Ziel der Studie war ein Zusammenhang zwischen cholinerger Innervation in den Basalganglien mit Levodopa-induzierter Dyskinesie darzustellen. 26 Patienten mit idiopatischem Parkinson-Syndrom ohne Demenz und Depression wurden in zwei Gruppen mit und ohne Dyskinesie eingeteilt. Es wurde nach klinischer Untersuchung eine SPECT-Bildgebung mit 5-[123I]iodo-3-[2(S)-2-azetidinylmethoxy]pyridine (5IA) durchgeführt und anschließend die Ergebnisse in Zusammenschau mit den klinischen Daten und mit den Ergebnissen der SPECT mit [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane (FP-CIT) bewertet. Dyskinetische Patienten hatten eine höhere Dichte an nikotinergen Acetylcholinrezeptoren im Nucleus caudatus, hauptsächlich der Halbseite mit stärkerer dopaminerger Degeneration. Dies stützt die Hypothese, dass sich die Dyskinesie nach Levodopa-Therapie aufgrund einer verstärkten cholinergen Modulation im stärker degenerierten Striatum entwickelt. / Objective: To explore cholinergic innervation in the basal ganglia in relation to levodopa-induced dyskinesia in patients with Parkinson’s disease. Methods: A total of 26 patients with PD without dementia and depression were divided into two matched groups (dyskinetic and nondyskinetic). We acquired SPECT scan with 5-[123I]iodo-3-[2(S)-2-azetidinylmethoxy]pyridine. We then analyzed binding potentials at basal ganglia structures and correlations with clinical variables and [123I]N-ω-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3β-(4-iodophenyl)nortropane SPECT. Results: Dyskinetic subjects showed higher density of nicotinic acetylcholine receptors in the caudate nucleus, predominant in the hemisphere with lower dopamine transporter density. Conclusion: Our findings support the hypothesis that the expression of dyskinesia following repeated levodopa exposure may result from enhanced cholinergic neuronal excitability in a dopaminergic-depleted striatum.

Dystonien sind neurologisch bedingte Bewegungsstörungen, bei denen es zu unwillkürlichen Muskelkontraktionen kommt, die zu abnormen Körperhaltungen und Bewegungsabläufen führen. Auf Grund unzureichender Kenntnisse zur Pathophysiologie sind die therapeutischen Möglichkeiten stark limitiert, was die Erforschung neuer Zielstrukturen und Pharmaka in Tiermodellen unerlässlich macht. Da anhand bisheriger Studienergebnisse eine gestörte corticostriatale Plastizität und veränderte Netzwerkaktivitäten im Bereich der Basalganglien als wahrscheinlichste Hauptursachen für die Entstehung von Dystonien diskutiert werden, werden strukturelle und funktionelle Veränderungen sowie mögliche Ansatzstellen neuer Therapeutika vor allem in diesem Gehirnareal untersucht. Als eine mögliche neue Zielstruktur für Pharmaka zur Behandlung von Dystonien sollte der metabotrope Glutamatrezeptor 5 (mGluR5) in zwei verschiedenen Tiermodellen der Dystonie untersucht werden. Der mGluR5 ist besonders im Bereich des Striatums, der Eingangsstruktur der Basalganglien, stark exprimiert und zudem maßgeblich an der Regulierung der synaptischen Plastizität beteiligt.Weiterhin konnten in der Behandlung einer symptomatisch verwandten Bewegungsstörung, der Levodopa-induzierten Dyskinesie, mit antagonisierenden Substanzen am mGluR5 bereits erste Erfolge erzielt werden. Zunächst erfolgten pharmakologische Untersuchungen mit dem negativen allosterischen Modulator Fenobam (20-50 mg/kg intraperitoneal, i.p.) und dem positiven allosterischen Modulator CDPPB (10-20 mg/kg i.p.) am mGluR5 im dtsz Hamstermodell, einem phänotypischen Modell der paroxysmalen Dystonie. Dabei wurden die akuten Effekte der Substanzen auf die Dystonieschwere der Tiere sowie auftretende Nebenwirkungen aufgezeichnet (n=8-10 pro Testdosis). Der Vergleich des Dystoniescores erfolgte jeweils zu einer Vehikelvor- und -nachkontrolle im selben Tier und wurde