeinen (EQ-5D) und speziell für Multiple Sklerose (FAMS) entwickelten Instrumenten erhoben. An der Studie nahmen 87 MS-Patienten mit einem Durchschnittsalter von 41,5 Jahren teil. Die Analyse ergab mittlere jährliche Gesamtkosten pro MS-Patient von 39 900 €. Davon waren 56,5% direkte Kosten, der übrige Anteil wurde durch Arbeitsausfall bzw. Frührente indirekt verursacht. Die indirekten Kosten nahmen mit der Krankheitsschwere zu; der Anteil der Personen, die aufgrund der MS-Erkrankung nicht berufstätig waren lag bei 46%. Der Beschäftigungstatus korrelierte linear mit dem EDSS-Wert. Pro Jahr und Patient fielen durchschnittlich 22 536 € direkte Kosten an, davon waren 14 319 € Medikamentenausgaben. Der zweitgrößte direkte Kostenfaktor waren mit 3 530 € Krankenhausaufenthalte. Bei den direkten Kosten war der Zusammenhang zwischen Krankheitsschwere und Kosten nicht so eindeutig, da die Medikamentenkosten, die den größten Anteil an den direkten Kosten darstellten, mit zunehmender Krankheitsschwere abnahmen. Die Lebensqualität der Studienteilnehmer nahm, wie erwartet, mit stärkerer Ausprägung der Erkrankung ab. Einen signifikant negativen Einfluss auf die Lebensqualität hatten außerdem Depression, Fatigue, Alter, Krankheitsdauer sowie ein höheres Alter bei Diagnosestellung. Depression und Fatigue besaßen in den univariaten Untersuchungen die höchste Korrelation zur Lebensqualität. Untereinander standen diese beiden Aspekte in starkem Zusammenhang. Multiple Sklerose stellt für die Betroffenen, aber auch für die Gesellschaft als Ganzes eine hohe Belastung dar. Durch eine optimale und frühe Behandlung kann möglicherweise ein Ausscheiden aus dem Berufsleben verzögert werden. Dadurch könnten indirekte Kosten eingespart werden und eine höhere Lebensqualität erzielt werden. Die hohe psychische Belastung der Erkrankung legt nahe, dass nicht nur eine medizinische sondern auch eine psychotherapeutische Versorgung bei vielen MS- Patienten notwendig ist

Neurale Korrelate affektiver und kognitiver Theory of Mind - eine fMRT-Studie

Theory of Mind (ToM) bezeichnet die Fähigkeit, sich in andere Personen hineinzuversetzen, um deren Überzeugungen oder Wünsche zu erfassen. Die ToM-Fähigkeit ist bei verschiedenen psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen beeinträchtigt, was bei den PatientInnen zu einer Minderung der Lebensqualität führt. ToM wird differenziert in eine affektive und eine kognitive Komponente. Während die affektive ToM eher das Einfühlen in den Gemütszustand anderer Personen bezeichnet, umfassen kognitive ToM-Leistungen das eher rationale Erschließen mentaler Zustände des Gegenübers. In bisherigen Studien wurden affektive ToM-Leistungen mit medialen orbitalen Regionen des Frontalkortex in Verbindung gebracht, wobei kognitive ToM-Leistungen mit dem dorsolateralen präfrontalen Kortex assoziiert wurden. Um die affektive und die kognitive Subkomponente der ToM genauer zu spezifizieren, beschäftigte sich die vorliegende Studie mit folgenden Fragen: Unterscheiden sich die neuralen Korrelate affektiver und kognitiver ToM unter Anwendung der fMRT-Version des Yoni-Para¬digmas (Originalversion von Shamay-Tsoory and Aharon-Peretz, 2007)? Inwiefern sind die Basalganglien in die ToM-Prozessierung involviert? Gibt es auf Verhaltensebene Zusammenhänge zwischen neuropsychologischen Domänen, soziodemografischen Parametern oder Persönlichkeits- und Gesundheitsmaßen und der ToM-Fähigkeit? 