Proefschrift Universiteit Maastricht. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Die Literatur beschreibt unter Patienten mit idiopathischer Small fiber Neuro-pathie (SFN) einen Anteil von etwa ein Fünftel bis Drittel mit Variationen unkla-rer pathogenetischer Relevanz in Schmerz-assoziierten Genen. Dies bestätig-te sich im Rahmen unserer klinischen Studie: Über die Zeit von Mai 2015 bis Januar 2020 konnten bei 13 von 66 (21%) eingeschlossenen Patienten mit klinischem Verdacht auf SFN genetische Variationen in Schmerz-assoziierten Genen detektiert werden. Solche Veränderungen können über Gain- oder Loss-of-Function-Mechanismen die Funktion codierter nozizeptiver Signalpro-teine modulieren und so potentiell zur SFN-Symptomatik führen. Im Rahmen der Studie erfolgte neben der genetischen Diagnostik eine umfangreiche Un-tersuchung der Teilnehmer. In der Diagnostik stachen die potentiell geneti-schen SFN-Patienten nicht heraus und auch klinisch fielen nur dezente Unter-schiede zu den übrigen Patienten auf: Wir zeigten, dass die Betroffenen häufi-ger von äußeren Einflussfaktoren getriggerte Schmerzattacken erleiden und eine tendenziell weitläufigere Symptommanifestation aufwiesen. Dies ähnelt der Klinik anderer hereditärer neuropathischer Schmerzsyndrome wie der pa-roxysmalen extremen Schmerzstörung (PEPD) oder den familiären episodi-schen Schmerzsyndromen (FEPS). Die potentiell genetische Grundlage führte bei unseren Patienten zu einer stärkeren Limitation im täglichen und berufli-chen Alltag und minderte die Lebensqualität der Betroffenen deutlich. Mögli-che Ursache hierfür war auch die herausfordernde Therapie der Patienten mit Genvariationen: Für den gleichen Behandlungserfolg mussten die Patienten mit potentiell genetischer SFN deutlich mehr Wirkstoffe einnehmen und über-haupt versuchen. Obwohl nur minimale klinische Hinweise eine potentiell ge-netische Genese andeuten, sollten diese frühzeitig durch eine strukturierte Anamnese erkannt werden. Die Sammlung von Daten zu betroffenen Familien kann die pathogenetische Relevanz der Variationen erhärten. Auch wird im Feld der genetischen Schmerzforschung rasant an zielgerichteten Analgetika gearbeitet, die fehlregulierte Rezeptoren blockieren sollen. Damit könnte Be-troffenen künftig gezielt geholfen werden. Wir empfehlen auf Grundlage unse-rer Studie bei Vorliegen genannter hinweisender Charakteristika eine geneti-sche Testung und Beratung zusätzlich zur weiteren ätiologischen Diagnostik. Das zu untersuchende Panel sollte möglichst viele Schmerz-assoziierte Gene umfassen – vorrangig die Gene codierend für die spannungsabhängigen Nat-riumkanäle SCN9A, -10A und 11A und die TRP-Kanalproteine TRPA1, TRPV1 und -3. / In literature, eyery fifth to third patient with idiopathic small fiber neuropathy (SFN) shows a variation of unclear pathogenetic relevance in a pain-associated gene. This was confirmed in our clinical study: Over the time period from May 2015 to January 2020, genetic variations in pain-associated genes were detected in 13 of 66 (21%) patients with symptoms suspicious for SFN. Those genetical changes can modulate the function of encoded nociceptive signaling proteins via gain- or loss-of-function mechanisms and potentially lead to SFN symptoms. In addition to genetic diagnostics, the study included a full assessment of the participants. In terms of diagnostics, the potentially genetic SFN patients did not stand out, and there were only subtle differences regarding the clinical picture: We showed that patients with genetic SFN more frequently suffered from triggered pain attacks and a more extensive symptom distribution . This is similar to other hereditary neuropathic pain syndromes such as the paroxysmal extreme pain disorder (PEPD) or familial episodic pain syndromes (FEPS). The potentially genetic background led to a higher limitation in our patients' daily and professional life and significantly reduced their quality of life. Additionally, this could base on the challenging therapy of the patients with gene variations: For the same treatment success, patients with potentially genetic SFN had to take and try more analgetic drugs than patients with idiopathic SFN. Although only minimal clinical characteristics indicate a potential genetic etiology, they should be recognized early with a complete anamnesis. The collection of data from affected families can substantiate the pathogenetic relevance of the variations. In pain research, they work rapidly on targeted analgetics that are intended to block dysregulated receptors. In this way, those affected could be helped in a targeted manner in the future. Based on our study, we recommend genetic testing in addition to further etiological diagnostics especially if the clinical characteristics are present. The panel to be examined should include as many pain-associated genes as possible - primarily the genes coding for the voltage-dependent sodium channels SCN9A, -10A and 11A and the TRP channel proteins TRPA1, TRPV1 and -3.