Attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD), one of the most frequent childhood-onset, chronic and lifelong neurodevelopmental diseases, affects 5 - 10% of school – aged children and adolescents, and 4% of adults. The classified basic symptoms are - according to the diagnostic system DSM-VI - inattentiveness, impulsivity and hyperactivity. Also daily life of patients is impaired by learning problems, relationship crises, conflicts with authority and unemployment, but also comorbidities like sleep - and eating problems, mood - and anxiety disorders, depression and substance abuse disorders are frequently observed. Although several twin and family studies have suggested heritability of ADHD, the likely involvement of multiple genes and environmental factors has hampered the elucidation of its etiology and pathogenesis. Due to the successful medication of ADHD with dopaminergic drugs like methylphenidate, up to now, the search for candidate genes has mainly focused on the dopaminergic and - because of strong interactions - the serotonergic system, including the already analyzed candidate genes DAT1, DRD4 and 5, DBH or 5-HTTLPR. Recently, DNA copy number changes have been implicated in the development of a number of neurodevelopmental diseases and the analysis of chromosomal gains and losses by Array Comparative Genomic Hybridization (Array CGH) has turned out a successful strategy to identify disease associated genes. Here we present the first systematic screen for chromosomal imbalances in ADHD using sub-megabase resolution Array CGH. To detect micro-deletions and -duplications which may play a role in the pathogenesis of ADHD, we carried out a genome-wide screen for copy number variations (CNVs) in a cohort of 99 children and adolescents with severe ADHD. Using high-resolution aCGH, a total of 17 potentially syndrome-associated CNVs were identified. The aberrations comprise four deletions and 13 duplications with approximate sizes ranging from 110 kb to 3 Mb. Two CNVs occurred de novo and nine were inherited from a parent with ADHD, whereas five are transmitted by an unaffected parent. Candidates include genes expressing acetylcholine-metabolising butyrylcholinesterase (BCHE), contained in a de novo chromosome 3q26.1 deletion, and a brain-specific pleckstrin homology domain-containing protein (PLEKHB1), with an established function in primary sensory neurons, in two siblings carrying a 11q13.4 duplication inherited from their affected mother. Other genes potentially influencing ADHD-related psychopathology and involved in aberrations inherited from affected parents are the genes for the mitochondrial NADH dehydrogenase 1 alpha subcomplex assembly factor 2 (NDUFAF2), the brain-specific phosphodiesterase 4D isoform 6 (PDE4D6), and the neuronal glucose transporter 3 (SLC2A3). The gene encoding neuropeptide Y (NPY) was included in a ~3 Mb duplication on chromosome 7p15.2-15.3, and investigation of additional family members showed a nominally significant association of this 7p15 duplication with increased NPY plasma concentrations (empirical FBAT, p = 0.023). Lower activation of the left ventral striatum and left posterior insula during anticipation of large rewards or losses elicited by fMRI links gene dose-dependent increases in NPY to reward and emotion processing in duplication carriers. Additionally, further candidate genes were examined via Matrix assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). This method enables the analysis of SNPs directly from human genomic DNA without the need for initial target amplification by PCR. All these findings implicate CNVs of behavior-related genes in the pathogenesis of ADHD and are consistent with the notion that both frequent and rare variants influence the development of this common multifactorial syndrome. The second part of this work concentrates on MLC1, a gene associated with Megalencephalic leukoencephalopathy with subcortical cysts, located on chromosome 22q13.33. To get more insight in the disease itself, a targeting vector for a conditional knockout mouse was constructed using homologous recombination. Furthermore, MLC1 has been suggested as a risk gene for schizophrenia, especially the periodic catatonia subtype. An initially identified missense mutation was found to be extremely rare in other patient cohorts; however, a recent report again argued for an association of two intronic MLC1 SNPs with schizophrenia and bipolar disorder. A case-control study of these polymorphisms as well as SNPs in the transcriptional control region of MLC1 was conducted in 212 chronic schizophrenic patients, 56 of which suffered from periodic catatonia, 106 bipolar patients, and 284 controls. Both intronic and promoter polymorphisms were specifically and significantly associated with periodic catatonia but not schizophrenia or bipolar disorder in general. A haplotype constructed from all polymorphisms was also associated with periodic catatonia. The MLC1 variation is associated with periodic catatonia; whether it constitutes a susceptibility or a modifier gene has to be determined. / Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) ist eine bereits im Kindesalter beginnende, chronische und lebenslängliche psychische Krankheit, die zu 5 - 10% Kinder und Jugendliche sowie