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Der endogene adaptive Mechanismus der Hypoxietoleranzentwicklung, als ischemic tolerance bezeichnet, wurde sowohl für Angina-pectoris-Anfälle vor einem folgenden Myokardinfarkt als auch für eine TIA vor einem ischämischen Hirninfarkt beschrieben. Da es Anhalte für eine Minderperfusion des Hirngewebes nach einem Schädelhirntrauma (SHT) gibt, wurde hier untersucht, welche Auswirkung eine cerebrale, ischämische Präkonditionierung (IPC) in Form einer TIA vor dem Trauma oder mikroangiopathische Veränderungen des Hirnparenchyms im CT oder die als neuroprotektiv beschriebene Acetylsalicylsäure auf die Nachblutungsrate bei SHT-Patienten haben. Die Nachblutungsrate in der Gruppe der ischämisch präkonditionierten war signifikant geringer als in der Kontrollgruppe (10,4 % vs. 48,9 %, p<0,001). Auf Grund einer Korrelation der ASS Einnahme mit dem vorliegen einer IPC konnte für diesen Faktor in der multivariaten Analyse kein signifikantes Ergebnis gezeigt werden. Der Glasgow Coma Scale als Maß für das neurologische Defizit bei Entlassung unterschied sich nicht signifikant (12,9 vs. 12,7). Insgesamt traten bei 35,7 % der Patienten Nachblutungen auf, bei initial unauffälligem CT sogar in 54 %. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass eine IPC vor einem SHT eine Rolle spielen könnte. Da jedoch die vorliegenden Daten zeigen, dass eine Nachblutung nicht zwingend mit einem schlechteren neurologischen Outcome einhergeht, müssen noch andere Faktoren existieren, die den klinischen Verlauf eines SHT-Patienten beeinflussen. Diese Studie belegt erneut die Notwendigkeit von Verlaufskontrollen - z.B. mittels CT - da auch bei initial unauffälligem CT-Befund intraparenchymale Blutungen auftreten.

Die bakterielle Meningitis verursacht oft motorische Ausfälle, Anfälle, Hörverlust und kognitive Störungen trotz adäquater Antibiose. Streptococcus pneumoniae ist der häufigste Auslöser einer bakteriellen Meningitis des Erwachsenen und verursacht neuronale Apoptose im Hippocampus. Die Apoptose der Hippocampusneurone bei der experimentellen Pneumokokkenmeningitis war zum Teil durch Caspase-3 vermittelt und hing von der Entzündungsreaktion im Liquor ab. Sowohl Caspase-Inhibition als auch Hemmung der intrathekalen Entzündung reduzierten den neuronalen Zelltod. Jedoch konnte durch beide Therapiestrategien neuronaler Zelltod nicht komplett verhindert werden, was auf Caspase- und Entzündungs-unabhängige Zelltodmechanismen hinweist. Bakterielle Faktoren spielten eine wichtige Rolle für die neuronale Apoptose sowohl in vitro als auch in vivo. Pneumokokken induzierten neuronale Apoptose in vitro bei Abwesenheit von Entzündungszellen ohne jegliche Caspasenaktivierung. Vielmehr kam es dabei zu einem raschen intrazellulären Anstieg von Kalzium und reaktiven Sauerstoffradikalen sowie zu einer frühen Mitochondrienschädigung. Geschädigte Mitochondrien setzten den Apoptose-induzierenden Faktor AIF frei, welcher nach nukleärer Translokation zur Apoptose führte. Intrazytoplasmatische Injektion von anti-AIF Antikörpern blockierte die Apoptose. Diese Resultate belegen eine essentielle Rolle der Mitochondrienschädigung und AIF-Freisetzung bei der Pneumokokken-induzierten Apoptose. Als Haupttrigger neuronaler Apoptose konnten zwei Schlüsseltoxine sowohl in vitro als auch in vivo identifiziert werden: Pneumolysin und H2O2. Pneumolysin verursachte einen raschen Anstieg von intrazellulärem Kalzium, eine rasche Zerstörung von Mitochondrien und eine damit einhergehende Freisetzung von AIF. Kalzium-Chelation blockierte AIF-Freisetzung und Zelltod. In der experimentellen Pneumokokkenmeningitis verursachten Bakterien, in denen beide Toxine inaktiviert wurden, eine deutlich geringere neuronale Schädigung. Neue adjunktive Therapien für die Klinik könnten resultieren aus: Caspase-Inhibition, Blockade der Entzündung, anti-oxidative Strategien und Inaktivierung bakterieller Toxine. / Bacterial meningitis often causes motor deficits, seizures, hearing