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 avril 2024) / La neuropathie axonale géante (GAN) est une maladie neurodégénérative autosomique récessive mortelle. Les phénotypes d'apparition de la GAN sont des déficits des voies sensorielles et motrices qui évoluent vers l'aréflexie, la perte de la sensibilité profonde et superficielle, l'altération de la démarche, la perte de déplacement autonome et la mort dans les 10 à 30 ans. La gigaxonine est un adaptateur spécifique de substrat des protéines de la famille Cul3-E3 ligase qui favorise la dégradation des protéines du cytosquelette par médiation protéasomale, notamment des protéines de la famille des filaments intermédiaires (IFs). La perte de fonction de la protéine gigaxonine entraîne l'agrégation des protéines des neurofilaments (NFs) dans le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). La biopsie du nerf sural de patients atteints de GAN a révélé une accumulation massive de IFs provoquant un gonflement des axones, une caractéristique typique de la maladie de GAN. Des fibroblastes humains et des motoneurones iPSc cultivés in vitro ont présenté une accumulation importante de IFs en l'absence de gigaxonine. En outre, les souris knock-out à la gigaxonine présentaient des niveaux accrus de protéines NFs dans le cerveau, la moelle épinière et le nerf sciatique entre l'âge de 3 et 18 mois. Malgré l'accumulation de NFs, ces souris n'ont pas développé de phénotypes typiques de la maladie de la GAN. De plus, les axones géants étaient absents chez ces animaux. Il est bien établi que les NFs jouent un rôle important dans le SNC et le SNP en maintenant le cytosquelette neuronal, la régulation synaptique et le transport axonal. Cependant, nous ne savons toujours pas dans quelle mesure les accumulations de NFs contribuent à la maladie de la GAN. Des études antérieures ont révélé que la formation d'accumulations de NF est parfois associée à un transport axonal défectueux. Dans la maladie de Charcot-Marie-Tooth, il a été constaté que les mutations du gène NEFL encodant la sous-unité légère des neurofilaments (Nefl) provoquaient des accumulations de NFs et des défauts dans le transport axonal. En outre, la cultivation des neurones présentant des NFs désorganisés en raison de la surexpression du gène PRPH encodant la périphérine (Prph) dans des cellules portant un knock-out du gène Nefl ont présenté un transport axonal des organelles aberrant. Dans cette étude, nous avons généré une souris double transgénique de la maladie de GAN qui est basée sur le croisement de souris transgéniques surexprimant la périphérine (souris TgPer) dans un contexte de portant un knock-out du gène encodant gigaxonine (Gan-/-). Les souris Gan-/-;TgPer obtenues développent à un jeune âge des accumulations de IFs composées des protéines NFs et Prph provoquant le gonflement des motoneurones. En outre, les souris Gan-/-;TgPer présentent des déficits cognitifs et moteurs à l'âge de 12 mois. La microscopie a révélé une perte substantielle du calibre des neurones et des axones chez ces souris. De manière intéressante, des axones géants (≥160µm²) remplis de IF désorganisés ont également été trouvés chez ces souris, une caractéristique typique de la maladie de le GAN. En outre, nous avons également examiné les effets de l'agrégation des NF sur le transport axonal. L'imagerie de cultures de neurones des ganglions spinaux (neurones DRG) Gan-/- a montré un transport axonal défectueux des mitochondries et des lysosomes. De plus, le traitement avec la Tubastatine A (TubA) a augmenté les niveaux de tubuline acétylée et a restauré le transport axonal normal des mitochondries et des lysosomes dans ces neurones DRG en culture. Nous avons également testé l'effet du médicament TubA chez les souris