mittels Varianzanalyse (ANOVA) mit wiederholten Messungen für nicht parametrische Daten analysiert. Zusätzlich wurde an Gehirnen von dtsz Hamstern (n=7) im Vergleich zu nicht-dystonen Kontrolltieren (n=7) die Expression des mGluR5 im Striatum und Cortex untersucht.Dazu wurde zunächst eine immunhistochemische (IHC) Fluoreszenzfärbung in zwei Altersstufen der Tiere durchgeführt. Die Quantifizierung der Proteinexpression erfolgte weiterhin mittels Western Blot (WB), während die mGluR5-mRNA-Expression durch quantitative Echtzeit-PCR (RT qPCR) ermittelt wurde. Im zweiten Teil der Arbeit wurden oben genannte Untersuchungen zur Protein- und mRNA-Expression des mGluR5 im DYT1 knock-in (KI) Mausmodell durchgeführt, einem Tiermodell der häufigsten erblichen, persistenten Dystonieform des Menschen. Die Analysen der Gehirne erfolgten an männlichen 6-Monate alten DYT1 KI-Mäusen (n=6) im Vergleich zu Wildtyp-Wurfgeschwistern (n=6). Die Ergebnisse von IHC und WB wurden jeweils mittels Zwei-Wege-ANOVA und anschließendem Holm-Sidak-Test statistisch ausgewertet, während die Rohdaten der RT qPCR mittels Mann Whitney U-Test analysiert wurden. Die Signifikanz wurde für alle statistischen Tests auf p<0,05 festgelegt. Weiterhin wurden auch in diesem Modell pharmakologische Untersuchungen mit CDPPB (10-30 mg/kg i.p.) durchgeführt, um mögliche Effekte auf das Verhalten und die Bewegungsaktivität der Mäuse zu analysieren. Hierzu erfolgten Substanzapplikationen im Rahmen einer Cross-over-Studie (drei Dosierungen und Vehikel) an DYT1 KI-Tieren (n=6) und Wildtyp-Wurfgeschwistern (n=6) im Alter von 4-6 Wochen und 6 Monaten. Die Auswertung der Parameter für die Bewegungsaktivität erfolgte mittels Zwei-Wege-ANOVA. Beide Modulatoren des mGluR5 erzielten in allen getesteten Dosierungen keine Effekte auf die Dystonieschwere in den dtsz Hamstern. Allerdings löste CDPPB zusätzlich zur Dystoniesymptomatik Anzeichen einer generalisierten, axialen Dyskinesie bei der dtsz Mutante, aber nicht in nicht-dystonen Kontrollhamstern aus. Der daraufhin vermutete Unterschied in der Expression des mGluR5 bestätigte sich mittels IHC, in der sich eine 35 % höhere Rezeptorexpression im Striatum und Cortex von dtsz Hamstern im Alter der stärksten Dystonieausprägung im Vergleich zu gleichaltrigen Kontrolltieren (p<0,01) zeigte. Die Differenzen zwischen den Genotypen bestätigten sich nicht mittels WB und RT qPCR. Im DYT1 KI-Modell hingegen war die striatale mGluR5-mRNA erheblich geringer exprimiert als in den Wildtyp-Mäusen (p<0,05). Dies zeigte sich auch mittels IHC im ventralen Striatum (p<0,05; ANOVA), während im WB keine Genotyp-Unterschiede in der mGluR5-Protein-Expression zu erkennen waren. Die Applikation des CDPPB verursachte in den DYT1 KI-Mäusen weder abnorme Bewegungen noch Veränderungen im Lokomotionsverhalten. Auf Grund der teilweise inhomogenen Ergebnisse der Rezeptorstudien in beiden Tiermodellen und dem ausbleibenden erwarteten positiven Effekt des negativen allosterischen Modulators Fenobam auf die Dystonieschwere im dtsz Hamster, scheint der mGluR5 keine Schlüsselrolle in der Pathophysiologie der Dystonie zu spielen und auch nicht als Ansatzpunkt für antidystone Pharmaka geeignet zu sein. Dennoch weisen die Expressionsunterschiede in beiden Modellen auf eine Dysregulation des mGluR5 hin und bestätigen eine gestörte corticostriatale Plastizität im Dystoniegeschehen. Die Überexpression des mGluR5, wie sie sich im dtsz Modell zeigte, ist offensichtlich jedoch keine generelle Veränderung bei verschiedenen Dystonieformen, weil sie im DYT1 KI-Modell nicht nachweisbar war.:Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Definition und Einteilung von Dystonien 2.1.1 Die primäre DYT1-Torsionsdystonie 2.2 Pathophysiologie primärer Dystonien 2.2.1 Pathophysiologische Bedeutung der Basalganglien 2.2.2 Synaptische Plastizität 2.3 Therapieoptionen von Dystonien 2.4 Tiermodelle für primäre Dystonien 2.4.1 Übersicht etablierter Tiermodelle 2.4.2 Das dtsz Hamstermodell 2.4.3 Das DYT1 knock-in Mausmodell 2.5 Der metabotrope Glutamatrezeptor 5 (mGluR5) 2.5.2 Therapeutisches Potenzial des mGluR5 2.6 Fragestellung der vorliegenden Arbeit 3. Publikation I 4. Publikation II 5. Diskussion 5.1 Aspekte zur Methodik 5.1.1 Untersuchungen im dtsz Hamster 5.1.2 Untersuchungen im DYT1 KI-Modell 5.2 Ergebnisse 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis 9. Danksagung