loss or cognitive impairment, despite adequate bacterial killing by antibiotics. Streptococcus pneumoniae is the most common cause of adult bacterial meningitis damaging the hippocampus by inducing neuronal apoptosis. Neuronal hippocampal apoptosis in experimental pneumococcal meningitis was mediated in part by caspase-3 and derived from the inflammatory response in the cerebrospinal fluid. Caspase inhibition and blocking of intrathecal inflammation significantly reduced hippocampal neuronal cell death. However, both strategies did not prevent completely neuronal death indicating caspase- and inflammation-independent mechanisms. Bacterial factors play an essential role in neuronal apoptosis both in vivo and in vitro. Exposure of neurons to live pneumococci in vitro in the absence of inflammation induced rapid apoptosis, which was not associated with the activation of caspases. Rather, apoptosis was attributed to rapid increase of intracellular calcium and reactive oxygen species and early damage to mitochondria. This was followed by the release of apoptosis-inducing factor (AIF) from the mitochondria, its nuclear translocation and apoptosis. Furthermore, intracytoplasmatic microinjection of AIF-specific antiserum markedly impaired pneumococcus-induced apoptosis. These findings indicate that mitochondrial damage and AIF play a central role in brain cell apoptosis and bacterial pathogenesis. Two key toxins of Streptococcus pneumoniae inducing apoptosis were identified in in vitro and in vivo experiments: pneumolysin and hydrogen peroxide. Pneumolysin induced increases of intracellular calcium, damage of mitochondria and release of AIF. Chelating calcium effectively blocked AIF release and cell death. Infection with pneumococci unable to produce pneumolysin and hydrogen peroxide significantly reduced damage in experimental pneumococcal meningitis. New adjunctive therapeutic strategies in clinics may result from caspase-inhibition, blocking of inflammation, anti-oxidative strategies and inactivation of bacterial toxins.

Ziel der vorliegenden Arbeit war, die pathogenetische Bedeutung von dynamischen Zellzyklusveränderungen nach transienter fokaler Ischämie zu analysieren. Als in-vivo-Modell des humanen Schlaganfalls wurde eine 30-minütige Fadenokklusion der A. cerebri media (MCAo) in der Maus gewählt. In diesem Modell findet ein zeitlich verzögerter selektiver Zelluntergang von striatalen Projektionsneuronen bei relativer Aussparung von Gliazellen und Interneuronen statt. Somit entspricht dieses Modell dem humanpathologischen Konzept der "elektiven Parenchymnekrose". Als in-vitro-Modell wurde eine 90-minütige Sauerstoff-Glukose-Deprivation (OGD) der primären neuronalen Zellkultur eingesetzt. Die Experimente wurden parallel in vivo und in vitro durchgeführt. Wir konnten zeigen, daß alle adulten striatalen Neurone den zellzyklushemmenden CDK4-Inhibitor p16INK4a in vivo exprimierten. Die spezifische Herunterregulierung dieses Inhibitors nach 30-minütiger "milder" zerebraler Ischämie war ein frühzeitiger und zuverlässiger Indikator des verzögerten neuronalen Zellunterganges. Der Verlust von p27Kip1, eines weiteren CDK-Inhibitors, ging dem Zelluntergang in der primären neuronalen Zellkultur nach OGD voraus. Der Verlust von CDK-Inhibitoren wurde von der Hochregulierung des Cyclin D1 begleitet. Cyclin D1 wurde in den Zellkern transloziert. Dieser Translokation folgte eine Aktivierung der Cyclin-abhängigen Kinase 2 (CDK2). Wir postulieren, daß die Herunterregulierung der CDK-Inhibitoren das initiierende Ereignis für die Zellzyklusaktivierung darstellt. Die Mehrzahl der Neurone wurde noch vor dem Eintritt in die S-Phase apoptotisch, wenngleich eine kleine Fraktion noch vor ihrem Untergang DNA synthetisierte. Die Behandlung mit dem synthetischen CDK-Inhibitor Olomoucine schützte die primäre neuronale Zellkultur signifikant vor OGD. In der Zusammenschau weisen diese Ergebnisse darauf hin, daß die Zellzyklusaktivierung nach fokaler transienter Ischämie kausal mit