Gan-/- ;TgPer. À l'âge de 12 mois, le traitement au TubA des souris Gan-/-;TgPer pendant quelques semaines a entraîné une légère amélioration de la fonction motrice, et en particulier une amélioration significative de la démarche. En conclusion, nous avons réussi à générer un modèle murin de la maladie de la GAN présentant une désorganisation des NF, des déficits cognitifs et un dysfonctionnement moteur. De plus, nous avons montré que la déficience en gigaxonine entraîne une désorganisation des NF ainsi qu'une altération du transport axonal antérograde des organelles. Les souris Gan-/-;TgPer devraient être utiles pour étudier les changements pathogéniques associés à la maladie de la GAN et pour tester des médicaments potentiels. / Giant axonal neuropathy (GAN) is a fatal autosomal recessive neurodegenerative disease. Onset phenotypes of GAN are sensory and motor tract deficits which progress into areflexia, loss of deep and superficial sensitivity, gait impairment, loss of ambulance, and death occurs within 10-30 years of the phenotypic onset. Gigaxonin is a substrate-specific adaptor of the Cul3-E3 ligase family proteins that promotes proteasomal-mediated-degradation of cytoskeletal proteins including intermediate filament (IF) family proteins. Loss of function in gigaxonin protein causes the aggregation of neurofilament (NF) proteins in the central nervous system (CNS) and in the peripheral nervous system (PNS). Sural nerve biopsy of GAN patients revealed massive accumulation of IFs causing swelling of axons, a typical characteristic of GAN disease. In vitro cultured human fibroblasts and iPSc motor neurons exhibit severe accumulation of IFs in absence of gigaxonin. Further, gigaxonin knockout mice shows increased levels of NF proteins in brain, spinal cord, and sciatic nerve from the age 3 to 18 months. Despite NF accumulations these mice did not develop overt phenotypes of GAN disease. Moreover, giant axons were absent in these animals. It is well established that NFs play an important role in CNS and PNS in maintaining the neuronal cytoskeletal, synaptic regulation, and axonal transport. Yet, it remains unknown to what extent NF accumulations contribute to the GAN disease. Past studies revealed that the formation of NF accumulations is sometimes associated with defective axonal transport. In Charcot-Marie-Tooth disease mutations in the neurofilament, NEFL gene were found to cause accumulations of NFs and defects in axonal transport. In addition, cultured neurons with disorganized NFs due to overexpression of PRPH gene in the context of NEFL knockout exhibited aberrant axonal transport of organelles. In the present study, we have generated a double transgenic mouse model of GAN disease which is based on the crossing of transgenic mice overexpressing peripherin protein (TgPer) in context of gigaxonin knockout (Gan-/-). The resulting Gan-/-;TgPer mice at a young age develop IF accumulations made up of NF and Prph proteins causing the swelling of the spinal neurons. In addition, Gan-/-;TgPer mice exhibited cognitive and sensory-motor deficits at 12 months of age. Microscopy has revealed substantial neuronal and axon caliber loss in these mice. Interestingly, giant axons (≥160µm²) were also found in these mice filled with disorganized IF, a typical characteristic of GAN disease. In addition, we have also examined the effects of NF aggregation on axonal transport. Live cell imaging has shown defective axonal transport of mitochondria and lysosomes in Gan-/- cultured DRG neurons. Further, the treatment with Tubastatin A (TubA) increased the levels of acetylated tubulin and restored normal axonal transport of mitochondria and lysosomes in these cultured DRG neurons. Furthermore, we also tested the effect of the TubA drug in Gan-/- ;TgPer mice. At 12 months of age, TubA treatment of Gan-/-;TgPer mice for a few weeks led to a slight amelioration of motor function, and a significant improvement in gait. In conclusion, we have successfully generated a mouse model of GAN disease exhibiting NF disorganization, cognitive deficits, and sensory-motor dysfunction. Furthermore, we have shown that gigaxonin deficiency causes NF disorganization as well as impairment of anterograde axonal transport of organelles The Gan-/-;TgPer mice should be useful to investigate the pathogenic changes associated with GAN disease and for testing potential drugs.