La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative chronique qui apparait en moyenne à partir 55 ans. Sa cause reste inconnue mais son apparition et son développement sont corrélés avec la perte progressive des neurones dopaminergique de la substance noire qui innervent les ganglions de la base (GB). Jusqu'à ce jour le traitement le plus efficace est basé sur la compensation du déficit en dopamine (DA) par l'administration de son précurseur, la L-DOPA, qui est métabolisé en DA. Ce traitement améliore les symptômes moteurs de la maladie et donc la qualité de vie des patients. Néanmoins, après une certaine période des effets secondaires invalidants apparaissent, en particulier des fluctuations motrices et des mouvements anormaux involontaires appelés dyskinésies. De plus, ce traitement n'apporte pas de réponse à la progression de la dégénérescence et donc de la maladie. C'est pour ces raisons que la communauté scientifique est à la recherche d'une thérapie pharmacologique alternative à la L-DOPA, ou du moins visant à minimiser ses effets indésirables. Dans ce contexte, les récepteurs métabotropiques du glutamate, en particulier mGluR4, semblent constituer une cible privilégiée. En effet, mGluR4 est situé à des synapses des GB supposées hyperactives dans la MP, et son activation par des moyens pharmacologiques pourrait donc rétablir une activité normale grâce à son action inhibitrice sur la libération de neurotransmetteur. Nos résultats démontrent le bien-fondé de cette hypothèse sur le plan fonctionnel, en utilisant un nouvel agoniste allostérique spécifique de mGluR4, Lu AF21934. / Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder that appears around 55 years of age. The causes of PD remain unknown but its appearance and progression are correlated with the progressive loss of dopaminergic neurons of substantia nigra pars compacta innervating the basal ganglia (BG). Up to date, the most efficient treatment is based on restoring a normal level of dopamine (DA) in the brain by the administration of L-DOPA, a DA precursor that is metabolized to DA. However, at long term, L-DOPA treatment induces some side-effects, in particular the highly disabling L-DOPA-induced dyskinesia (LID). For this reason, the scientific community is searching for a pharmacological treatment alternative to L-DOPA and/or minimizing LID. In this context, metabotropic glutamate receptors, in particular mGluR4, are targets of interest. mGlu4 are localized at presynaptic terminals within BG circuitry that become hyperactive in PD. For this reason, mGluR4 has been considered a key strategic target for non-dopaminergic pharmacological treatments aimed at modulating these synapses, due to its ability to reduce neurotransmitter release. Herein we provide physiological and functional support to this hypothesis using Lu AF21934, a novel selective and brain-penetrant mGluR4 positive allosteric modulator (PAM). By in vitro electrophysiological recordings we demonstrate that Lu AF21934 inhibits corticostriatal synaptic transmission. In rats rendered parkinsonian, Lu AF21934 combined with sub-threshold doses of L-DOPA acted synergistically in alleviating akinesia in a dose-dependent manner and, notably, also reduced the incidence of LID.