zu 4% Erwachsene betrifft. Die klassifizierten Grundsyndrome sind laut dem diagnostischen System DSM-IV Unaufmerksamkeit, Impulsivität und Hyperaktivität. Auch der Alltag der Patienten ist aufgrund von Lernschwierigkeiten, Konflikten in der Beziehung, Autoritätsproblemen und Arbeitslosigkeit beeinträchtigt. Zudem werden häufig Komorbiditäten wie Schlaf- und Essprobleme, Stimmungs- und Angsterkrankungen, Depressionen sowie Alkohol- und Drogenmissbrauch beobachtet. Obwohl Zwillings- und Familienstudien auf die Vererbbarkeit von ADHS hinweisen, erschweren mehrere Gene und Umweltfaktoren die Aufklärung der Ätiologie und Pathogenese. Aufgrund der erfolgreichen Behandlung von ADHS mit dopaminergen Medikamenten wie Methylphenidat liegt der Fokus bei der Suche nach neuen Kandidatengenen hauptsächlich beim dopaminergen und, aufgrund der starken Interaktionen, beim serotonergen System, einschließlich der bereits analysierten Gene DAT1, DRD4 und 5, DBH oder 5-HTTLPR. Copy Number Changes sind in die Entstehung einer Vielzahl von Krankheiten mit einer Störung der Entwicklung des zentralen Nervensystems impliziert. Die Analyse von chromosomalen Deletionen oder Duplikationen durch Array Comparative Genomic Hybridization (Array CGH) hat sich als eine erfolgreiche Strategie herausgestellt, um krankheitsassoziierte Gene zu identifizieren. Diese Arbeit ist der erste systematische Screen für den Nachweis von chromosomalem Ungleichgewicht bei ADHS mit Hilfe von Array CGH. Um Mikrodeletionen und -duplikationen zu entdecken, die in der Pathogenese von ADHS eine Rolle spielen könnten, haben wir einen genomweiten Screen für Copy Number Variations (CNVs) an einer Gruppe mit 99 an ADHS erkrankten Kindern und Jugendlichen durchgeführt. Durch Hochauflösungs-Array CGH wurden insgesamt 17 potentielle Syndrom assoziierte CNVs identifiziert. Diese Aberrationen beinhalten vier Deletionen und 13 Duplikationen mit einer Größe von etwa 100 kb bis zu 3 Mb. Zwei CNVs sind de novo, neun wurden von einem ebenfalls an ADHS erkrankten Elternteil vererbt und fünf von einem nicht betroffenen Elter übertragen. Kandidatengene sind u. a. die Acetylcholin metabolisierende Butyrylcholonesterase (BCHE), welche de novo in einer Deletion auf Chromosom 3q26.1 auftritt, und das Gehirn spezifische Pleckstrin homology domain-containing Protein (PLEKHB1) mit einer bekannten Funktion in den primären sensorische Neuronen, welches von der an ADHS erkrankten Mutter an zwei Geschwister in einer 11q13.4 Duplikation vererbt wurde. Weitere Gene, die möglicherweise die Psychopathologie von ADHS beeinflussen und von einem betroffenen Elternteil in einer Aberration vererbt wurden, sind die Gene für die mitrochondriale NADH Dehydrogenase 1 Alpha Subcomplex Assembly Factor 2 (NDUFAF2), die Gehirn spezifische Phosphodiesterase 4D Isoform 6 (PDE4D6) und der neuronale Glukosetransporter 2 (SLC2A3). Das Gen, welches Neuropeptid Y (NPY) codiert, wurde in einer ~3 Mb großen Duplikation auf Chromosom 7p15.2-15.3 gefunden. Eine Untersuchung zusätzlicher Familienmitglieder zeigte eine nominell signifikante Assoziation dieser 7q15 Duplikation mit einer gesteigerten NPY Plasmakonzentration (empirischer FBAT, p = 0.023). Zusätzlich wurden weitere Kandidatengene durch Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation-Massenspektrometrie (MALDI-TOF MS) untersucht. Diese Methode ermöglicht die Analyse von SNPs direkt von der humanen genomischen DNS ohne vorherige Target Amplifikation durch PCR. All diese Ergebnisse schließen CNVs von verhaltensverbundenen Genen in die Pathogenese von ADHS mit ein und stimmen außerdem mit der These überein, dass sowohl häufige wie auch seltene Variationen die Entwicklung dieses häufig auftretenden, multifaktoriellen Syndroms beeinflussen. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Gen MLC1, das mit „Megalenzephaler Leukoenzephalopathie mit subkortikalen Cysten“ assoziiert und auf Chromosom 22q13.33 lokalisiert ist. Um mehr Einblick in diese Krankheit zu erlangen wurde ein spezieller Zielvektor für eine konditionale Knockout Maus durch homologe Rekombination erstellt. Zusätzlich wird angenommen, dass MLC1 ein Risikogen für Schizophrenie sein könnte, v. a. für den periodisch katatonischen Subtyp. Eine früher identifizierte Missense Mutation wurde extrem selten in anderen Patientenkohorten gefunden. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht hingegen plädiert für eine Assoziation von zwei intronischen MLC1 SNPs mit Schizophrenie und manisch-depressiver Erkrankung. Eine Fall-Kontroll-Studie über diese Polymorphismen sowie über die SNPs der transkriptionalen Kontroll-Region von MLC1 wurde an 212 chronischen Schizophrenie-Patienten durchgeführt, von denen 56 an periodischer Katatonie leiden und 106 manisch-depressiv waren, sowie an 284 Kontrollen. Sowohl die intronischen Polymorphismen als auch die der Promotorregion waren spezifisch und signifikant mit periodischer Katatonie assoziiert, allerdings nicht mit Schizophrenie oder manisch-depressiver Erkrankung im Allgemeinen. Ein Haplotyp aus allen Polymorphismen konnte ebenfalls mit periodischer Katatonie assoziiert werden. Diese MLC1 Variation scheint somit mit periodischer Katatonie verknüpft zu sein. Ob es ein Suszeptibilitäts- oder ein Modifikatorgen darstellt, muss allerdings noch genauer bestimmt werden.

Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a genetically complex childhood onset neurodevelopmental disorder which is highly persistent into adulthood. Several chromo-somal regions associated with this disorder were identified previously in genome-wide linkage scans, association (GWA) and copy number variation (CNV) studies. In this work the results of case-control and family-based association studies using a can-didate gene approach are presented. For this purpose, possible candidate genes for ADHD have been finemapped using mass array-based SNP genotyping. The genes KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 have been found to be associated with ADHD and, in addition, with cluster B and cluster C personality disorders (PD) which are known to be related to ADHD. Most of the associations found in this work would not withstand correction for multiple testing. However, a replication in several independent populations has been achieved and in conjunction with previous evidence from linkage, GWA and CNV studies, it is assumed that there are true associations between those genes and ADHD. Further investigation of DIRAS2 by quantitative real-time PCR (qPCR) revealed expression in the hippocampus, cerebral cortex and cerebellum of the human brain and a significant increase in Diras2 expression in the mouse brain during early development. In situ hybrid-izations on murine brain slices confirmed the results gained by qPCR in the human brain. Moreover, Diras2 is expressed in the basolateral amygdala, structures of the olfactory system and several other brain regions which have been implicated in the psychopatholo-gy of ADHD. In conclusion, the results of this work provide further support to the existence of a strong genetic component in the pathophysiology of ADHD and related disorders. KCNIP4, CDH13 and DIRAS2 are promising candidates and need to be further examined to get more knowledge about the neurobiological basis of this common disease. This knowledge is essential for understanding the molecular mechanisms underlying the emergence of this disorder and for the development of new treatment strategies. / Bei Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) handelt es sich um eine ge-netisch komplexe neuronale Entwicklungsstörung, die im Kindesalter einsetzt und eine hohe Persistenz ins Erwachsenenalter aufweist. Mehrere chromosomale Regionen zeigten eine Assoziation mit dieser Erkrankung in genomweiten Kopplungsanalysen, Assoziations- (GWA) und Copie Number Variation (CNV) Studien. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse von Fall-Kontroll- und Familien-basierten Assozia-tionsstudien, basierend auf der Annahme bestimmter Kandidatengene, vorgestellt. Die möglichen Kandidatengene wurden mit Hilfe eines massenspektrometrischen Verfahrens für SNP Genotypisierungen untersucht. Für die Gene KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 konnte eine Assoziation mit ADHS und zudem mit Persönlichkeitsstörungen gefunden werden. Die meisten der in dieser Arbeit berichteten Assoziationen würden einer Korrektur für multiples Testen nicht standhalten. Dennoch kann von einer tatsächlichen Assoziation dieser Gene mit ADHS ausgegangen werden da eine Replikation in verschiedenen unab-hängigen Stichproben stattgefunden hat und zudem vorangegangene Kopplungsanalysen, GWA und CNV Studien auf eine Assoziation hindeuten. Die weitere Untersuchung des DIRAS2 Gens mit Hilfe von quantitativer real-time PCR (qPCR) ergab eine Expression des Gens im Hippocampus, dem zerebralen Kortex und dem Kleinhirn des Menschen. Zudem wurde ein signifikanter Anstieg der Diras2 Expression im murinen Gehirn während der frühen Entwicklungsstadien beobachtet. In situ Hybridisie-rungen auf Maushirnschnitten bestätigten die Ergebnisse der qPCR im menschlichen Ge-hirn. Außerdem wird Diras2 in der basolateralen Amygdala, in Komponenten des olfakto-rischen Systems und in mehreren anderen Hirnarealen, die vermutlich an der Pathologie von ADHS beteiligt sind, exprimiert. Zusammenfassend untermauern die Ergebnisse dieser Arbeit die Tatsache dass eine star-ke genetische Komponente an der Entstehung von ADHS beteiligt ist. KCNIP4, CDH13 und DIRAS2 sind vielversprechende Kandidatengene und sollten weiter untersucht werden um nähere Einblicke in die Neurobiologie dieser häufigen Erkrankung zu erhalten. Das dadurch erlangte Wissen ist notwendig um die molekularen Mechanismen die ADHS zu-grunde liegen zu verstehen und um neue Behandlungsstrategien entwickeln zu können.

Dysfunktionen des serotonergen Neurotransmittersystems, innerhalb dessen die allelischen Variationen des 5-HTTLPR-Polymorphismus wiederum einen zentrale Rolle einnehmen, werden für die Genese verschiedener psychischer Erkrankungen diskutiert. Untersucht wurde die Interaktion zwischen der allelischen Variationen des 5-HTTLPR-Polymorphismus und Lebensereignissen, die mit Hilfe des Life History Calendar von Caspi bei 123 aADHS-Patienten erfasst wurden. Die Teilnehmer wurden über Lebenserfahrungen bis zu ihrem 21. Lebensjahr genau befragt, die so in additiver Wertung in den Life-Event-Effekt einflossen. Zudem wurden mit Hilfe der Persönlichkeitstests TPQ und NEO-PI-R Punktescores erhoben. Eine Marker*Life Event-Interaktion wurde nachgewiesen. Bei aAHDS-Patienten, die die homozygot lange Variante des 5-HTTLPR-Polymorphismus tragen, ist eine höhere Zahl an erlebten Life Events mit einem größerem Risiko assoziiert, eine Cluster-B-Persönlichkeitsstörung zu entwickeln. Eine geringere Anzahl an Life Events ist assoziiert mit einem geringerem Risiko für Persönlichkeitsstörungen. / Dysfunctions of the serotonergic neurotransmitter system are discussed in the etiology of various mental diseases. We investigated the interaction between the allelic variation of the 5-HTTLPR polymorphism and life events that were assessed with the aid of a life history calendar at 123 adult ADHD-patients. The participants were questioned about life events up to the age of 21. Moreover personality dimensions were assessed by Tridimensional Personality Questionnaire (TPQ) and NEO-Personality Inventory. A marker * Life Event interaction was detected. In aADHD-patients who carry the homozygous long variant of the 5-HTTLPR polymorphism, a higher number of experienced life events is associated with an increased risk of cluster B personality disorder, smaller number of life events is associated with a lower risk of cluster B personality disorders.