30 gesunden RechtshänderInnen (15 Frauen, 15 Männer; mittleres Alter = 25,3 +/- 2,5 Jahre) wurden im MRT (1,5 T, TE = 50 msec, TR = 3000 msec) 60 Items des Yoni-Paradigmas zur Bearbeitung vorgelegt. Von jeder der Kategorien affektive ToM (aff), kognitive ToM (kog) und Kontrollbedingung (phy) wurden jeweils 20 Items gezeigt. Mit vier Tasten wählten die ProbandInnen zwischen den gegebenen Antwortmöglichkeiten. Jedes Item wurde für die Dauer von 6 sec dargeboten. Zwischen den Items erschien als gitter ein Fixationskreuz (im Mittel 3,9 sec). Neben den funktionellen Sequenzen wurde eine T1-gewichtete 3D-Aufnahme des Gehirns angefertigt. Die statistische Auswertung erfolgte mit der Software SPM 5 und 8. Neben einer ausführlichen neuropsychologischen Testung wurden verschiedene validierte Persönlichkeits- und Gesundheitsfragebögen eingesetzt. Als zusätzliche ToM-Tests dienten der Saarbrücker Persönlichkeits-Fragebogen, die Empathie-Skala und der Reading the Mind in the Eyes Test. Die statistische Auswertung erfolgte mittels der Software SPSS, Version 18. Die Kontraste aff über phy und kog über phy zeigten beide Aktivierung in klassischen ToM-Regionen, nämlich im Temporallappen mit Sulcus temporalis superior, im supplementär¬motori¬schen Areal und in parietalen Strukturen jeweils der rechten Hemisphäre. Im Kontrast aff über phy fand sich zusätzlich eine Aktivierung im orbitofrontalen Kortex und in den Basalganglien sowie im Gyrus cinguli und im Gyrus precentralis und frontalis inferior links. Weitere Cluster des Kontrastes aff über phy lagen im rechten parietalen Kortex unter Einschluss des Precuneus und im linken Cerebellum. Im direkten Kontrast aff über kog zeigte sich Aktivierung im temporoparietalen Übergang und im cingulären Kortex der rechten Hemisphäre sowie im linken supplementärmotorischen Areal. Der Kontrast kog über aff brachte keine Voxel mit signifikanter Aktivierung hervor. Im Kontrast aff über phy zeigte sich Aktivierung im Nucleus caudatus und im Pallidum rechts. Die aus der region of interest der Basalganglien extrahierten β-Gewichte korrelierten mit der Skala perspective taking aus dem Saarbrücker Persönlichkeitsfragebogen. Trotz Durchführung einer umfangreichen neuropsychologischen Testbatterie und Einsatz verschiedener Fragebögen wurden nur vereinzelte Korrelationen zwischen der ToM-Fähigkeit und den erhobenen Verhaltensmaßen gefunden. Die dargestellten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die affektive und die kognitive ToM können auf neuraler Ebene mit der fMRT-Version des Yoni-Paradigmas differenziert werden. Die beiden ToM-Teilbereiche scheinen zwar einerseits auf ein gemeinsames Kernnetzwerk an Hirnregionen zurückzugreifen, können andererseits aber auch neuroanatomisch differenziert werden. Die affektive ToM rekrutiert im Vergleich zur kognitiven ToM zusätzliche Regionen. Diese Regionen befinden sich übereinstimmend mit bisherigen Studien vor allem in medialen Anteilen des Frontalhirns. Weiterhin ist in der vorliegenden Studie gezeigt worden, dass die Basalganglien in die Prozessierung affektiver ToM involviert sind. In der Literatur wurden ToM-Defizite bei unterschiedlichen Basalganglienerkrankungen beschrieben. Es ist wahrscheinlich, dass die Basalganglien bei der affektiven ToM eine Rolle spielen, indem sie die für Simulationsprozesse notwendige motorische Komponente beisteuern. Die wenigen gefundenen Korrelationen zwischen der ToM-Fähigkeit und den erhobenen Verhaltensmaßen weisen darauf hin, dass ToM bei gesunden Personen eine von anderen kognitiven Fähigkeiten und Persönlichkeitsmaßen weitgehend unabhängige Domäne darstellt

Effekte des MAP Kinase Inhibitors CNI-1493 auf Amyloid beta behandelte primäre mikrogliäre und neuronale Zellen