Einleitung: Bei generalisierten Dystonieformen, gekennzeichnet durch abnorme Haltungen und Verdrehungen infolge unwillkürlicher Muskelkontraktionen, kommt häufig die Tiefe Hirnstimulation (THS) im Globus pallidus internus (Nucleus entopeduncularis, EPN, in Nagern) zum Einsatz. Die Entwicklung rationaler Therapieansätze bzw. die Optimierung der THS ist durch mangelnde Kenntnisse zur Pathophysiologie sowie zum Wirkmechanismus der THS bei Dystonien erschwert. Veränderungen der neuronalen Plastizität innerhalb der Basalganglienschleife scheinen hierbei allerdings eine entscheidende Rolle zu spielen. Einen wichtigen Modulator der neuronalen Plastizität stellen die perineuronalen Netze (PNs) dar, welche sich um die Zellsomata und proximalen Dendriten von Neuronen, insbesondere Parvalbumin-reaktiven (PV+) Interneuronen, befinden. Ein wichtiger Bestandteil dieses kondensierten Subtyps der extrazellulären Matrix (EZM) sind die Chondroitinsulfat-Proteoglykane, wie Aggrecan und Brevican. Während die Rolle einer abnormen PN-Expression in der Pathophysiologie der Dystonien weitgehend unbekannt ist, konnte bei einer Form der paroxysmalen Dyskinesie des Hundes mit dystonen Symptomen ein Defekt im Brevican-Gen gefunden werden. Somit könnten die PNs auch an der Pathophysiologie der Dystonien beteiligt sein. Ziele der Untersuchungen: Daher wurde im ersten Teil dieser Arbeit der Hypothese nachgegangen, dass die basale Expression von Brevican in Dystoniemodellen verändert ist und PN pathophysiologische Bedeutung bei Dystonien haben. Da Veränderungen der PN durch elektrische Impulse ein wichtiger Mechanismus der THS darstellen könnte, wurde im zweiten Teil untersucht, ob eine antidyston wirksame THS mit Veränderungen in der neuronalen Aktivität (c-Fos) und Brevican-Expression einhergeht. Tiere, Material und Methoden: Als phänotypisches Modell der paroxysmalen Dystonie wurde der dtsz Hamster genutzt, bei dem wahrscheinlich die Reifung von PV+ Interneuronen verzögert ist. Die DYT1 Knock-in Maus, die keine dystonen Symptome zeigt, ist ein ätiologisches Modell für eine permanente generalisierte Dystonieform. In beiden Tiermodellen wurde die Brevican-Expression immunhistochemisch mittels Intensitätsmessungen und Zellzählung von Brevican-exprimierenden PV+ Neuronen untersucht: dtsz Hamster (n = 8; Kontrolltiere n = 5) bzw. DYT1 KI-Maus (n = 9, Kontrolltiere n = 8). Zudem erfolgten im Mausmodell (je n = 6) Untersuchungen der Proteine mittels Western Blot und der mRNA-Expression (qPCR). Weiterhin wurde nach EPN-THS mit 130 Hz (antidyston wirksam) bzw. 40 Hz (Tendenz zu antidystonen Effekten) sowohl Brevican als auch c-Fos in dtsz und Kontrollhamstern vs. sham-Stimulationen (je n = 8 dtsz, n = 5 Kontrolltiere) untersucht. Die graphische Darstellung und statistische Auswertung mittels t-Test bzw. ANOVA erfolgte mit SigmaPlot (Signifikanzniveau von 5 % (p ≤ 0,05)). Ergebnisse: Der Vergleich von dtsz vs. Kontrollhamster ergab interessante (basale) Unterschiede innerhalb des Basalganglien-Netzwerks. So zeigte sich eine geringere Anzahl Brevican-positiver Zellen an der Gesamtzahl PV+ Zellen (Brev+/PV+) im motorischen Cortex und an striatalen schwach PV+ Interneuronen, während die Brevican-Intensitäten im Striatum und dem ventromedialen Thalamus erhöht waren. Die Untersuchungen in der DYT1 KI-Maus ergaben hingegen nur eine subtile Erhöhung von Brevican im motorischen Cortex. Eine dreistündige THS im dtsz Hamster (vs. sham) führte nicht zu Veränderungen von Brevican, die basalen Genotyp-Veränderungen bestätigten sich jedoch. Erhöhungen in der neuronalen Aktivität (c-Fos) nach EPN-THS zeigten sich nahe der Elektrodenspitze und eine Verringerung in den tiefen Cerebellarkernen nach 130 Hz EPN THS. Schlussfolgerungen: Im dtsz Hamstermodell könnte eine Entwicklungsstörung der PN an der verzögerten