Eine wesentliche Rolle hinsichtlich der Pathophysiologie der ADHS scheint der komplexe Prozess der Signaltransduktion an der neuronalen Synapse innezuhaben. Dieser wird bewerkstelligt durch ein komplexes Zusammenspiel sogenannter SNARE-Proteine, unter anderem dem synaptosomal-assoziiertem Protein SNAP-25. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung potentiell-funktioneller Varianten des Kandidatengens SNAP-25 auf eine Assoziation mit der ADHS in einer deutschen Stichprobe. Bei den untersuchten Single-Nukleotid-Polymorphsimen handelt es sich dabei um SNP rs6077690 im Promotorbereich und SNP rs363006 in Intron 8 des Kandidatengens SNAP-25, deren Assoziation mit der ADHS in der Fachliteratur beschrieben ist. Desweiteren wurde ein bis lang nicht untersuchter SNP,rs6039769 in diese Studie miteinbezogen. / This family based study was applied to detect preferential transmission of genetic variants of the candidate gene SNAP-25 in ADHD. As neurotransmission has been suggested to be a crucial factor in the pathophysiology of ADHD, genes encoding for synaptic proteins are supposed to be involved. One of the core proteins of this so called "SNARE-complex" is the synaptosomal-associated protein SNAP-25. According to meta-analyses it is one of the most validated candidate genes in ADHD. This study investigated the association of genetic variants of SNAP25, located in the putative promoter region SNP ( rs6077690 )of SNAP25 and a SNP ( rs363006 ) in intron 8, previously reported to be associated with ADHD. Furthermore another SNP( rs6039769 ), also located in the core promotor region, was checked for association with ADHD.

MPH wird seit über 50 Jahren zur Therapie des ADHS eingesetzt. Gerade in den letzten Jahren wurde deutlich, dass der Einsatz ohne fundierte Kenntnis über mögliche Langzeit-effekte erfolgte, da zum Zeitpunkt der Zulassung aufgrund der begrenzten technischen Möglichkeiten weniger strenge und weniger umfassende Einschränkungen beachtet wer-den mussten (Walitza, Werner et al. 2007). Da in den letzten Jahren die Anzahl der verschrieben Tagesdosen MPH sprunghaft anstiegen, ist es wichtig, auch die langfristigen Nebenwirkungen von MPH zu untersuchen (Janhsen 2007). Eine Studie von El-Zein et al. von 2005 brachte die Frage auf, ob MPH eventuell Genomschäden hervorrufe. Bei 11 von 12 untersuchten Kindern wurde unter der Therapie mit MPH um das 2,4fache erhöhte Mikrokernfrequenzen gefunden (El-Zein, Abdel-Rahman et al. 2005). Dies beunruhig-te vor allem im Hinblick auf das mit erhöhten Mikrokernfrequenzen korrelierte erhöhte Karzinomrisiko. Eine daraufhin von Walitza et al. durchgeführte Studie, die ebenfalls Mikrokernfrequenzen in peripheren Blutzellen untersuchte (Walitza, Werner et al. 2007), konnte keine Hinweise auf eine Genomschädigung durch MPH erbringen. Zahlreiche weitere Untersuchungen zur potentiellen Genomschädigung durch MPH konnten die Ergebnisse durch in vivo- oder in vitro-Studien nicht bestätigen und kritisierten die ge-ringe Stichprobengröße sowie mangelnde Transparenz der Arbeit von El-Zein (Preston, Kollins et al. 2005; El-Zein, Hay et al. 2006; Holtmann, Kaina et al. 2006; Suter, Martus et al. 2006). Da jedoch keine weitere Studie sich konkret mit zytogenetischen Effekten in peripheren Blutzellen befasste, soll die vorliegende Arbeit dazu dienen, den Verdacht einer Genomschädigung endgültig auszuräumen (Walitza, Kampf et al. 2009). Dazu wurde eine größere Gruppe von Kindern eingeschlossen, sowie Untersuchungen zu verschiedenen Zeitpunkten während der MPH-Einnahme, bis hin zu Untersuchungen nach einem Zeitraum von 12 Monaten der MPH- Einnahme, durchgeführt. Mit Hilfe eines Mikrokerntestes wurden in der vorliegenden Studie versucht, DNS-Schäden an periphe-ren Lymphozyten zu bestimmen, um daraus auf ein potentiell erhöhtes Krebsrisiko schließen zu können. Im Vergleich mit einer gesunden Kontrollgruppe waren die Werte von ADHS-Kindern ohne MPH-Therapie sowie nach 3 und 12 Monaten MPH-Therapie zwar signifikant er-höht, diese gesunde Kontrollgruppe wies jedoch im Vergleich mit internationalen Refe-renzwerten eine extrem niedrige Mikrokernfrequenz auf, so dass davon ausgegangen werden muss, dass diese Vergleiche nur begrenzte Aussagekraft haben. In keiner der verschiedenen mit MPH therapierten Gruppen konnten über die Dauer der Einnahme eine signifikant Erhöhung der Mikrokernfrequenzen im Vergleich zu den Werten vor Einnahmebeginn nachgewiesen werden, was den Schluss zulässt, dass eine Therapie mit Methylphenidat in therapieüblichen Dosen bei Kindern das Erbgut nicht zu schädigen scheint. Dieses Ergebnis bestätigen inzwischen auch weitere Studien. Der Mikrokerntest erfasst Genomschäden, nicht jedoch etwaige tumorpromovierende Eigenschaften des verabreichten Medikaments. Damit ist unklar, ob MPH auf andere Art als über eine Schädigung des Genoms das Karzinomrisiko erhöhen könnte. Erste epidemiologische Studien sehen jedoch keinen Hinweis auf eine wie auch immer entstandene erhöhte Karzinominzidenz unter der Therapie mit MPH (Selby, Friedman et al. 1989; Oestreicher, Friedman et al. 2007). Hier scheinen jedoch weitere epidemiologische Studien, die mög-lichst große Zeitspannen umfassen, nötig zu sein / Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is the most frequent psychiatric disorder in children and adolescents and is often treated with methylphenidate (MPH), resulting in MPH