Der Morbus Alzheimer (AD) ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung des zentralen Nervensystems, die vor allem ältere Bevölkerungsgruppen betrifft (mit einer Prävalenz von ca. 6% bei den über 65-Jährigen) und schließlich zu schwerer Behinderung führt. Lösliche und unlösliche Aggregate von Amyloid β (Aβ) und Tau-Protein spielen bei der Pathogenese der Erkrankung eine wesentliche Rolle. Sie verursachen zunächst eine Störung der Neuronenfunktion und führen im weiteren Verlauf zur Neurodegeneration. Dabei kommt es in den betroffenen Hirnabschnitten zu einer sekundären Aktivierung glialer Zellen – der sogenannten Neuroinflammation. Diese trägt im weiteren Verlauf zusätzlich zur Neurodegeneration bei. Die vorliegende Arbeit untersucht die Effekte von CNI-1493 auf Aβ-behandelte primäre Neuronen und Mikroglia. CNI-1493 ist ein tetravalentes Guanylhydrazon, das die Phosphorylierung der p38-MAP Kinase inhibiert. Dabei wirkt es entzündungshemmend, indem es unter anderem die Freisetzung von Zytokinen aus Monozyten und Makrophagen inhibiert. CNI-1493 wurde bereits in einem transgenen Alzheimer-Mausmodell getestet, wo es eine Verbesserung kognitiver Leistungen und Abnahme von Aβ-Plaques in den behandelten Tieren bewirkte. An primären neuronalen Mischkulturen, die mit Aβ behandelt wurden, konnte nach Vorbehandlung mit CNI-1493 die Hochregulation des purinergen Nucleotidrezeptors der Klasse P2Y2 (P2Y2R) nachgewiesen werden. Dieser Rezeptor ist inflammationsregulierend. Mehrere Publikationen konnten zeigen, dass vor allem erhöhte IL-1β Spiegel die Expression des P2Y2R induzieren. Seine Aktivierung kann mehrere positive Effekte auf die AD-Pathologie bedeuten. Desweiteren wurde die mikrogliäre Ausschüttung von Zytokinen nach Behandlung von primärer Mikroglia mit Aβ mittels ELISA bestimmt. Eine Behandlung mit CNI-1493 (2,5 µM) führte dabei zu einer Abnahme der Aβ-bedingten proinflammatorischen Zytokine Interleukin 6 (IL-6) und Tumor Nekrose Faktor α (TNF α). Gleichzeitig war ein deutlicher Anstieg des ebenfalls proinflammatorischen Interleukin-1β (IL-1β) zu beobachten. Die durch CNI-1493 bedingte Abnahme von TNF α und IL-6 bei gleichzeitiger Zunahme des IL-1β ist ein bisher nicht beschriebener Effekt. Wir vermuten, dass die von uns zuvor im Mausmodell beschriebenen neuroprotektiven Effekte von CNI-1493 nicht nur auf der Suppression von TNF α und IL-6, sondern auch auf der Induktion der neuroprotektiven Wirkung von IL-1β beruhen. Diese Ergebnisse stehen in einer Reihe mit Publikationen über eine protektive Wirkung von IL-1β im Rahmen der Alzheimer-Pathologie

Humane Autoantikörper bei Prionerkrankungen

Prionerkrankungen sind bislang nicht therapierbare, grundsätzlich tödlich verlaufende Krankheiten, die infektiösen Charakter besitzen. Dabei kommt es zur Fehlfaltung eines physiologisch vorkommenden Proteins, des zellulär exprimierten Prion Proteins PrPC. PrPC wird in eine stabile, unlösliche Form PrPSc gefaltet, welches Aggregate bilden und sich im Gehirn in Form von Prionplaques ablagern kann. Dadurch kommt es zu einem pro¬gressiven Neuronenverlust begleitet von einer profunden Mikrogliaaktivierung und ei¬ner Vakuolisierung der Hirnmasse. Studien in Zellkulturen und im Mausmodell haben ge¬zeigt, dass Immunisierungsstrategien als potentielle Therapien bei Prionerkrankun¬gen in Betracht gezogen werden können. Natürlich vorkommende Autoantikörper (nAbs) wurden schon bei der Alzheimer- und Parkinson-Erkrankung nachge¬wie¬sen und auf ihre Wirksamkeit untersucht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Wirkweise