Zusammenfassend konnte durch unsere Daten die eingangs gestellte Hypothese, dass Patienten mit SFN eine lokal und systemisch erhöhte Expression pro-inflammatorischer und algetischer Zytokine haben, auf lokaler Ebene bei der Untergruppe mit LD-SFN bestätigt werden. Bei der Untergruppe mit NLD-SFN waren keine Unterschiede bei den Zytokinexpressionen zwischen proximalen und distalen Hautbiopsien im Vergleich zu Kontrollprobanden nachweisbar. Zudem zeigten sich deutliche Unterschiede bei den Quotienten der IENFD zwischen beiden Untergruppen. Dies legt die Vermutung nahe, dass die Unterteilung in LD-SFN und NLD-SFN klinisch bedeutsam und ein möglicher Grundstein für das Verständnis der pathophysiologischen Mechanismen der SFN sein könnte. Hieraus könnten sich Fortschritte in der Diagnostik ergeben und gezielte symptomatische und vielleicht sogar kausale Therapien auf lokaler Ebene bei der SFN entwickeln. / A subgroup of patients with small fiber neuropahties with a lenght-dependent distribution pattern concerning the reduction of intraepidermal nerve fibers (LD-SFN) have a higher cytokine gene expression of pro-inflammatory cytokines in affected skin.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met bibliogr., lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Touch sensation is the ability to perceive mechanical cues which is required for essential behaviors. These encompass the avoidance of tissue damage, environmental perception, and social interaction but also proprioception and hearing. Therefore research on receptors that convert mechanical stimuli into electrical signals in sensory neurons remains a topical research focus. However, the underlying molecular mechanisms for mechano-metabotropic signal transduction are largely unknown, despite the vital role of mechanosensation in all corners of physiology. Being a large family with over 30 mammalian members, adhesion-type G protein-coupled receptors (aGPCRs) operate in a vast range of physiological processes. Correspondingly, diverse human diseases, such as developmental disorders, defects of the nervous system, allergies and cancer are associated with these receptor family. Several aGPCRs have recently been linked to mechanosensitive functions suggesting, that processing of mechanical stimuli may be a common feature of this receptor family – not only in classical mechanosensory structures. This project employed Drosophila melanogaster as the candidate to analyze the aGPCR Latrophilin/dCIRL function in mechanical nociception in vivo. To this end, we focused on larval sensory neurons and investigated molecular mechanisms of dCIRL activity using noxious mechanical stimuli in combination with optogenetic tools to manipulate second messenger pathways. In addition, we made use of a neuropathy model to test for an involvement of aGPCR signaling in the malfunctioning peripheral nervous system. To do so, this study investigated and characterized nocifensive behavior in dCirl null mutants (dCirlKO) and employed genetically targeted RNA-interference (RNAi) to cell-specifically manipulate nociceptive function. The results revealed that dCirl is transcribed in type II class IV peripheral sensory neurons – a cell type that is structurally similar to mammalian nociceptors and detects different nociceptive sensory modalities. Furthermore, dCirlKO larvae showed increased nocifensive behavior which can be rescued in cell specific reexpression experiments. Expression of bPAC (bacterial photoactivatable adenylate cyclase) in these nociceptive neurons enabled us to investigate an intracellular signaling cascade of dCIRL function