exposure in more than 1% of all children in many countries. A 2005 report on cytogenetic effects in peripheral lymphocytes from 12 ADHD children treated for 3 months with MPH raised questions about its genetic toxicity and potential carcinogenicity. A healthy control group (23 individuals), a chronically MPH-treated (>12 months) group (21 patients), and a drug naïve group of ADHD-affected children (26 patients), which was analyzed again after 3 months (17 patients) and 6 months (11 patients), provided samples for analysis of micronucleated lymphocytes. No significant alteration in genomic damage as seen as micronucleus frequency in peripheral lypmphocytes was detected after MPH treatment. No indication for genomic damage induced by MPH was obtained in this study. Ongoing studies in the USA, as well as continuation of recently published epidemiological cancer incidence analysis should provide additional reassurance for MPH-treated ADHD patients.

Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD) endophenotypes as a link between phenotype and genotype were the focus of the present work. Candidate endophenotypes were investigated via neuropsychological tasks during the simultaneous recording of a 21-channel electroencephalogram. Since endophenotypes are assumed to more closely reflect genetic variation, the influence of ADHD-associated genes Catechol-O-methyl transferase (COMT), the dopamine transporter (DAT, SLC6A3) and Latrophilin-3 (LPHN3) was analysed. Response inhibition was assessed with a cued Continuous Performance Test, for working memory we used an n-back task, sensory gating was measured via the paired clicks paradigm and response time variability (RTV) was quantified by the standard deviation of reaction times. The sample comprised medicated (N=36) and unmedicated (N=42) ADHD patients and matched control children and adolescents (N=41). The electrophysiological correlate of response inhibition was the centroid location during response execution and inhibition, and the degree of anteriorization (NGA). Sensory gating reflects the attenuation of the P50 response to the second of two auditory stimuli presented in short succession. Working memory was examined during target and non-target trials, reflecting specific information processing stages: early sensory processing (P100 and N100), selection of material (P150), memory retrieval (N300), event categorization (P300) and updating of working memory content (P450). Performance was quantified in terms of omission errors reflecting inattention and false alarms reflecting impulsivity, as well as speed and variability of reactions. Unmedicated ADHD patients had more omission errors and more variable reaction times, pointing to difficulties with attention and state regulation. NGA did not prove an optimal endophenotype candidate, since it was not yet developed in approximately half of the examined children and adolescents. It was independent of diagnosis; however ADHD risk alleles for DAT conferred lower NGA as well as more variable reaction times across groups. DAT genotype interacted with diagnosis on the level of centroid location, however, it did not manifest in performance deficits. In the case of sensory gating, homozygosity for the DAT allele associated with ADHD (10R) conferred impairment. ADHD was only relevant in participants without genetic risk, where patients without medication struggled most with suppression. In the working memory task, DAT modulated the timing of material selection in interaction with cognitive load and diagnosis: under high load unmedicated patients showed delayed responses, while under low load risk carriers on medication had faster responses than controls. Early processing and event-categorization were stronger in unmedicated ADHD with risk genotype, but dampened without risk. An interesting trend emerged for LPHN3, where carrying all risk variants was associated with higher NGA in ADHD patients irrespective of medication. This warrants further study, as the haplotype also exerts a positive influence on sensory gating specifically in patients. At the same time within the genetic risk group, unmedicated patients had the weakest NGA. However, the LPHN3 risk haplotype effected more posterior Go centroids, putatively facilitating response execution, which is supported by a higher number of false alarms. When inhibition was required, the risk variants led to more posterior centroids in unmedicated compared to medicated patients as well as controls, speaking to differences in inhibition-related brain activation. While as expected the risk haplotype led to compromised gating in unmedicated ADHD, this was reversed in healthy controls where the haplotype was acting in a protective manner with enhanced filtering. During working memory operations, the risk haplotype showed stronger N300 responses suggesting investment of more resources. While COMT did not exert an influence on NGA directly, carriers of the risk allele (met) had more posterior centroids both during response execution and inhibition, and displayed more variable responses in addition to being more prone to false alarms. Unmedicated patients produced smaller P300 during successful execution of responses than controls in absence of the risk allele, while with risk they had shorter latencies and presumably tend towards premature reactions. Additionally, it brought