von Prion-spezifischen nAbs (nAbs-PrP) in vitro bei Prion¬erkran¬kungen. Wir konnten erstmalig nAbs-PrP gegen das Prionproteinfragment PrP106-126 A117V im Serum und CSF gesunder Probanden detektieren. Darüber hinaus konnten nAbs-PrP aus ei¬nem kommerziell erwerblichen Pool intravenöser Immunglobuline (IVIg) mit-tels Affini¬täts¬chromatographie isoliert werden. Der Nachweis von nAbs-PrP in huma-nem Serum und CSF von gesunden Spendern impliziert eine physiologische Rolle von nAbs-PrP bei der Kon¬ver¬¬sion von PrPC zu PrPSc. Tatsächlich konnte in der vor¬lie-genden Arbeit ge¬zeigt werden, dass nAbs-PrP die Fibrillenbildung des Peptids PrP106-126 A117V konzen¬tra¬tions¬abhängig inhibieren. Auch die toxische Wirkung des Peptides auf Neu¬rone konnte durch nAbs-PrP gehemmt werden, was vermutlich mit dem hemmen¬den Einfluss auf die Fibrillenbildung einhergeht. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass nAbs-PrP ver¬¬mutlich eine bedeutende Rolle bei der Mikroglia-vermittelten Prion-„Clearance“ spielen. Eine Behandlung der Mikrogliazellen mit nAbs-PrP führte zu einer ver¬¬stärkten Pha¬gozytose von PrP106-126 A117V, die weder in einer Induktion pro-in¬flamma¬tori¬scher Zytokine noch in einer Einschränkung der Zellvitalität resultierte. Durch den Ein¬satz verschiedener Phagozytose-Inhibitoren konnte gezeigt werden, dass wahr¬schein¬lich zwei unterschiedliche Mechanismen für die Phagozytose von fi-brilliertem Prion¬pep¬tid einerseits und für die nAbs-PrP-vermittelte Prionaufnahme anderer¬seits ver¬ant¬wort¬lich sind. Zusammenfassend konnte in vitro gezeigt werden, dass nAbs-PrP in die patholo¬gi¬schen Prozesse der Prionkonversion und -toxizität eingreifen können. nAbs-PrP lösten dabei keine inflammatorische Reaktion in Mikrogliazellen aus, sondern wirkten fördernd auf die „Clearance“ von fibrillierten Prionpeptiden. Diese Ergebnisse legen nahe, den Effekt von nAbs-PrP auf den Krankheitsverlauf in vivo zu untersuchen

Bewegungskontrolle der Handmotorik bei Patienten mit Asperger Autismus

Einleitung: Patienten, die an einer Autismus-Spektrum-Störung leiden, weisen häufig motorische Defizite unterschiedlichen Ausmaßes auf. Es ist unklar, welche Pathophysiologie und welche Hirnsysteme für diese Bewegungsstörungen verantwortlich sind. Post-mortem Untersuchungen, strukturelle und funktionelle Bildgebungsstudien sowie behaviorale Studien bei Autisten ergaben Hinweise, dass das Kleinhirn dieser Patienten Veränderungen aufweist, welche einen Beitrag zu den beschriebenen Bewegungsstörungen leisten könnten. Eine prädiktive Bewegungskontrolle basiert vermutlich auf sogenannten internen Modellen, die sowohl dynamische Wirkungen eigener Bewegungen als auch Objekteigenschaften sowie die daraus resultierenden sensorischen Feedbackinformationen vorhersehen und in die prädiktiven motorischen Befehle integrieren. Es bestehen Hinweise, dass Regionen des Kleinhirns hirnanatomisches Korrelat solcher interner Modelle darstellen. In dieser Studie wurden motorische Funktionen von Asperger-Patienten auf prädiktive Kontrollmechanismen und Bewegungskoordination anhand einer Reihe von Experimenten untersucht. Methoden: Es wurden die motorischen Leistungen von 11 Patienten mit Asperger-Autismus im Vergleich zu 11 gesunden Kontrollpersonen getestet. Die Gruppen waren alters-, geschlechts- und intelligenzangepasst, alle Teilnehmer waren rechtshändig. In Versuch 1 wurde die Platzierungsaufgabe des Purdue Pegboard Tests durchgeführt. Dabei mussten kleine Metallstifte in untereinander angeordnete, vorgestanzte Löcher