der Schadensprogression verknüpft ist. Die pharmakologische Inhibition dieser Vorgänge könnte -unter Berücksichtigung der Nebenwirkungen der jeweiligen Pharmaka- einen therapeutischen Ansatz im Rahmen der akuten Schlaganfallbehandlung liefern. / Following mild ischemic insults many neurons undergo delayed neuronal death. Aberrant activation of the cell cycle machinery is thought to contribute to apoptosis in a variety of conditions including ischemia. We demonstrate that loss of endogenous cyclin dependent kinase (Cdk) inhibitor p16INK4a is an early and reliable indicator of delayed neuronal death in striatal neurons after mild cerebral ischemia in vivo. Loss of p27Kip1, another Cdk inhibitor, precedes cell death in neocortical neurons subjected to oxygen glucose deprivation in vitro. The loss of Cdk inhibitors is followed by upregulation of cyclin D1, activation of Cdk2, and subsequent cytoskeletal disintegration. The majority of neurons undergoes cell death prior to entering S-phase; albeit a small number (~1%) do progress to the S-phase prior to their death. Treatment with Cdk inhibitors significantly reduces cell death in vitro. These results show that alteration of cell cycle regulatory mechanisms is a prelude to delayed neuronal death in focal cerebral ischemia and that pharmacological interventions aimed at neuroprotection may be usefully directed at cell cycle regulatory mechanisms.

Ischämietoleranz bezeichnet das Phänomen, dass ein kurzer ischämischer, metabolischer oder physikalischer Stimulus das Gehirn paradoxerweise "resistent" macht gegenüber einer darauffolgenden, längerdauernden Ischämie. In einer retrospektiven Studie versuchten wir die Hypothese zu untermauern, dass transiente ischämische Attacken (als kurzdauernde ischämische Stimuli) vor einem Infarkt (prodromale TIAs) protektiv sind gegen eine nachfolgende zerebrale Ischämie. Es zeigte sich dabei, dass Patienten mit prodromalen TIAs ein geringeres Defizit und einen günstigeren Verlauf zeigten und im CT seltener Infarktfrühzeichen hatten. Somit könnten transiente ischämische Attacken, vor einem Schlaganfall, analog zu der Situation am Herzen und wie in zahlreichen in vivo Modellen gezeigt, ein klinisches Korrelat zur hypoxischen Präkonditionierung darstellen. Im experimentellen Teil der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass sich hypoxische Präkonditionierung in vitro in neuronalen Kulturen modellieren lässt. Eine kurzzeitige Sauerstoff-Glucose-Deprivation (OGD) 1-3 Tage vor einer längeren OGD führt zu einem signifikanten Schutz von Neuronen, bis zu 90%. Hypoxietoleranz kann auch durch andere metabolische Stimuli, wie Inhibition von Atmungskettenenzymen durch 3-NPA im gleichen Zeitrahmen simuliert werden. Eine genaue Kenntnis der endogenen Neuroprotektion durch Ischämietoleranz könnte in Zukunft helfen, den Schaden durch ischämische Infarkte und ischämische Enzephalopathien zu minimieren. / Ischemic tolerance is a phenomenon where a brief episode of ischemia renders the brain resistant against a subsequent, longerlasting ischemic event. In a retrospective study we tested the hypothesis that transient ischemic attacks (as brief ischemic stimuli) before cerebral ischemia (prodromal TIA's) may have a protective effect. Here we show that patients with prodromal TIA's have less severe neurologic impairment, a better clinical course and have less early infarct signs. Therefore we siggest that TIA's, before stroke could represent a clinical correlate to hypoxic preconditioning, as shown in the heart. Experimentally we were able to model hypoxic preconditioning in vitro using neuronal cultures. Brief oxygen-glucose deprivation (OGD) 1-3 days before longer lasting OGD protects neurons, up to 90%. Hypoxic tolerance was also simulated by metabolic stimuli like inhibition of the respiratory chain by 3-NPA. Increasing knowledge of this endogenous neuroprotection by ischemic tolerance might help to minimize neuronal damage following ischemic strokes and hypoxic encephalopathy.