out impairments in sensory gating, thus making unmedicated patients less able to filter out irrelevant information, while they were able to compensate with the protective genotype. The influence of COMT on sensory gating seems to be specific for ADHD, as this gene was of no consequence in healthy controls. In the working memory task, met was beneficial for updating as reflected by P450 amplitude. In ADHD irrespective of medication COMT did not change P450 strength, but for controls this effect was observed. / Endophänotypen als Bindeglied zwischen Phänotyp und Genotyp des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndroms (ADHS) besitzen großes Potential als diagnostische Marker. Im Fokus der vorliegenden Arbeit standen Antworthemmung, Arbeitsgedächtnis, Reaktionszeitvariabilität (RTV) und sensorisches Gating als Kandidaten-Endophänotypen, sowie die Untersuchung des Einflusses genetischer Varianten in den ADHS-assoziierten Genen COMT, DAT und LPHN3. Die Stichprobe im Kindes- und Jugendalter bestehend aus medizierten (N=36) und unmedizierten (N=42) ADHS-Patienten sowie gesunden Kontrollen (N=41) wurde neuropsychologisch untersucht bei simultaner Ableitung eines 21-Kanal-EEGs. Die NoGo-Anteriorisierung (NGA) als elektrophysiologisches Korrelat der Antworthemmung basiert auf der Lage der Feldschwerpunkte (Zentroide) der P300 in Antwortausführungs- (Go) und Inhibitionstrials (NoGo). Sensorisches Gating beschreibt die Unterbindung der Reizweiterleitung bei schneller Reizfolge zur Prävention kortikaler Überstimulation, was sich in einer gedämpften P50-Amplitude zeigt. Um sowohl frühe als auch späte Aspekte des arbeitsgedächtnisbezogenen Informationsverarbeitungsprozesses zu erfassen, wurden ereigniskorrelierte Komponenten korrespondieren mit früher sensorischer Verarbeitung (P100 und N100), Materialselektion (P150), Abruf von Gedächtnisinhalten (N300), Ereigniskategorisierung (P300) und Aktualisierung der Arbeitsgedächtnisinhalten (P450) analysiert. Auslassungsfehler dienten als Indikator für Aufmerksamkeitdefizite, Falschalarme als Indikator für Impulsivität. Unmedizierte ADHD-Patienten zeigten neben variableren Reaktionszeiten mehr Auslassungsfehler, was Hinweise auf Defizite in Aufmerksamkeit und Zustandsregulation gibt. Die NGA erwies sich als beschränkt geeigneter Endophänotyp, da viele Probanden im eingeschlossenen Altersspektrum keine NGA aufwiesen. Die NGA war bei Trägern der DAT-Risikovariante (10R) schwächer ausgeprägt. Nur in Anwesenheit eines protektiven 9R-Allels korrespondierte Stimulanzienmedikation mit einer Anteriorisierung beider Zentroide. Während homozygote 10R-Träger Beeinträchtigungen im sensorischen Gating zeigten, kam ohne genetisches Risiko die Diagnose zum Tragen, da hier die Gruppe mit unmedizierten ADHS die größten Defizite aufwies. Während der Arbeitsgedächtnisaufgabe modulierte DAT die Materialauswahl in Interaktion mit kognitivem Load: unter hohem Load zeigten Patienten ohne Medikation genotypunabhängig verzögerte Reaktionen, während bei niedrigem Load medizierte Patienten mit Risikogenotyp die kürzesten Latenzen aufwiesen. Während bei unmediziertem ADHD der DAT-Risikogenotyp mit höheren P150-Amplituden und somit verstärkter Ressourcenallokation zur Materialselektion korrespondierte, zeigte diese Gruppe bei Vorhandensein eines 9R-Allels gedämpfte P100-Amplituden im Vergleich zu medizierten Patienten und Kontrollen, was auf abnorme frühe sensorischen Verarbeitung hinweist. Zuletzt bedeutete der DAT-Risikogenotyp für unmediziertes ADHS höhere P300-Amplituden, während diese Gruppe mit dem protektiven Genotyp die schwächsten P300-Reaktionen (Ereigniskategorisierung) zeigten. Ein interessanter Trend zeigte sich für den LPHN3-Risikohaplotyp, der bei ADHS medikationsunabhängig mit besserer NGA assoziiert war. Auf Zentroidebene zeigten Risikohaplotypträger mehr posterior gelegene Go-Zentroide, was die Reaktionsausführung begünstigt und sich in einer höheren Anzahl an Falschalarmen niederschlägt. Bei erforderlicher Inhibition ging der Risikohaplotyp bei unmedizierten Patienten mit mehr posterioren Zentroiden als in den Vergleichsgruppen einher, was für Unterschiede in inhibitionsspezifischer Gehirnaktivität spricht. In Bezug auf sensorisches Gating erzeugte der LPHN3-Haplotyp gegenläufige Effekte in Patienten und Kontrollen. Während der Risikohaplotyp in der unmedizierten ADHS-Gruppe erwartungsgemäß mit schwächerem Gating assoziiert war, wirkte er in Kontrollen und medizierten Patienten protektiv in Form überlegener Filterfähigkeiten. Der Risikohaplotyp zeigte bei Arbeitsgedächtnisaufgaben höhere N300-Amplituden als Indiz für Ressourceninvestition beim Abruf von Gedächtnisinhalten. Während sich die NGA als unabhängig vom COMT-Genotyp erwies, lagen die Zentroide bei Probanden mit Met-Allel weiter posterior, sie zeigten darüber hinaus eine variablere Leistung mit mehr Falschalarmen. Generell bedeutete die mit ADHS assoziierte COMT-Variante eine erhöhte RTV sowie schlechtere Gatingleistung in unmediziertem ADHD, während sie durch das protektive Val-Allele in die Lage versetzte, dieses Defizit ohne Medikation zu kompensieren. Dieser Einfluss von COMT auf sensorisches Gating war spezifisch für ADHS. In Aufgaben, welche das Arbeitsgedächtnis beanspruchen, war die Met-Variante von Vorteil für Aktualisierungsvorgänge (P450), was im Gegensatz zu den Gating-Effekten nur in Kontrollen auftrat.

Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a highly prevalent childhood-onset neurodevelopmental disorder that involves a substantial risk of persisting into adolescence and adulthood. A number of genome-wide screening studies in ADHD have been conducted in recent years, giving rise to the discovery of several variants at distinct chromosomal loci, thus emphasising the genetically complex and polygenic nature of this disorder. Accordingly, promising novel candidate genes have emerged, such as the gene encoding the glucose transporter isoform 3 (SLC2A3) and the gene encoding the latrophilin isoform 3 (LPHN3). In this thesis, both genes were investigated in form of two separated projects. The first focused on SLC2A3 polymorphisms associated with ADHD and their potential physiological impact. For this purpose, gene expression analyses in peripheral cell models were performed as well as functional EEG measurements in humans. The second project concerned the murine gene Lphn3 including the goal of developing a mouse line containing a genetically modified Lphn3 with conditional knockout potential. In this respect, a specific DNA vector was applied to target the Lphn3 gene locus in murine embryonic stem (ES) cells as a prerequisite for the generation of appropriate chimeric mice. The results of the first project showed that SLC2A3 duplication carriers displayed increased SLC2A3 mRNA expression in peripheral blood cells and significantly altered event-related potentials (ERPs) during tests of cognitive response control and working memory, possibly involving changes in prefrontal brain activity and memory processing. Interestingly, ADHD patients with the rs12842 T-allele, located within and tagging the SLC2A3 gene, also exhibited remarkable effects during these EEG measurements. However, such effects reflected a reversed pattern to the aforementioned SLC2A3 duplication carriers with ADHD, thus indicative of an opposed molecular mechanism. Besides, it emerged that the impact of the aforementioned SLC2A3 variants on different EEG parameters was generally much more pronounced in the group of ADHD patients than the healthy control group, implying a considerable interaction effect. Concerning the second project, preliminary results were gathered including the successful targeting of Lphn3 in murine ES cells as well as the production of highly chimeric, phenotypically unremarkable and mostly fertile mouse chimeras. While germline transmission of the modified Lphn3 allele has not yet occurred, there are still several newborn chimeric mice that will be tested in the near future. In conclusion, the findings suggest that SLC2A3 variants associated with ADHD are accompanied by transcriptional and functional changes in humans. Future research will help to elucidate the molecular network and neurobiological basis involved in these effects and apparently contributing to the complex clinical picture of ADHD. Moreover, given the increasing number of publications concerning latrophilins in recent years and the multitude of research opportunities provided by a conditional knockout of Lphn3 in mice, the establishment of a respective mouse line, which currently is in progress, constitutes a promising approach for the investigation of this gene and its role in ADHD. / Das Aufmerksamkeitsdefizit/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) ist eine hoch prävalente und bereits in der Kindheit beginnende Neuroentwicklungsstörung, die eine erhebliche Persistenz ins Jugend- und Erwachsenenalter aufweist. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl von genomweiten Studien zu ADHS durchgeführt, welche zur Identifizierung zahlreicher genetischer Varianten an unterschiedlichen chromosomalen Loci geführt und somit die genetisch komplexe polygene Natur dieser Störung zur Geltung gebracht haben. Auf diese Weise traten auch neue Kandidatengene zutage, wie zum Beispiel das Gen für die Glukosetransporter-Isoform-3 (SLC2A3) und das Gen, welches Latrophilin-3 kodiert (LPHN3). Innerhalb dieser Thesis wurden beide Gene in Form von zwei voneinander getrennten Projekten untersucht. Das erste Projekt beschäftigte sich mit humanen ADHS-assoziierten SLC2A3-Polymorphismen und ihrer potentiellen physiologischen Bedeutung. Für diesen Zweck wurden Genexpressionsanalysen in peripheren Zellmodellen sowie funktionelle EEG-Messungen im Menschen durchgeführt. Im zweiten Projekt ging es um das murine Gen Lphn3 mit dem Ziel, eine Mauslinie zu entwickeln, die ein genetisch verändertes Lphn3 mit konditionalem Knockout-Potenzial aufweist. In diesem Zusammenhang wurde ein spezifischer DNA-Vektor verwendet, der auf den Lphn3-Genlocus in murinen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) abzielte, was eine Voraussetzung für die Erzeugung von geeigneten chimären Mäusen darstellt. Die Ergebnisse des ersten Projektes legten nahe, dass SLC2A3-Duplikationsträger erhöhte SLC2A3-mRNA-Expression in peripheren Blutzellen aufweisen sowie signifikant veränderte ereigniskorrelierte Potentiale während eines Tests kognitiver Reaktionskontrolle sowie eines Arbeitsgedächtnis-Tests, was möglicherweise