schnellstmöglich in einer vorgegebenen Zeit gesteckt werden. Auf diese Weise konnten wir die Feinmotorik und Hand-Auge-Koordination untersuchen und zugleich erhebliche motorische Defizite ausschließen. In Versuch 2 untersuchten wir die prädiktive Bewegungskontrolle anhand der Kopplung von Griff- und Lastkraft beim Anheben eines Objektes. Die Probanden mussten ein Testobjekt greifen und anheben, welches einen Griffkraft- und einen Bewegungssensor beinhaltete. In einer weiteren Versuchsanordnung ließen die Teilnehmer ein Gewicht in ein Behältnis fallen, welches an das mit der kontralateralen Hand gehaltene Testobjekt angebracht war. Dadurch konnte ein prädiktiver Anstieg der Griffkraft untersucht werden. In Versuch 3 griffen die Teilnehmer einen Würfel zwischen Zeigefinger und Daumen. Eine Greifbewegung besteht aus zwei Komponenten: dem Handtransport und der Griffformation. Es wurden mehrere Parameter berechnet, die das örtliche und zeitliche Zusammenspiel der beiden Komponenten beschreiben. Die Greifbewegungen wurden dreidimensional mit einem Bewegungsanalysesystem aufgezeichnet. Ergebnisse: Im Purdue Pegboard Test zeigten Patienten signifikant geringere Werte als Gesunde, insbesondere mit der linken Hand. Die Defizite entsprachen jedoch nicht einer funktionellen motorischen Störung. In den Hebeversuchen wiesen Patienten eine signifikant schlechtere zeitliche Koordination zwischen Griff- und Lastkraftanstieg auf. Im Versuch zur selbstgenerierten Gewichtspertubation konnten beide Gruppen einen prädiktiven Anstieg der Griffkraft entwickeln. Patienten zeigten jedoch eine signifikant höhere Ausgangsgriffkraft und eine geringere absolute Griffkraftzunahme vor Gewichtseinschlag. In den Greifversuchen wählten Patienten eine wesentlich flachere und geradere Annäherung an das Objekt als gesunde Kontrollen. Patienten wiesen zudem eine signifikant kleinere Fingeröffnung und Fingeröffnungsgeschwindigkeit auf. Die Geschwindigkeit des Handtransports war in der Patientengruppe im Mittel deutlich langsamer als in der Kontrollgruppe. Die zeitliche Kopplung zwischen Handtransport und Griffformation unterschied sich zwischen den Gruppen jedoch kaum. Diskussion: In unseren Versuchen offenbarten wir mehrere signifikante Unterschiede der motorischen Leistungen und des motorischen Verhaltens zwischen Asperger- Patienten und gesunden Kontrollpersonen. Dies lässt eine gestörte prädiktive Bewegungskontrolle und eine zerebelläre Störung bei Asperger-Autismus annehmen. Insbesondere zeigten wir, dass Patienten eine veränderte Kopplung zwischen Griff- und Lastkraft beim Heben eines Objekts aufwiesen. Des Weiteren könnte die veränderte Handbewegungskurve in den Greifversuchen aus einem gestörten temporospatialen Zusammenspiel von proximalen und distalen Muskelgruppen resultieren und eine veränderte zerebelläre Verarbeitung von Vorwärtsmodellen widerspiegeln. Die langsamere Handbewegungsgeschwindigkeit der Patienten in den Greifversuchen korrelierte mit deren Leistungen im Purdue Pegboard Test. Wir nehmen an, dass diese Verlangsamung kompensatorisch ist, um eine gestörte Verarbeitung von internen Modellen und deren Integration in die prädiktive Bewegungskontrolle auszugleichen

Die Effekte des α7-nikotinergen Acetylcholin-Agonisten PNU-282987 und des nikotinergen Acetylcholin-Antagonisten Mecamylamin auf Neuroinflammation und Neurodegeneration im akuten MPTP-Mausmodell des Morbus Parkinson

