Techn. Univ., Diss., 2009--Darmstadt.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2003.

University, Diss--Heidelberg, 2004.

Würzburg, Univ., Diss., 2009. / Zsfassung in engl. Sprache.

Universiẗat, Diss., 2008--Frankfurt (Main).

NOS1, das für die neuronale Stickstoffmonoxidsynthase (NOS-I) kodierende Gen, konnte bislang durch eine stetig wachsende Zahl an Untersuchungen mit verschiedenen Pathomechanismen bedeutsamer neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen in Verbindung gebracht werden. Der Dinukleotid-Polymorphismus im Promotergen von NOS1, für welchen in der Population verschieden lange Allelen existieren, war bislang bezüglich der durch ihn vermittelten Wirkungen kaum untersucht. Um die Relevanz und Funktionalität des Promoterpolymorphismus NOS1 Ex1f-VNTR zu erforschen, wurde in der vorliegenden Arbeit ein Reportergen-Assay durchgeführt, der den Einfluss verschieden langer Allele auf transkriptionaler Ebene verdeutlichen sollte. Hierfür wurden NOS1 Exon 1f-Promoterregionen mit unterschiedlich langen VNTRs in einen Luciferase-Genvektor kloniert und der Einfluss der verschiedenen Allellängen auf die Aktivität des Reportergens ermittelt. Hierbei zeigte sich der Einfluss der Allele dergestalt, dass das Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR in verminderter Aktivität des Reportergens resultierte. Durchgeführte Stimulationsversuche mit Östrogen und Forskolin ergaben hingegen keine signifikante Änderung der Transkriptionsaktivität. Im DNA-Microarray konnten mit kurzen Allelen des NOS1 Ex1f-VNTR assozierte Alterationen im Transkriptom des humanen Brodmann-Areals 46 nachgewiesen werden, was Wechselwirkungen zwischen dem Vorhandensein kurzer Allele des NOS1 Ex1f-VNTR und der Gentranskription psychiatrisch relevanter Gene demonstriert. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass der NOS1 Ex1f-VNTR Einfluss auf transkriptionaler Ebene ausübt und mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert ist, was ihn weiterhin zu einem wichtigen Forschungsobjekt macht und in die Gruppe klinisch bedeutsamer Polymorphismen einreiht. / NOS1, the coding gene for the neuronal nitric oxide synthase (NOS-I), has been linked to various pathomechanisms of neurologic and psychiatric disorders by a steadily growing body of work. The dinucleotide polymorphism contained in the NOS1 promotergene, existing in a variety of allelic lengths, has so far been rarely investigated in terms of influence. To determine transcriptional functionality and relevance of different lengths of the promoter polymorphism NOS1 Ex1f-VNTR, a reporter gene assay has been carried out in the herein presented study. By cloning NOS1 Ex1f-VNTR promoter regions containing different lenghts oft the VNTR in a Luciferase-gene vector, the influence of different promoter alleles on reporter gene activity has been demonstrated. A reduced reporter gene activity has been shown in the presence of short alleles of the NOS1 Ex1f-VNTR. Accomplished trials of stimulating activity via estrogene and forskoline treatment resulted in no further changes of repoter gene activity. In DNA-Microarray studies an association of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcriptome alterations in human Brodmann area 46 has been detected, indicating a correlation of short NOS1 Ex1f-VNTR alleles and transcription of genes involved in psychiatric disorders. These results demonstrating the functionality of the NOS1 Ex1f-VNTR confirm its clinical relevance and the importance of its further investigation.

Universiẗat, Diss., 2006--Frankfurt (Main).