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Der Morbus Parkinson ist durch den selektiven Zelltod der dopaminergen Neurone der Substantia nigra pars compacta gekennzeichnet. Hierbei sind die verschiedenen Populationen pigmentierter Neurone innerhalb der SNc unterschiedlich stark betroffen. Die Ursachen für diese unterschiedliche Schädigung sind noch nicht bekannt. Möglicherweise besteht aber ein Zusammenhang mit der Verteilung der extrazellulären Matrix innerhalb der Substantia nigra. Für die Untersuchung wurden immunhistochemische Methoden an Hirnschnittserien von menschlichen Kontrollgehirnen angewandt. Zur Darstellung von Komponenten der extrazellulären Matrix wurden drei verschiedene Antikörper genutzt. Dazu gehörten anti- CRTL-1, welcher das Link- Protein 1 von CSPGs detektiert, ein Aggrecan- Antikörper ( Klon HAG7D4), welcher an das Kern- Protein menschlichen Aggrecans bindet, sowie anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5), der die Reste der Chondroitin- Sulfat- Seitenketten verschiedener Proteoglykane detektiert, die nach Verdau mit Chondroitinase ABC übrigbleiben. Zur räumlichen Orientierung und strukturellen Gliederung der Substantia nigra nach der von Damier et al. ( 1999) beschriebenen Calbindin- Methode, auf deren Grundlage die SNc in eine Calbindin-reiche Matrix und Calbindin- arme Bereiche, die sogenannten Nigrosomen, gegliedert wird, wurden benachbarte Hirnschnitte mit anti- Calbindin D₂₈K behandelt. Es zeigte sich, dass extrazelluläre Matrix in Form von perineuronalen Netzen nur an den nicht pigmentierten Neuronen der SNr und SNl vorkommt, während die pigmentierten Neurone der SNc keine perineuronalen Netze besitzen, aber von einer Vielzahl von ACs kontaktiert werden. Deren Dichte war an großen, stark Melanin- haltigen Neuronen am höchsten, sodass in der dorsalen Schicht der SNc, also in den Nigrosomen 3 und 4, besonders viel extrazelluläre Matrix detektiert werden konnte. Im ventralen Anteil der SNc war entsprechend der unterschiedlichen Zellgrößen, insbesondere in Nigrosom 1, eine heterogene Verteilung der extrazellulären Matrix festzustellen. Zur Untersuchung über mögliche Veränderungen der extrazellulären Matrix im Verlauf des Morbus Parkinson wurden Hirnschnitte menschlicher Gehirne mit diagnostiziertem Morbus Parkinson ebenfalls mit den drei Antikörpern zur Darstellung der extrazellulären Matrix behandelt. Dabei zeigte sich, dass insgesamt die Menge extrazellulärer Matrix verringert scheint. Eine Darstellung der perineuronalen Netze mit anti- Proteoglykan- Di-0S (Klon 1B5) war nicht mehr möglich. Wie bereits in früheren Studien verschiedener Autoren festgestellt, waren die stärksten Auswirkungen der neurodegenerativen Prozesse im ventralen Anteil der SNc, vor allem in Nigrosom 1, auszumachen, während die Neurone der Nigrosomen 3 und 4 im dorsalen Anteil weniger vulnerabel erscheinen. Diese Ergebnisse verstärken die Annahme, dass die extrazelluläre Matrix eine protektive Funktion für bestimmte Neuronengruppen besitzt. Bei der Parkinsonschen Erkrankung wird möglicherweise zuerst dieses Schutzsystem zerstört bevor es zum progressiven Neuronenverlust kommt. Ungeklärt bleibt weiterhin was die Ursachen dafür sind.

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