Das idiopathische Parkinson-Syndrom (IPS) zählt zu den häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen. Es ist pathogenetisch durch die Degeneration dopaminerger Neurone und eine begleitende Neuroinflammation in der Substantia nigra pars compacta (SNpc) gekennzeichnet. Die Ätiologie der Erkrankung ist trotz intensiver Forschung unbekannt. Ein kausaler Therapieansatz konnte bisher nicht gefunden werden. Zunehmend gibt es Evidenz dafür, dass die durch aktivierte Mikroglia ausgelöste Neuroinflammation in der SNpc nicht nur Folge der dopaminergen Degeneration ist, sondern selbst zum Zelluntergang beiträgt. Bei Schädigung dopaminerger Neurone in der SNpc kommt es zur Mikroglia-Aktivierung. Aktivierte Mikroglia sezernieren eine Reihe pro-inflammatorischer und potentiell neurotoxischer Faktoren, darunter die Zytokine IL-1β, IL-6 und TNF-α, die wiederum dopaminerge Neurone schädigen können. Dieser Circulus vitiosus – auch als reaktive Mikrogliose bezeichnet – beschreibt eine sich selbst aufrechterhaltende Neurotoxizität, die zu einer fortschreitenden Neurodegeneration führt. Bei schweren Infektionen hat der Körper die Möglichkeit, das Ausmaß der Inflammation über den inflammatorischen Reflex des autonomen Nervensystems zu regulieren. Dessen efferenter Arm wird als cholinerger anti-inflammatorischer Signalweg bezeichnet. Wichtiger Bestandteil dieses Signalwegs ist der α7-nikotinerge Acetylcholin (α7-nACh)-Rezeptor, der auf Immunzellen wie Mikroglia exprimiert wird. Seine Aktivierung führt u.a. zu einer Hemmung der NFκB-Translokation in den Zellkern, zur Aktivierung des Jak2/STAT3-Signalwegs und in der Folge zu einer verminderten Produktion pro-inflammatorischer Zytokine. In experimentellen Modellen verschiedener entzündlicher Erkrankungen konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung dieses Signalwegs die Inflammation eindämmen und das Überleben verbessern kann. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob die Neuroinflammation in der SNpc über diesen Signalweg beeinflussbar ist und ob dies einen möglichen Therapieansatz des IPS darstellen könnte. Anhand des akuten MPTP-Mausmodells wurden die Effekte des selektiven α7-nACh-Agonisten PNU-282987 und des nACh-Antagonisten Mecamylamin auf Neuroinflammation und dopaminerge Neurodegeneration untersucht. Das MPTP-Mausmodell ist das am häufigsten verwendete Tiermodell der Parkinson-Erkrankung. MPTP ist ein Neurotoxin, das selektiv dopaminerge Neurone in der SNpc zerstört und zum Parkinson-Syndrom führt. Die relativ hohe Dosierung der hier angewandten akuten MPTP-Intoxikation (4x 20mg/kg Körpergewicht intraperitoneal im Abstand von 2 Stunden) führt zudem zu einer ausgeprägten Neuroinflammation. Um das Ausmaß der Neuroinflammation zu beurteilen, wurden die striatalen Konzentrationen der pro-inflammatorischen Zytokine IL-1β, IL-6 und TNF-α sowie des anti-inflammatorischen Zytokins IL-10 mittels ELISA bestimmt. Die Anzahl aktivierter Mikroglia in der SNpc wurde immunhistochemisch erfasst. Die Auswirkungen der Behandlung auf die dopaminerge Neurodegeneration wurden anhand der Anzahl immunhistochemisch nachgewiesener dopaminerger Neurone in der SNpc untersucht. Zudem wurden die striatalen Konzentrationen von Dopamin, 3,4-Dihydroxyphenylessigsäure (DOPAC) und Homovanillinsäure ebenso wie der Dopamin-Umsatz bestimmt. Mögliche Auswirkungen auf das motorische Verhalten der Tiere sollten mit Hilfe des Rotarod-Tests erfasst werden. Die Behandlung mit PNU-282987 hat die Neuroinflammation in der SNpc im akuten MPTP-Mausmodell abgeschwächt, indem es die Mikroglia-Aktivierung vermindert und den MPTP-induzierten Konzentrationsanstieg von IL-1β und TNF-α reduziert hat. PNU-282987 konnte darüber hinaus den MPTP-bedingten