Ausreifung der PV+ Interneurone beteiligt sein. Die weiteren Veränderungen stimmen mit bekannten regionalen Störungen im Basalgangliennetz überein. Allerdings bleibt unklar, ob sie Ursache der Dystonie oder Folge anderer Veränderungen darstellen. Die nur kurze, dreistündige THS hatte keine weitreichenden Effekte auf die neuronale Aktivität und Brevican. Stärkere Effekte sind auch eher bei den noch laufenden Langzeit-THS Versuchen über 10 Tage bei dtsz Hamstern zu erwarten. Die basalen Brevican-Veränderungen bei der dtsz Mutante zeigten sich nicht im asymptomatischen DYT1 KI-Mausmodell, bei dem die corticale Erhöhung der Anzahl Brev+/PV+ jedoch ein Grund für sensomotorische Störungen sein könnte. Brevican ist somit zwar nicht generell vermindert, jedoch in beiden Dystoniemodellen verändert, so dass weiterführende Untersuchungen zur pathophysiologischen Bedeutung von Brevican sowie anderen PN Komponenten, wie HAPLN4 und Aggrecan, sinnvoll erscheinen.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Dystonien 2.1.1 Definition und Einteilung 2.1.2 Pathophysiologie primärer Dystonien 2.1.2.1 Neuronale Plastizität 2.1.2.2 Neuronale Aktivität 2.1.3 Therapieoptionen für Dystonien 2.1.3.1 Tiefe Hirnstimulation (THS) 2.1.4 Tiermodelle für die primäre Dystonie 2.1.4.1 dtsz Hamstermutante 2.1.4.2 DYT1 KI-Mausmodell 2.2 Extrazelluläre Matrix und perineuronale Netze 2.2.1 Aufbau und Funktion 2.2.2 Manipulationen der Expression von PN-Komponenten 2.2.3 Pathophysiologische Bedeutung von perineuronalen Netzen in Bewegungsstörungen 2.3 Hypothesen der vorliegenden Arbeit 3 Tiere, Material, Methoden 3.1 Tiere 3.1.1 Haltung und Fütterung von Hamstern 3.1.2 Haltung und Fütterung von Mäusen 3.2 Material 3.3 Methoden 3.3.1 Dystonie-Induktion und Beurteilung der Schweregrade beim dtsz Hamster 3.3.2 Tiefe Hirnstimulation dtsz Hamster und Kontrolltiere 3.3.3 Genotypisierung der DYT1 KI-Mäuse 3.3.4 Euthanasie und Probenentnahme 3.3.5 Immunhistochemie (IHC) 3.3.5.1 Brevican und Parvalbumin 3.3.5.2 c-Fos 3.3.5.3 Aggrecan 3.3.6 Western Blot (WB) 3.3.6.1 Probenvorbereitung und Proteinextraktion 3.3.6.2 Durchführung Western Blot 3.3.7 Quantitative Real-Time PCR (qPCR) 3.3.7.1 Probenvorbereitung und mRNA-Isolation 3.3.7.2 cDNA-Synthese und Durchführung qPCR 3.3.8 Statistische Auswertung 3.3.8.1 Statistische Auswertung der IHC 3.3.8.2 Statistische Auswertung des WB 3.3.8.3 Statistische Auswertung der qPCR 4 Ergebnisse 4.1 Basale Veränderungen von Brevican beim dtsz Hamster 4.1.1 Intensität von Brevican 4.1.2 Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.1.3 Einzelzellintensität von Brevican an striatalen Parvalbumin-positiven (PV+) Zellen 4.2 Veränderungen von Brevican im DYT1 KI-Mausmodell 4.2.1 Intensität von Brevican bei DYT1 KI-Mäusen 4.2.2 Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.2.3 Western Blot 4.2.4 qPCR 4.3 Brevican und Parvalbumin im dtsz Hamstermodell nach Tiefer Hirnstimulation (THS) 4.3.1 Intensität von Brevican bei sham-stimulierten und stimulierten dtsz und Kontrollhamstern 4.3.2 Effekte von 130 Hz THS auf den Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.3.3 THS-Effekte auf die Anzahl von PV+ Zellen 4.3.4 Einzelzellintensitäten von Brevican um striatale PV+ Zellen 4.4 Neuronale Aktivität im dtsz Hamstermodell nach Tiefer Hirnstimulation (THS) 4.4.1 c-Fos Intensität in der Umgebung der Elektroden 4.4.2 Anzahl c-Fos-reaktiver Zellen 4.5 Vorversuche zu weiteren Komponenten perineuronaler Netze 4.