von veränderter präfrontaler Hirnaktiviät bzw. Gedächtnis-Prozessierung begleitet wird. Interessanterweise zeigten ADHS-Patienten mit T-Allel des im SLC2A3-Gen liegenden SNPs rs12842 ebenfalls deutliche Effekte während dieser EEG-Messungen, allerdings in entgegengesetzter Form zu den zuvor genannten SLC2A3-Duplikationsträgern mit ADHS, was auf einen gegensätzlichen molekularen Mechanismus hindeutet. Zudem stellte sich heraus, dass der Einfluss der zuvor genannten SLC2A3-Varianten auf verschiedene EEG-Parameter innerhalb der ADHS-Gruppe generell deutlich stärker ausgeprägt war als in der gesunden Kontrollgruppe, also einen beachtlichen Interaktionseffekt impliziert. Bezüglich des zweiten Projektes konnten bisher Zwischenergebnisse erzielt werden: das erfolgreiche Targeting des Lphn3-Gens in murinen ES-Zellen sowie die Produktion hochchimärer, phänotypisch unauffälliger und größtenteils fertiler Maus-Chimären. Obgleich die Keimbahntransmission des modifizierten Lphn3-Allels bislang noch nicht eingetreten ist, gibt es noch eine Reihe an neugeborenen chimären Mäusen, die in nächster Zeit erst noch getestet werden müssen. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass Variationen des SLC2A3-Gens, die mit ADHS assoziiert sind, mit transkriptionellen und funktionellen Veränderungen im Menschen einhergehen. Zukünftige Forschungsarbeiten werden dabei helfen, die molekularen Netzwerke und neurobiologischen Grundlagen zu verdeutlichen, die an diesen Effekten beteiligt sind und offenbar zu dem komplexen klinischen Bild von ADHS beitragen. Angesichts der steigenden Zahl an Publikationen über Latrophiline in den letzten Jahren und der unzähligen Forschungsmöglichkeiten, die ein konditionaler Knockout von Lphn3 in Mäusen bietet, stellt die derzeit laufende Etablierung einer entsprechenden Mauslinie einen vielversprechenden Ansatz dar, dieses Gen und seine Rolle für ADHS zu untersuchen.

Die Aufmerksamkeitslenkung ist ein wichtiges und häufig eingesetztes Mittel zur Emotionsregulation im Alltag. Indem man den Blick vom emotionalen Fokus einer Situation ablenkt, lassen sich Emotionen effektiv reduzieren. Zum einen war das Ziel der vorliegenden Arbeit, bereits vorhandene Ergebnisse zum Einfluss emotionaler Bildstimuli auf die Early Posterior Negativity (EPN) und das Late Positive Potential (LPP) zu replizieren und weitere Beweise für den Einfluss der Aufmerksamkeitslenkung auf diese beiden Potentiale zu finden. Der Hauptfokus lag zudem darauf, zu untersuchen, ob in Abhängigkeit von subklinischer ADHS-Symptomatik die Emotionsregulation durch Aufmerksamkeitslenkung beeinträchtigt ist. Als Stichprobe wurden 53 Erwachsene zwischen 18 und 40 Jahren herangezogen. Ihnen wurden 80 positive, 80 negative und 40 neutrale Bilder aus dem International Affective Picture System (Lang et al., 1999) und einer Studie von Schienle und Kollegen (2001) präsentiert - entweder mit der Anweisung, einen emotionalen Punkt oder einen neutralen Bildteil zu betrachten. Während der Präsentation erfolgte die Aufzeichnung der EEG Daten. Wir konnten weitere Belege erbringen, dass sowohl die EPN wie auch das LPP sensitive Marker für die frühe selektive Aufmerksamkeit und gesteigerte Verarbeitung emotionaler Bildreize sind. Auch für den Einfluss der Aufmerksamkeitslenkung auf das LPP konnte ein weiterer Beleg erbracht werden. Außerdem fanden sich Hinweise auf eine verschlechterte Fähigkeit zur Emotionsregulation bei negativen Bildreizen in Abhängigkeit von steigender AHDS Symptomatik . / Directing attention to regulate emotion is an important and frequently used instrument in everyday life. Positive and negative emotions can be reduced effectively by directing one’s gaze from emotionally arousing to neutral areas in the environment. The first objective of our study was to replicate findings indicating an impact of directed attention on event-related brain potentials - the Early Posterior Negativity (EPN) and the Late Positive Potential (LPP) - while viewing emotional pictures. Secondly, we investigated whether the success of emotion regulation by directed attention was impaired in participants showing higher levels of subclinical ADHD symptoms. We investigated 53 adults between the age of 18 and 40. We presented 80 negative, 80 positive and 40 neutral pictures from the International Affective Picture System (Lang et al., 1999) and a set by Schienle et al. (2001). Pictures were preceded by the instruction to either direct attention to an emotionally arousing part of the picture or to a neutral part. EEG data was recorded throughout the presentation. We found further evidence of the EPN as well as the LPP being sensitive to early selective attention and for enhanced processing of emotionally arousing pictures. Additionally, we could replicate findings of the LPP being modulated by directing attention away from the emotional focus of a picture. Concerning the influence of ADHD symptomatology on emotion regulation, we found evidence for an impaired ability to regulate emotions to negative stimuli but not to positive ones.

Zugl.: Zürich, Univ., Diss., 2009

Pädag. Hochsch., Diss.--Heidelberg, 2007.