dopaminergen Zelluntergang in der SNpc sowie den striatalen Dopaminmangel reduzieren. Auch die Konzentration von DOPAC wurde erhöht. Die neuroprotektive Wirkung von PNU-282987 ist wahrscheinlich auf sein anti-inflammatorisches Potential zurückzuführen. Allerdings ist nicht auszuschließen, dass PNU-282987 auch über eine Modulation der Neurotransmitter-Freisetzung gewirkt haben könnte. Immerhin findet sich der α7-nACh-Rezeptor auch auf präsynaptischen Neuronen im Striatum, wo er als ligandengesteuerter Calciumkanal fungiert. Die Gabe des nACh-Antagonisten Mecamylamin führte wider Erwarten ebenfalls zu einer reduzierten Neuroinflammation. Allerdings wirkte Mecamylamin nicht neuroprotektiv, was möglicherweise auf seine Eigenschaften als unselektiver Antagonist an nACh-Rezeptoren zurückzuführen ist. Die Ergebnisse dieser Studie bekräftigen die Annahme, dass ein zentraler cholinerger anti-inflammatorischer Signalweg existiert, und demonstrieren das therapeutische Potential einer Aktivierung des α7-nACh-Rezeptors in der Behandlung des IPS

Physiologische und diagnostische Relevanz der N-Glykosylierung natürlich vorkommender Autoantikörper gegen das Beta-Amyloid Peptid bei der Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit als häufigste neurodegenerative Erkrankung ist ätiopathologisch un-ter anderem durch die Störung der metabolischen Homöostase des Peptids Beta-Amyloid (Aβ42) gekennzeichnet. Interessanterweise finden sich im immunologischen Repertoire des Menschen natürlich vorkommende Autoantikörper wieder, welche eine Aβ42-Reaktivität auf-weisen (nAbs-Aβ42). Ihre Existenz deutet einen die Aβ42-Proteostase betreffenden, regulatori-schen und somit protektiven Mechanismus an, für den die quantitativen und qualitativen Ei-genschaften der Autoantikörper mutmaßlich von entscheidender Bedeutung sind. Die N-Gly-kosylierung als ein prinzipiell entscheidendes qualitatives Attribut von Immunglobulinen, be-einflusst unter anderem deren funktionelle Eigenschaften und könnte auch für die physiolo-gische und somit protektive Funktion der nAbs-Aβ42 von Relevanz sein. Gleichzeitig könnten potentielle Veränderungen der nAbs-Aβ42 Glykosylierung einen entscheidenden Faktor der Pa-thologie darstellen, wodurch sie als diagnostischer Marker zur Identifikation von Alzheimer-Patienten in Frage kommen könnten. Beide Leitgedanken wurden in der vorliegenden Arbeit verfolgt. Für die nAbs konnte zum ei-nen der protektive Effekt auf die Aβ42-Pathologie nachgewiesen und zum anderen eine Ab-hängigkeit dieser physiologischen Wirkung von einer intakten N-Glykosylierung aufgezeigt werden. Diese Resultate liefern zudem wichtige Erkenntnisse für zukünftige therapeutische Strategien auf Basis Aβ42-spezifischer Antikörper, indem sie das Muster und die Komposition der N-Glykane als entscheidende Kriterien für einen wirkungsvollen und nebenwirkungsarmen Ansatz andeuten. Mithilfe der Glykoengineering-Technologie könnten darüber hinaus auch immunologische Prozesse spezifisch moduliert werden, um pathologischen Änderungen der nAbs-Aβ42 Glykosylierung entgegenzuwirken. Tatsächlich waren solche im Rahmen einer Ko-hortenstudie am Fc-Fragment der Autoantikörper von Alzheimer-Patienten nachzuweisen. Auf deren Basis konnte ein generalisiertes lineares Vorhersagemodell entwickelt werden, wel-ches die Zuordnung der Patienten und Probanden mit einer Sensitivität von 95 % und Spezifi-tät von 100 % ermöglichte. Die nAbs-Aβ42 Fc N-Glykosylierung sollte somit als zukünftiger Bio-marker in Betracht gezogen werden, den es gilt, in einer Validierungskohorte zu verifizieren