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 5 Diskussion 5.1 Ausgewählte Aspekte zur Methodik 5.1.1 Methodische Aspekte zur Immunhistochemie 5.1.2 Methodische Aspekte zum Western Blot 5.1.3 Methodische Aspekte zur qPCR 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.2.1 Brevican im dtsz Hamster 5.2.2 Brevican in der DYT1 KI-Maus 5.2.3 Brevican und Parvalbumin nach THS im dtsz Hamster 5.2.4 Neuronale Aktivität nach THS im dtsz Hamster 5.3 Bedeutung und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang / Introduction: Deep brain stimulation (DBS) in the globus pallidus internus (nucleus entopeduncularis, EPN, in rodents) is frequently used in generalized forms of dystonia, characterized by abnormal postures and contortions due to involuntary muscle contractions. The development of rational therapeutic approaches or optimization of DBS is hampered by a lack of knowledge about the pathophysiology as well as the mechanism of action of DBS in dystonia. However, changes in neuronal plasticity within the basal ganglia loop seem to play a crucial role in this regard. An important modulator of neuronal plasticity is represented by the perineuronal nets (PNs) located around the cell somata and proximal dendrites of neurons, particularly parvalbumin-reactive (PV+) interneurons. An important component of this condensed extracellular matrix (ECM) subtype are chondroitin sulfate proteoglycans, such as aggrecan and brevican. While the role of abnormal PN expression in the pathophysiology of dystonia is largely unknown, a defect in the brevican gene was found in a form of canine paroxysmal dyskinesia with dystonic symptoms. Thus, PNs may also be involved in the pathophysiology of dystonia. Aims of the studies: Therefore, the first part of this work addressed the hypothesis that basal expression of brevican is altered in dystonia models and PNs have pathophysiological significance in dystonia. Because changes in PN by electrical stimuli may represent an important mechanism of DBS, the second part examined whether antidystonic DBS is associated with changes in neuronal activity (c-Fos) and brevican expression. Animals, Materials, and Methods: The dtsz hamster, in which maturation of PV+ interneurons is probably delayed, was used as a phenotypic model of paroxysmal dystonia. The DYT1 knock-in mouse, which does not show dystonic symptoms, is an etiologic model for a permanent generalized form of dystonia. In both animal models, brevican expression was examined immunohistochemically using intensity measurements and cell counting of brevican-expressing PV+ neurons: dtsz hamster (n = 8; control animals n = 5) and DYT1 KI mouse (n = 9, control animals n = 8), respectively. In addition, examination of protein (western blot) and mRNA expression (qPCR) were performed in the mouse model (n = 6 each). Furthermore, after EPN-DBS at 130 Hz (antidystonic effects) or 40 Hz (tendency to antidystonic effects), both brevican and c-Fos were examined in dtsz and control hamsters vs. sham stimulation (n = 8 dtsz each, n = 5 control animals). Graphical representation and statistical analysis using t-test and ANOVA, respectively, were performed using SigmaPlot (significance level of 5% (p ≤ 0.05)). Results: Comparison of dtsz vs. control hamsters revealed interesting (basal) differences within the basal ganglia network. For example, there was a lower number of brevican-positive cells to total PV+ cells (Brev+/PV+) in motor cortex and striatal weakly PV+ interneurons, while brevican intensities were increased in striatum and ventromedial thalamus. In contrast, the studies in the DYT1 KI mouse revealed only a subtle increase in brevican in the motor cortex. Three-hour DBS in the dtsz hamster (vs. sham) did not result in changes of brevican, but the basal genotype changes were confirmed. Increases in neuronal activity (c-Fos) after EPN-DBS were seen near the electrode tip and a decrease in deep cerebellar nuclei after 130 Hz EPN-DBS. Conclusions: In the dtsz hamster model, developmental disruption of the PN may be involved in the delayed maturation of PV+ interneurons. The other changes are consistent with known regional disturbances in the basal