Zugl.: Leipzig, Univ., Diss., 2009

Die HIV-Infektion des Gehirns induzierte eine Vielzahl neurologischer und neuropsychiatrischer Veränderungen, die gemeinsam als HIV-assoziierte Demenz bezeichnet werden. Insbesondere eine Beteiligung der glutamate-vermittelten Toxizität wird im Rahmen der HIV-Demenz diskutiert. Die vorliegende Arbeit verwendete das wichtigste Tiermodell der HIV-Infektion, mit simianen Immundefizienzviren (SIV) infizierte Rhesusaffen, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Immunaktivierung und adaptiven Veränderungen der glutamatergen Synapse und ihrer Umgebung zu untersuchen. Mittels einer Microarrayanalyse wurden allgemein Unterscheide im Genexpressionsprofil der Basalganglien von Rhesusaffen während dem Fortschreiten der Infektion erfasst. Die Ergebnisse zeigten Unterschiede in der transkriptionalen Regulation zwischen Chinesischen und Indischen Makakkensubspezies, sowie ein einzigartig differenziertes Genexpressionsmuster als Antwort auf die SIV-Infektion selbst. Um adaptive Veränderungen in den funktionalen Elementen der glutamatergen Synapse weiter zu charakterisieren, wurde die Expression der N-methyl-D-aspartat-Rezeptoruntereinheiten gemessen, wobei ein progressiver Verlust der Untereinheitenexpression im Putamen sowie ein differenziellen Expressionsmuster in Abhängigkeit sowohl von der Makakkensubspezies sowie von der Hirnregion im Nucleus accumbens SIV-infizierter Rhesusaffen festgestellt wurde. Außerdem konnte die vorliegende Arbeite zum ersten Mal eine Störung der exzitatorischen Aminosäuretransporter, dem wichtigsten Glutamatwiederaufnahmesystem, im Putamen, aber nicht im Nucleus accumbens, während der SIV-Infektion nachweisen. Zuvor durchgeführte Arbeiten wiesen darauf hin, dass neurochemischen Dysfunktionen unter Umständen das Ergebnis einer indirekten Toxizität vermittelt durch aktivierte Mikroglia und der daraus resultierenden Ausschüttung schädlicher Faktoren sein könnten. Entsprechend zeigten unsere Daten einen Anstieg in der MHC-II- und TNF-alpha-Expression bereits während der asymptomatischen Phase, und eine noch deutlichere Heraufregulierung in AIDS-Tieren. Zusammenfassend weist die vorliegen Arbeit auf komplexe und kombinierte Mechanismen von einem Anstieg in der Glutamatkonzentration mit einer Dysregulation der NMDA-Rezeptorfunktion sowie der Glutamatwiederaufnahmesysteme verursacht durch eine Immunaktivierung hin. Außerdem konnte in Versuchen zur pharmakologischen Beeinflussung der glutamatergen Synapse mittels dopaminerger Substanzen, NMDAR-Antagonisten und Antioxidantien eine Verbesse-rung der neurochemischen Funktion durch den nichtkompetitiven Antagonisten Memantin und die Antioxidantien Melatonin sowie N-Acetylcystein gezeigt werden. Hingegen trugen die Ergebnisse mit dem MAO-B-Inhibitor Selegilin weiter zu Bedenken zur Sicherheit und Effizienz dopaminerger Substanzen in der Behandlung von HIV-Patienten bei. Außerdem zeigte die vorliegende Arbeit, dass Memantin spezifisch die mRNA- und Proteinexpression des Neurotrophins BNDF heraufregulierte und weist somit auf eine neuartige pharmakologische Wirkung Antidementivums hin. In einer ergänzenden Studie wurden Schritte zur Entwicklung und Verbesserung adeno-assoziierten viraler und foamyviraler Vektoren, die shRNAs für die effiziente Ausschaltung der Expression des murinen und humanen Dopamintransporters, durchgeführt. Es wurden verschieden virale Vektorplasmide kloniert, Effektormoleküle mit einer hohen Knockdown-Aktivität identifiziert, und infektiöse rekombinante Viren hergestellt. Zudem konnte die Expression des humanen Dopamintransporters auf Lymphozyten bestätigt werden. Diese Ergebnisse werden die Entwicklung transgener Tiere und Zelllinien erleichtern und tragen so zur Analyse der natürlichen dopaminergen Neurotransmission in der psychiatrischen Forschung bei, wobei die durch endogene Anpassungen der dopaminerge Systeme in klassischen Knockout-Systemen hervorgerufenen Schwierigkeiten umgangen werden können. / HIV infection of the brain induces a wide range of neurological and neuropsychiatric symptoms colletively defined as HIV-associated dementia. In particular, glutamate-mediated toxicity is discussed to be involved in neurodysfunction during HIV dementia. The present thesis used the most relevant animal model for HIV infection, the simian immunodeficiency virus (SIV)-infected rhesus macaques, to explore the complex interaction between immuneactivation and adaptive alterations of the glutamatergic synapse and its environment. A microarray analyses was performed to asses general differences in gene expression pofiling in the basal ganglia of rhesus macaques during diseases progression. The results showed considerable differences in transcriptional regulation between Chinese and Indian macaque subspecies, as well as a uniques differential gene expression pattern in response to SIV infection itself. To further characterize adaptative changes in functional elements of the glutamatergic synapse we measured expression of N-methyl-D-aspartate receptor subunits and found a progressive loss of subunit expression in putamen as well as a differential expression pattern with respect to macaque subspecies and brain region in nucleus accumbens of SIV-infected monkey. In addition, the current thesis demonstrated for the first time a disruption of excitatory amino acid transporters, the most important glutamate clearing system, in putamen but not in nucleus accumbens during SIV-infection. Previous studies suggested that neurochemical dysfunction may be the result of indirect toxicity mediated by activated microglia and subsequent release of ditrimental factors. Accordingly, our data demonstrated an increase in MHC-II and TNF-alpha expression during the asymptomatic stage of infection which was further upregulated in AIDS animals. Taken together the present thesis points out to complex and combined mechanisms of an increase glutamate concentration with dysregulation of NMDA receptor function and glutamate clearing system caused by immuneactivation. In addition, experiments concerning pharmacological manipulation of the glutamatergic synapse by dopaminergic drugs, N-methyl-D-aspartate antagonists or antioxidant treatment revelead an improvement of neurochemical function by the uncompetitive NMDA antagonist memantine and by the antioxidants melatonin and N-acetylcysteine. In contrast, administration of the MAO-B inhibitor selegiline contributed to concerns about the saftey and efficiency of dopaminergic substances in treatment of HIV-patients. In addition, the current thesis demonstrated that memantine specifically upregulates mRNA and protein expression of the neurotrophic factor brain-derived neurotrophic factor, and therefore, refers to a novel pharmacological action of the antidementivum. In a complementary study we presented steps in the devolpment and improvement of adeno-associated viral and foamyviral vectors expressing short hairpin RNAs for an efficient knockdown of the murine and human dopamine transporter. We cloned different viral vector plasmids, identified effector molecues with high knockdown activity, and prepared infective recombinant viruses. In addition, we confirmed the expression of human dopamine transporter by lymphocytes. The results will facilitate the generation of transgenic animals and cell lines, and therefor contribute to the analysis of natural dopaminergic neurotransmission in psychiatric research overcoming the pitfalls of endogeneous adaptatations observerd in classical knockout technology.

Untersucht wurde die mögliche Rolle von Adenosin-5´-Triphosphat (ATP) als extrazelluläres Signalmolekül im Neostriatum der Ratte. Zum Einsatz kam die patch-clamp Methode, adaptiert für Ableitungen aus akuten Hirnschnitten. Bereits bekannt war, dass ATP exzitatorische postsynaptische Ströme an GABAergen, striatalen Projektionsneuronen („medium spiny“ Neurone) hemmen konnte. Nun sollten die verantwortlichen Mechanismen hinter diesem Effekt aufgeklärt werden. Es zeigte sich, dass exogen zugeführtes ATP zunächst zu Adenosin metabolisiert werden musste, um seine Wirkung ausüben zu können. Ein Teil dieses Effektes war, vermittelt über präsynaptische Adenosin A1-Rezeptoren, einer Hemmung der striatalen Glutamat-Freisetzung geschuldet. Neu war, dass auch die „medium spiny“ Neurone selbst funktionelle A1-Rezeptoren exprimierten. Aktiviert durch lokal gebildetes Adenosin vermittelten diese eine Hemmung der Leitfähigkeit von Glutamat-Rezeptoren des N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) Subtyps. Unter physiologischen Bedingungen mag dieser Mechanismus der Begrenzung der Informationsweiterleitung über die GABAergen Projektionsneurone dienen. Striataler Glutamat-Exzess mit Überaktivierung von NMDA-Rezeptoren ist ein Charakteristikum der Huntington´schen Erkrankung. Eine Adressierung der A1 Rezeptoren als therapeutische Option im Rahmen dieser Basalganglienerkrankung scheint daher prinzipiell möglich.