provoked by light-induced elevation of cAMP. Here, the findings demonstrated that dCIRL operates as a down-regulator of nocifensive behavior by modulating nociceptive neurons. Given the clinical relevance of this results, dCirl function was tested in a chemically induced neuropathy model where it was shown that cell specific overexpression of dCirl rescued nocifensive behavior but not nociceptor morphology. / Der Tastsinn ist die Fähigkeit, mechanische Reize wahrzunehmen, die für essentielle Verhaltensweisen notwendig sind. Dazu gehören die Vermeidung von Gewebsschädigungen, die Wahrnehmung der Umwelt und soziale Interaktion, aber auch die Propriozeption und das Hören. Daher bleibt die Forschung an Rezeptoren, die mechanische Reize in sensorischen Neuronen in elektrische Signale umwandeln, ein aktueller Forschungsschwerpunk. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen für die mechanometabotrope Signalübertragung sind trotz der wesentlichen Rolle des Tastsinns in allen Bereichen der Physiologie weitgehend unbekannt. Adhäsions G-Protein gekoppelte Rezeptoren (aGPCRs), eine große Molekülfamilie mit über 30 Vertretern im Menschen, sind an einer Vielzahl von physiologischen Prozessen beteiligt. Demzufolge wird ein Zusammenhang zwischen diesen Rezeptoren und verschiedenen Erkrankungen des Menschen, wie z. B. Entwicklungsstörungen, Defekte des Nervensystems, Allergien und Krebs, angenommen. Mehrere aGPCRs wurden kürzlich mit mechanosensitiven Funktionen in Verbindung gebracht, was darauf hindeutet, dass die Verarbeitung mechanischer Reize ein gemeinsames Merkmal dieser Rezeptorfamilie ist – nicht nur in klassischen mechanosensorischen Strukturen. In diesem Projekt wurde Drosophila melanogaster verwendet, um die Funktion des aGPCR-Latrophilin/dCIRL in der mechanischen Nozizeption in vivo zu analysieren. Zu diesem Zweck konzentriert sich diese Arbeit auf mechano-sensorische Neurone (Typ II Klasse IV) der Fruchtfliegenlarve, um die molekularen Mechanismen der dCIRL-Aktivität zu untersuchen. Hierzu wurden noxische mechanische Reize in Kombination mit optogenetischen Werkzeugen, zur Manipulation der Second-Messenger-Signalübertragung, herangezogen. Zusätzlich wurde ein Neuropathie-Modell etabliert, um eine Beteiligung des aGPCRs dCIRL am beeinträchtigten peripheren Nervensystem zu testen. Zu diesem Zweck untersucht und charakterisiert diese Studie das nozizeptive Verhalten in dCirl-Nullmutanten (dCirlKO) und die RNA-Interferenz (RNAi) Methode, um zellspezifische Manipulationen auszuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass dCirl in spezifischen peripheren sensorischen Neuronen (C4da) transkribiert wird - ein Zelltyp, der Nozizeptoren in Säugern strukturell ähnlich ist und verschiedene nozizeptive sensorische Modalitäten vermittelt. Darüber hinaus zeigen dCirlKO-Larven ein erhöhtes nozizeptives Verhalten, welches mittels zellspezifischer Reexpression gerettet werden kann. Die Expression von bPAC (bakterielle photoaktivierbare Adenylatcyclase) in diesen nozizeptiven Neuronen ermöglichte es, intrazelluläre Signalkaskaden von CIRL zu untersuchen, welche durch lichtinduzierte Erhöhung von cAMP angeregt werden. Dieser Versuch zeigt, dass dCIRL durch die Modulation nozizeptiver Neuronen eine Herabregulation des nozizeptiven Verhaltens bewirkt. Angesichts der klinischen Relevanz dieses Ergebnisses wurde die dCirl-Funktion in einem chemisch induzierten Neuropathie-Modell getestet. Dabei stellte sich heraus, dass zellspezifische Überexpression von dCirl eine ausgeprägte Hyperalgesie reduziert, morphologische Schädigungen hingegen nicht gerettet werden konnten.

La surdité est l'un des déficits sensoriels les plus fréquents dans nos sociétés industrialisées. Parmi les pathologies de l'audition, les surdités de perception ou neurosensorielles sont les plus répandues. Les surdités de perception sont dues à un dysfonctionnement de la cochlée impliquant l'homéostasie ionique, la perte des cellules sensorielles et des neurones ganglionnaires. Alors qu'une altération de l'homéostasie ou que la perte de cellules sensorielles entraine immanquablement la survenue d'une surdité, l'impact de la perte de neurones ganglionnaires est mal connu.L'objet de cette thèse était d'évaluer l'impact des pertes neuronales sur l'audition. Pour ce faire, nous avons développé un outil pharmacologique capable de créer une perte sélective de neurones auditifs primaires, sans endommager les structures pré-synaptiques telles que les cellules sensorielles et la strie vasculaire. Pour ce faire, nous avons appliqué des doses croissantes de ouabaïne sur la membrane de la fenêtre ronde chez la gerbille. Les tests électrophysiologiques (produits de distorsions acoustiques, potentiel endocochléaire et potentiel d'action composite du nerf auditif) ont été réalisés avant et 6 jours après l'application de ouabaïne. A la fin des explorations fonctionnelles, les cochlées étaient prélevées et préparées pour réaliser des évaluations morphologiques en microscopie confocale et en microscopie électronique à transmission.Jusqu'à 80 µM, la ouabaïne n'entrainait aucun changement significatif des produits de distorsions acoustiques ce qui reflétait le bon fonctionnement des cellules ciliées externes, ni du potentiel endocochléaire témoin du fonctionnement normal de la strie vasculaire. En revanche, les mêmes concentrations de ouabaïne provoquaient une diminution dose-dépendante de l'amplitude du potentiel d'action composite du nerf auditif, étroitement associée à une perte de neurones ganglionnaires et de synapses afférentes. Si l'amplitude du potentiel d'action composite du nerf auditif constitue un bon indicateur du nombre et de l'état fonctionnel des neurones ganglionnaires et des synapses afférentes, ce n'est donc pas le cas pour les seuils audiométriques. En effet, ce n'était qu'avec une perte de 75 % des synapses afférentes et supérieure à 55 % des neurones ganglionnaires, qu'une élévation des seuils audiométriques était observée, après une perfusion de 80 µM de ouabaïne. A 100 µM de ouabaïne, l'élévation des seuils auditifs résultait de la perte cumulée des cellules sensorielles et de l'altération de la strie vasculaire, se surajoutant aux dommages neuronaux et synaptiques.L'ensemble de nos résultats montrait que l'application de ouabaïne sur la membrane de la fenêtre ronde chez la gerbille constitue un excellent modèle pour étudier l'impact de la perte sélective des neurones ganglionnaires sur la fonction auditive. Il apparaît aussi nécessaire de développer des outils d'investigation plus précis que le simple audiogramme pour évaluer les pertes neuronales chez l'homme. / Deafness is one of the most frequent sensory deficits in our industrialized societies. Among the auditory pathologies, sensorineural deafness is the most wide-spread. Sensorineural deafness is due to a dysfunction of the cochlea involving the ionic homeostasis, loss of sensory cells and spiral ganglion neurons. While an alteration of the homeostasis or the loss of sensory cells induce inevitably the appearance of deafness, the impact of spiral ganglion neuron loss is unknown.The object of this thesis was to estimate the impact of spiral ganglion neuron losses on the auditory function. We developed a pharmacological tool capable of creating a selective loss of spiral ganglion neurons, without damaging the presynaptic structures such as the sensory cells and the stria vascularis. To do this, we applied increasing doses of ouabain to the round window membrane in the gerbil. Electrophysiological evaluations such as the distortion product otoacoustic emissions, the endocochlear potential and the compound action potentials of the cochlear nerve were recorded before and 6 days after application of ouabain. At the end of the functional evaluations, the cochlea were removed and prepared for morphological evaluations using confocal microscopy and transmission electron microscopy.Our results showed that up to a concentration of 80 µM, ouabain did not induce any significant change of the amplitude of the distortion product otoacoustic emissions, which indicated a normal functional state of the outer hair cells, nor of the endocochlear potential which reflected an intact stria vascularis. On the other hand, the same concentrations of ouabain led to a dose-dependent decrease of the amplitude of the compound action potentials, which was strictly associated with a loss of spiral ganglion neurons and afferent synapses, as assessed by morpho-anatomical analyses. If the amplitude of the compound action potentials constitutes a good indicator of the number and the functional state of the spiral ganglion neurons and the afferent synapses, it is not the case for the audiometric thresholds. Indeed, a loss of 75 % of afferent synapses and more than 55 % loss of the ganglion neurons was necessary before an elevation of the audiometric thresholds was observed in the cochleae perfused with 80 µM ouabain. At 100 µM ouabain, the elevation of the auditory thresholds may result from the accumulated loss of sensory cells, damage to the stria vascularis, in addition to the loss of the spiral ganglion neurons and afferent synapses. All these results indicate that the application of ouabain onto the round window membrane in the gerbil is an excellent model to study the impact of the selective loss of the spiral ganglion neurons on hearing function. More generally, this study points towards the necessity of developing more precise tools, beyond the simple audiogram, for the investigation of auditory neuron loss in humans.

In der vorliegenden Studie wurden 32 Patienten (19 Frauen, 13 Männer, medianes Alter 50 Jahren, Spanne: 26-83 Jahre) mit einem klinisch akralen neuropathischen Schmerzsyndrom unterschiedlicher Genese mittels QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Unser Patientenkollektiv bestand aus drei Subgruppen: sechsen Patienten erfüllten die Kriterien einer SFN, acht Patienten hatten eine Neuropathie der großkalibrigen Nervenfasern mit zusätzlicher Beeinträchtigung der kleinkalibrigen Nervenfasern und weitere acht Patienten hatten ein akrales Schmerzsyndrom mit neuropathischen Charakteristika, ohne vorbekannte Diagnose einer Neuropathie der groß- oder kleinkalibrigen Nervenfasern. Die Patienten wurden mittels klinischer neurologischer Untersuchung, elektrophysiologischer Tests, QST, PREP und Hautbiopsie untersucht. Die Patientendaten wurden jeweils mit Daten großer Kontrollgruppen verglichen, die wir in unserer Klinik unter Angehörigen und Freunden unserer Patienten mit deren Einwilligung rekrutiert hatten. QST und die Hautbiopsie waren bei Patienten mit SFN und PNP jeweils auffällig, bei akralem Schmerzsyndrom unklarer Ätiologie hingegen unauffällig. Nach elektrischer kutaner Stimulation aller drei Körperregionen zeigte sich eine Amplitudenminderung der PREP-Reizantwort in allen Patientensubgruppen (7,5 µV in der SFN-Gruppe, 3,8 µV in der PNP-Gruppe, und 11,3 µV bei den Patienten mit akralem Schmerzsyndrom). Somit konnten wir zeigen, dass eine Kleinfaserpathologie in der Studienpopulation von Patienten mit neuropathischem Schmerzsyndrom besteht. Nur die Amplitudenminderung der PREP bildet diese Pathologie ab. Diese Daten erlauben uns die eingangs aufgestellte Hypothese, dass PREP zur Diagnostik bei Frage nach Kleinfaserbeteiligung geeignet ist, positiv zu belegen. PREP ist eine nicht-invasive Methode für die Evaluation der Funktion v.a. der Aδ-Faser mit standardisiertem Ablaufprotokoll zur Erhebung von reproduzierbaren Daten. Sie kann bei Patienten mit der Anamnese eines akralen neuropathischen Schmerzsyndroms einen objektiven Hinweis auf eine Dysfunktion der kleinkalibrigen Nervenfasern, auch wenn bereits etablierte Methoden (QST und Hautbiopsie) unauffällig bleiben, erbringen. Entsprechend können die PREP eine wertvolle Ergänzung der klinischen Untersuchungsbatterie für die Evaluation der Funktion der kleinkalibrigen Nervenfasern sein. / 32 adult patients (19 female, 13 male, median age 50 years, range 26-83) suffering from acral neuropathic pain were examined with QST, PREP and skin punch biopsy. Applying current diagnostic criteria and the results of the neurophysiological studies, 16/32 (50%) patients were classified as having idiopathic SFN (Devigili et al., 2008), 8/32 (25%) patients had a mixed fiber neuropathy (MFN, i.e. large and small fiber neuropathy), and 8/32 (25%) patients had neuropathic pain without signs of a large fiber neuropathy or SFN. Patients with SFN and mixed fiber neuropathy were having pathological findings in the skin punch biopsy (reduction of the intraepidermal nerve fiber density-IENFD), while normal findings were seen in patients with acral neuropathic pain Pain related evoked potentials after electrical skin stimulation at three body regions (face, hand, foot) revealed reduction of the peak-to-peak amplitude (PPA) in all patient-groups. Therefore, PREP was the only test providing findings of a small fiber impairment in patients with acral neuropathic pain even when QST and skin punch biopsy remained normal. PREP, as non-invasive method for the evaluation of the Aδ-pathways can be proposed as a valuable additional test for the evaluation of small fiber dysfunction in patients with neuropathic pain syndromes.

Thesis (doctoral)--Katholieke Universiteit te Nijmegen.

In der Krankheitsentstehung der diabetischen Neuropathie wird die paranodale Demyelinisierung als ein möglicher Pathomechanismus diskutiert, wobei Studien mit Gewebeproben von Patienten aufgrund der Invasivität limitiert sind. In der vorliegenden Studie wurden periphere Nervenfasern in Hautbiopsien von Patienten mit diabetischer Neuropathie und in Patienten mit Diabetes mellitus ohne Neuropathie untersucht. Ziel war es, nodale und paranodale Veränderungen, wie eine Dispersion der paranodalen Proteine Caspr und Neurofascin oder der nodalen Na-Kanäle, zu detektieren und die Proben auf verlängerte Ranvier`sche Schnürringe zu untersuchen. Es wurde die Hypothese überprüft, dass paranodale Demyelinisierungen bei Patienten mit diabetischer Neuropathie in Hautbiopsien, als minimal-invasive Methode, nachweisbar sind. Hautproben von Patienten mit Diabetes mellitus ohne Neuropathie sollten zudem in einem frühen Krankheitsstadium untersucht werden. Für die Untersuchung konnten 35 Patienten mit einer diabetischen Neuropathie, 17 Patienten mit Diabetes mellitus und 31 Kontrollen eingeschlossen werden. Immunfluoreszenzfärbungen mit Antikörpern gegen Caspr, Neurofascin und Natrium-Kanälen wurden zur Analyse der Ranvier`schen Schnürringarchitektur durchgeführt und ausgewertet. Eine erhöhte Anzahl an verlängerten Schnürringen, als Zeichen einer segmentalen Demyelinisierung, konnte in den Patienten mit diabetischer Neuropathie aber auch in Patienten mit Diabetes mellitus nachgewiesen werden. Weiterhin waren vermehrt Veränderungen der paranodalen Proteine, wie eine Dispersion von Caspr und Neurofascin in den Proben des Fingers der Patienten mit diabetischer Neuropathie sowie eine Dispersion von Neurofascin im Unterschenkel in beiden Patientengruppen nachweisbar. Interessanterweise waren einzelne Veränderungen auch in den gesunden Kontrollen auffindbar. Veränderungen der Schnürringarchitektur lassen sich mithilfe der Hautbiopsie nachweisen und quantifizieren. Nodale und paranodale Veränderungen weisen auf demyelinisierende Prozesse in Patienten mit diabetischer Neuropathie hin und finden sich auch bereits in einem frühen Krankheitsstadium. / During the course of diabetic neuropathy, paranodal demyelination has been discussed as a possible mechanism, although studies with tissue samples from patients are limited due to its invasiveness. In the present study, peripheral nerve fibers were examined in skin biopsies from patients with diabetic neuropathy and in patients with diabetes mellitus without neuropathy. The aim was to detect nodal and paranodal changes, such as a dispersion of the paranodal proteins Caspr and Neurofascin or the nodal sodium channels, and to examine the samples for elongated nodes of Ranvier. The hypothesis was tested that paranodal demyelination in patients with diabetic neuropathy can be detected in skin biopsies as a minimally invasive method. Skin samples from patients with diabetes mellitus without neuropathy should also be examined at an early stage of the disease. 35 patients with diabetic neuropathy, 17 patients with diabetes mellitus and 31 controls could be included in the study. Immunofluorescence staining with antibodies against Caspr, Neurofascin and sodium channels were carried out and evaluated in order to analyze the architecture of nodes of Ranvier. An increased number of elongated nodes, as a sign of segmental demyelination, could be demonstrated in patients with diabetic neuropathy, but also in patients with diabetes mellitus. An increased number of changes in paranodal proteins, such as a dispersion of Caspr and Neurofascin in the samples of the finger of the patients with diabetic neuropathy and a dispersion of Neurofascin in the lower leg in both patient groups, were detectable. Interestingly, alterations of the nodal architecture could also be found in healthy controls. A disruption of the architecture of the node of Ranvier can be detected and quantified using skin biopsies. Nodal and paranodal alterations indicate demyelinating processes in patients with diabetic neuropathy and are also found at an early stage of the disease.