ganglia network. However, it remains unclear whether they represent a cause of the dystonia or a consequence of other changes. DBS, which was only brief and lasted three hours, had no widespread effects on neuronal activity and brevican. Stronger effects are also more likely after the long-term DBS which is still ongoing for 10 days in dtsz hamsters. The basal brevican changes in the dtsz mutant were not evident in the asymptomatic DYT1 KI mouse model, in which the cortical increase in Brev+/PV+ number could, however, be a cause of sensorimotor dysfunction. Thus, although brevican is not generally decreased, it is altered in both dystonia models, so further studies on the pathophysiological significance of brevican as well as other PN components, such as HAPLN4 and aggrecan, seem reasonable.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Dystonien 2.1.1 Definition und Einteilung 2.1.2 Pathophysiologie primärer Dystonien 2.1.2.1 Neuronale Plastizität 2.1.2.2 Neuronale Aktivität 2.1.3 Therapieoptionen für Dystonien 2.1.3.1 Tiefe Hirnstimulation (THS) 2.1.4 Tiermodelle für die primäre Dystonie 2.1.4.1 dtsz Hamstermutante 2.1.4.2 DYT1 KI-Mausmodell 2.2 Extrazelluläre Matrix und perineuronale Netze 2.2.1 Aufbau und Funktion 2.2.2 Manipulationen der Expression von PN-Komponenten 2.2.3 Pathophysiologische Bedeutung von perineuronalen Netzen in Bewegungsstörungen 2.3 Hypothesen der vorliegenden Arbeit 3 Tiere, Material, Methoden 3.1 Tiere 3.1.1 Haltung und Fütterung von Hamstern 3.1.2 Haltung und Fütterung von Mäusen 3.2 Material 3.3 Methoden 3.3.1 Dystonie-Induktion und Beurteilung der Schweregrade beim dtsz Hamster 3.3.2 Tiefe Hirnstimulation dtsz Hamster und Kontrolltiere 3.3.3 Genotypisierung der DYT1 KI-Mäuse 3.3.4 Euthanasie und Probenentnahme 3.3.5 Immunhistochemie (IHC) 3.3.5.1 Brevican und Parvalbumin 3.3.5.2 c-Fos 3.3.5.3 Aggrecan 3.3.6 Western Blot (WB) 3.3.6.1 Probenvorbereitung und Proteinextraktion 3.3.6.2 Durchführung Western Blot 3.3.7 Quantitative Real-Time PCR (qPCR) 3.3.7.1 Probenvorbereitung und mRNA-Isolation 3.3.7.2 cDNA-Synthese und Durchführung qPCR 3.3.8 Statistische Auswertung 3.3.8.1 Statistische Auswertung der IHC 3.3.8.2 Statistische Auswertung des WB 3.3.8.3 Statistische Auswertung der qPCR 4 Ergebnisse 4.1 Basale Veränderungen von Brevican beim dtsz Hamster 4.1.1 Intensität von Brevican 4.1.2 Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.1.3 Einzelzellintensität von Brevican an striatalen Parvalbumin-positiven (PV+) Zellen 4.2 Veränderungen von Brevican im DYT1 KI-Mausmodell 4.2.1 Intensität von Brevican bei DYT1 KI-Mäusen 4.2.2 Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.2.3 Western Blot 4.2.4 qPCR 4.3 Brevican und Parvalbumin im dtsz Hamstermodell nach Tiefer Hirnstimulation (THS) 4.3.1 Intensität von Brevican bei sham-stimulierten und stimulierten dtsz und Kontrollhamstern 4.3.2 Effekte von 130 Hz THS auf den Anteil von Brevican-exprimierenden Parvalbumin-reaktiven (PV+) Zellen 4.3.3 THS-Effekte auf die Anzahl von PV+ Zellen 4.3.4 Einzelzellintensitäten von Brevican um striatale PV+ Zellen 4.4 Neuronale Aktivität im dtsz Hamstermodell nach Tiefer Hirnstimulation (THS) 4.4.1 c-Fos Intensität in der Umgebung der Elektroden 4.4.2 Anzahl c-Fos-reaktiver Zellen 4.5 Vorversuche zu weiteren Komponenten perineuronaler Netze 4.6 Zusammenfassung der Ergebnisse 5 Diskussion 5.1 Ausgewählte Aspekte zur Methodik 5.1.1 Methodische Aspekte zur Immunhistochemie 5.1.2 Methodische Aspekte zum Western Blot 5.1.3 Methodische Aspekte zur qPCR 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.2.1 Brevican im dtsz Hamster 5.2.2 Brevican in der DYT1 KI-Maus 5.2.3 Brevican und Parvalbumin nach THS im dtsz Hamster 5.2.4 Neuronale Aktivität nach THS im dtsz Hamster 5.3 Bedeutung und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang