Bislang ist ungeklärt, warum PNPs teils schmerzhaft und teils schmerzlos verlaufen. Die in der vorliegenden Arbeit untersuchte Hypothese lautete, dass ein Ungleichgewicht zwischen pro- und anti-inflammatorischen Zytokinen der unterschiedlichen Schmerzausprägung zugrunde liegt.Es wurden 32 Patienten mit schmerzhafter PNP, 20 Patienten mit schmerzloser PNP und 44 Kontrollpersonen auf die Expression und Produktion ausgewählter pro- und anti-inflammatorischer Zytokine untersucht. Zur Messung der Schmerzhaftigkeit wurden etablierte Schmerzfragebögen verwendet. Zusätzlich wurden nahezu alle Patienten mit der Allgemeinen Depressionsskala befragt. Die Diagnose, Ätiologie, Dauer, klinische Manifestation der PNP sowie die Medikation der Patienten wurde auf standardisierten Erhebungsbögen dokumentiert. Zur Messung der Zytokine wurde morgens Blut in EDTA- und Serummonovetten asserviert und entsprechend der Messmethodik weiterverarbeitet. Die relative Genexpression wurde aus Gesamt-RNA mittels reverser Transkription und quantitativer real-time PCR, die Serumproteine mittels enzyme-linked immunosorbant assay gemessen. Die Patienten mit schmerzhafter PNP hatten in der Mehrzahl Neuropathie-typische Plussymptome und mittelstarke Schmerzen, die eine starke bis sehr starke Behinderung darstellten. Die hier untersuchten Zytokinmuster bei Patienten mit schmerzhafter und schmerzloser PNP zeigten eine Verschiebung zu pro-inflammatorischen Zytokinen bei Patienten mit schmerzhafter PNP. Die Zytokinexpression der Patienten mit schmerzhafter PNP war im Vergleich zu Patienten mit schmerzloser PNP und Kontrollen bezüglich der IL-2 und TNF Expression und Produktion signifikant erhöht. Umgekehrt lagen bei Patienten mit schmerzloser PNP die Produktion und die Expression des IL-4 im Vergleich zu Patienten mit schmerzhafter PNP und Kontrollen höher. Die Expression des IL-10 lag bei Patienten mit schmerzloser PNP ebenfalls höher als bei Patienten mit schmerzloser PNP und Kontrollen, unterschied sich aber auf Proteinebene nicht in den drei Gruppen. Die einleitend gestellte Hypothese, dass der schmerzhafte oder schmerzlose Verlauf einer PNP durch unterschiedliche Zytokinprofile bedingt ist, kann durch die vorliegenden Ergebnisse gestützt werden. In Zusammenschau mit den Daten aus der Grundlagenforschung scheint einem pro-inflammatorischen Zytokinmuster eine entscheidende Rolle an der Entstehung und Aufrechterhaltung neuropathischer Schmerzen zuzukommen. Für TNF sind entsprechende pathophysiologische Wirkungen bekannt. Anti-inflammatorische Zytokine, wie IL-4 und IL-10 zeigten analgetische Wirkungen im Tierversuch. Die Mitwirkung des IL-2 an peripheren Opioid-Rezeptoren lässt eine endogene periphere Analgesie vermuten. Hieraus lassen sich Folgerungen für zukünftige Diagnostik und Therapie neuropathischer Schmerzen ziehen. Durch Erkennung von Zytokin-Imbalancen wären schmerzhafte PNPs früher einer adäquaten Therapie zuzuführen. Durch die Modulation von Zytokinprofilen im Rahmen schmerzhafter PNPs könnten sich zusätzlich therapeutische Möglichkeiten eröffnen. / BACKGROUND: Pain is a common symptom in peripheral neuropathies. The factors determining why some peripheral neuropathies are painful and others are not are incompletely understood. Pro-inflammatory cytokines have been implicated to play a crucial role in the generation of pain. OBJECTIVE: To investigate whether cytokine profiles differ between patients with painful or painless neuropathy. METHODS: In this prospective study, we analyzed blood mRNA and protein levels of the pro-inflammatory cytokines interleukin-2 (IL-2) and tumor necrosis factor-alpha (TNF) and the anti-inflammatory cytokines IL-4 and IL-10 in 32 patients with painful neuropathy, 20 patients with painless neuropathy, and 38 healthy control subjects, using quantitative real-time PCR and ELISA. RESULTS: Patients with a painful neuropathy had about twofold higher IL-2 mRNA (p = 0.001) and TNF mRNA (p < 0.0001) and protein levels (p = 0.009) than healthy control subjects and about twofold higher IL-2 and TNF mRNA (p = 0.03; p = 0.001) and protein levels (p = 0.04; p = 0.04) than patients with painless neuropathy. In contrast, mRNA levels of the anti-inflammatory cytokine IL-10 were about twofold higher in patients with painless neuropathy than in patients with painful neuropathy (p = 0.001) and controls (p = 0.004). IL-4 protein levels were 20-fold higher in patients with painless neuropathy (p < 0.0001) and 17-fold higher in patients with painful neuropathy (p < 0.0001) than in healthy control subjects. CONCLUSIONS: A pro-inflammatory cytokine profile seems to be associated with pain in the setting of a peripheral neuropathy, corroborating findings in animal models with experimental painful neuropathies. This may have implications for future treatment strategies.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

In this study I investigate the role of Schwann cell and axon-derived trophic signals as modifiers of axonal integrity and sprouting in motoneuron disease and diabetic neuropathy (DNP). The first part of this thesis focuses on the role of the Schwann-cell-derived ciliary neurotrophic factor (CNTF) for compensatory sprouting in a mouse model for mild spinal muscular atrophy (SMA). In the second part, the role of the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) and its binding protein 5 (IGFBP-5) is examined in the peripheral nerves of patients with DNP and in two corresponding mouse models. Proximal SMA is caused by homozygous loss or mutation of the SMN1 gene on human chromosome 5. The different forms of SMA can be divided into four groups, depending on the levels of SMN protein produced from a second SMN gene (SMN2) and the severity of the disease. Patients with milder forms of the disease, type III and type IV SMA, normally reach adulthood and regularly show enlargement of motor units, signifying the reinnervation of denervated muscle fibers. However, the underlying mechanisms are not understood. Smn+/- mice, a model of type III/IV SMA, are phenotypically normal, but they reveal progressive loss of motor neurons and denervation of motor endplates starting at 4 weeks of age. The progressive loss of spinal motor neurons reaches 50% at 12 months but muscle strength is not reduced. The first evidence for axonal sprouting as a compensatory mechanism in these animals was the more than 2-fold increase in amplitude of single motor unit action potentials (SMUAP) in the gastrocnemius muscle. Confocal analysis confirmed pronounced sprouting of innervating motor axons. As CNTF is highly expressed in Schwann cells and known to be involved in sprouting, its role for this compensatory sprouting response and the maintenance of muscle strength in Smn+/- mice was investigated. Deletion of CNTF in this mouse model results in reduced sprouting and decline of muscle strength in Smn+/- Cntf-/- mice. These findings indicate that CNTF is necessary for a sprouting response and thus enhances the size of motor units in skeletal muscles of Smn+/- mice. DNP afflicting motor and sensory nerve fibers is a major complication in diabetes mellitus. The underlying cellular mechanisms of motor axon degeneration are poorly understood. IGFBP-5, an inhibitory binding protein for IGF-1, is highly upregulated in peripheral nerves in patients with DNP. The study investigates the pathogenic relevance of this finding in transgenic mice overexpressing IGFBP-5 in motor axons. These mice develop motor axonopathy similar to that seen in DNP. Motor axon degeneration is also observed in mice in which the IGF-1 receptor (IGF-1R) was conditionally depleted in motoneurons, indicating that reduced activity of IGF-1 on IGF-1R in motoneurons is responsible for the observed effect. These data provide evidence that elevated expression of IGFBP-5 in diabetic nerves reduces the availability of IGF-1 for IGF-1R on motor axons leading to progressive neurodegeneration, and thus offers novel treatment strategies. / In dieser Arbeit habe ich die Rolle der neurotrophen Faktoren Ciliary neurotrophic factor (CNTF) und Insulin-like-growth factor 1 (IGF-1), die in Schwannzellen gebildet werden, als Modulatoren der axonalen Integrität bei einer degenerativen Motoneuronenerkrankung und bei diabetischer Neuropathie (DNP) untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit wird gezeigt, dass CNTF für ein kompensatorisches Sprouting von motorischen Axonen in einem Mausmodell für spinale Muskelatrophie (SMA) verantwortlich ist. Im zweiten Teil wird die Rolle von IGF-1 und dessen Bindeprotein, IGFBP-5, in Axonen motorischer Nerven bei Patienten mit DNP und zwei korrespondieren Mausmodellen gezeigt. Die proximale SMA wird durch einen homozygoten Verlust oder Mutation des SMN1 Gens auf dem Chromosom 5 verursacht. Bei der spinalen Muskelatrophie unterscheidet man verschiedene Schweregrade, abhängig von der Menge an SMN Protein, das vom zweiten SMN Gen (SMN2) produziert werden kann. Patienten mit einer milderen Form von SMA (Typ III und IV) erreichen das Erwachsenenalter und zeigen oft vergrößerte motorische Einheiten, im Gegensatz zu Patienten mit den schweren kindlichen Formen der Erkrankung. Smn+/- Mäuse, ein Modell für die leichten SMA Formen Typ II und IV, zeigen denervierte Endplatten bereits 4 Wochen nach der Geburt und einen fortschreitenden Verlust von Motoneuronen, der nach 12 Monaten mehr als 50% beträgt, ohne dass sich die Muskelkraft der Tiere verringert. Die Amplitude der Summenpotenziale von einzelnen motorischen Einheiten (Single motor unit action potential, SMUAP) im Wadenmuskel ist mehr als 2-fach erhöht. Konfokale Aufnahmen bestätigen ausgeprägtes Sprouting der noch innervierenden Axone. Smn+/- Mäuse ohne CNTF, das normalerweise stark in Schwann-Zellen exprimiert ist, zeigen reduziertes Sprouting und verringerte Muskelkraft. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass CNTF für das Sprouting und die vergrößerten motorischen Einheiten in Smn+/- Mäusen verantwortlich ist. Dieser kompensatorische Mechanismus könnte neue Behandlungs-möglichkeiten für Motoneuronerkrankungen eröffnen. Die Diabetische Neuropathie (DNP), eine der Hauptkomplikationen bei Diabetes Mellitus, betrifft sowohl motorische als auch sensorische Nervenfasern. Die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen, die zur Degeneration motorischer Axone in Spätstadien der Erkrankung führen, sind größtenteils noch ungeklärt. IGFBP-5, ein IGF-1 hemmendes Bindeprotein, ist in peripheren Nervbiopsien von DNP Patienten stark überexprimiert. Diese potenzielle pathogene Relevanz wurde bei IGFBP-5 überexprimierenden transgenen Mäusen untersucht. Diese Mäuse entwickeln ähnlich wie die DNP Patienten eine motorische Axonopathie. Diese Axondegeneration zeigen auch Mäuse, bei denen der IGF-1 Rezeptor (IGF-1R) neuronenspezifisch ausgeschaltet wurde. Das bedeutet, dass reduzierte Wirkung von IGF-1 am IGF-1R auf Axonen von Motoneuronen für die beobachtete Axonopathie verantwortlich ist. Zusammenfassend zeigen diese Daten, dass erhöhtes IGFBP-5 in diabetischen Nerven die Verfügbarkeit von IGF-1 für den IGF-1R reduziert und zu progressiver Neurodegeneration führt. Diese Erkenntnis könnte neue Behandlungsstrategien für Patienten mit DNP eröffnen.

Diabetes mellitus und seine Folgeerkrankungen haben aufgrund der hohen Prävalenz in der Bevölkerung eine starke medizinsche Relevanz. Dabei stellen die durch eine diabetische Neuropathie ausgelösten Schmerzen ein Herausforderung in der Schmerztherapie dar. Die Behandlung dieser Schmerzen mit TENS ist eine oft angewendete Therapieoption, welche jedoch in ihrer Wirksamkeit nicht ausreichend evidenzbasiert gesichert ist, da es methodenbedingt bei klinischen Studien zur Wirksamkeit der TENS-Therapie oft Zweifel an einer ausreichenden Verblindung gibt. Die vorliegende Studie untersuchte deshalb Mikro-TENS als Therapiealternative zur TENS-Behandlung im Rahmen einer einfach verblindeten, placebokontrollierten, klinischen Studie mit 41 Patienten. Die Placebokontrolle ist bei der Anwendung von Mikroreizstrom möglich, weil dieser unterhalb der Wahrnehmungsschwelle für sensible Nervenfasern liegt. Damit können die Patienten nicht zwischen MENS-Therapie und Placebo-Therapie unterscheiden. Die Diabetespatienten wurden über 4 Wochen in insgesamt 12 Sitzungen à 30 Minuten mit Mikro-TENS am distalen Fuß beidseits behandelt. Als Messgrößen dienten der PDI, der NPS, der ADS und die durchschnittliche Schmerzintensität auf einer numerischen Ratingskala von 0 bis 10. Diese Variablen wurden jeweils zu Beginn der Studie, direkt am letzten Behandlungstag und einen Monat nach der letzten Behandlung erhoben. Der PDI Score zeigte nach vierwöchiger Therapie eine durchschnittliche absolute Reduktion von 4,27 \\pm 4,17 in der Verum- und 3,79 \\pm 7,71 in der Placebogruppe. Eine mindestens 30 %ige Verbesserung des NPS- und PDI-Scores wurde als Ansprechen auf die Therapie gewertet. Insgesamt konnte bei circa 30 % der 40 Studienteilnehmer eine Therapieresponse festgestellt werden. Laut NPS sprachen nach vier Wochen Reizstromtherapie 6 von 22 Patienten in der Verumgruppe und 10 von 19 Patienten in der Placebogruppe auf die Therapie an. Die Unterschiede zwischen den Studiengruppen waren statistisch nicht signifikant. Letztlich konnte die Wirksamkeit von Mikroreizstromtherapie bei diabetischer Polyneuropathie nicht bestätigt werden. Mit einer größeren Fallzahl und damit größerer statistischer Power könnte möglicherweise ein geringer Unterschied im Therapieerfolg zwischen Placebo- und Verumbehandlung statistisch signifikant werden. Dieser Therapieeffekt wäre aber möglicherweise schmerztherapeutisch als nicht relevant einzuschätzen, da es sich mit 80 %iger Wahrscheinlichkeit (Power der vorliegenden Studie) um eine Reduktion von weniger als 15 Punkten im PDI handelt. Daher kann die Mikroreizstromtherapie zur symptomatischen Therapie bei schmerzhafter diabetischer Neuropathie (dPNP) nicht empfohlen werden. Auf die Wirksamkeit von TENS mit höheren Stromstärken zur Behandlung der dPNP kann anhand der vorliegenden Studie kein Rückschluß gezogen werden. Es profitieren dennoch circa 30 % der insgesamt 40 Studienteilnehmer von der Intervention. Da in der Schmerztherapie Ansprechraten auf eine Placebotherapie von 7 bis 49 % möglich sind, stellt TENS eine Möglichkeit dar, diesen Effekt zusätzlich mit relativ geringem Aufwand auszuschöpfen. Vorteile in der Therapie mit Reizstrom sind außerdem geringe Kosten, nahezu keine unerwünschten Nebenwirkungen und fast kein Vorliegen von Kontraindikationen. Damit ist diese zusätzliche Therapieoptionen der dPNP neben einer optimale Einstellung des Blutzuckers und einer medikamentösen Schmerztherapie nicht außer Acht zu lassen und die Wirksamkeit komplexer Therapieprogramme mit Langzeitreizstromtherapie sollte in weiteren kontrollierten klinischen Studien eruiert werden.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Diabetes mellitus und seine Folgeerkrankungen haben aufgrund der hohen Prävalenz in der Bevölkerung eine starke medizinsche Relevanz. Dabei stellen die durch eine diabetische Neuropathie ausgelösten Schmerzen ein Herausforderung in der Schmerztherapie dar. Die Behandlung dieser Schmerzen mit TENS ist eine oft angewendete Therapieoption, welche jedoch in ihrer Wirksamkeit nicht ausreichend evidenzbasiert gesichert ist, da es methodenbedingt bei klinischen Studien zur Wirksamkeit der TENS-Therapie oft Zweifel an einer ausreichenden Verblindung gibt. Die vorliegende Studie untersuchte deshalb Mikro-TENS als Therapiealternative zur TENS-Behandlung im Rahmen einer einfach verblindeten, placebokontrollierten, klinischen Studie mit 41 Patienten. Die Placebokontrolle ist bei der Anwendung von Mikroreizstrom möglich, weil dieser unterhalb der Wahrnehmungsschwelle für sensible Nervenfasern liegt. Damit können die Patienten nicht zwischen MENS-Therapie und Placebo-Therapie unterscheiden. Die Diabetespatienten wurden über 4 Wochen in insgesamt 12 Sitzungen à 30 Minuten mit Mikro-TENS am distalen Fuß beidseits behandelt. Als Messgrößen dienten der PDI, der NPS, der ADS und die durchschnittliche Schmerzintensität auf einer numerischen Ratingskala von 0 bis 10. Diese Variablen wurden jeweils zu Beginn der Studie, direkt am letzten Behandlungstag und einen Monat nach der letzten Behandlung erhoben. Der PDI Score zeigte nach vierwöchiger Therapie eine durchschnittliche absolute Reduktion von 4,27 \\pm 4,17 in der Verum- und 3,79 \\pm 7,71 in der Placebogruppe. Eine mindestens 30 %ige Verbesserung des NPS- und PDI-Scores wurde als Ansprechen auf die Therapie gewertet. Insgesamt konnte bei circa 30 % der 40 Studienteilnehmer eine Therapieresponse festgestellt werden. Laut NPS sprachen nach vier Wochen Reizstromtherapie 6 von 22 Patienten in der Verumgruppe und 10 von 19 Patienten in der Placebogruppe auf die Therapie an. Die Unterschiede zwischen den Studiengruppen waren statistisch nicht signifikant. Letztlich konnte die Wirksamkeit von Mikroreizstromtherapie bei diabetischer Polyneuropathie nicht bestätigt werden. Mit einer größeren Fallzahl und damit größerer statistischer Power könnte möglicherweise ein geringer Unterschied im Therapieerfolg zwischen Placebo- und Verumbehandlung statistisch signifikant werden. Dieser Therapieeffekt wäre aber möglicherweise schmerztherapeutisch als nicht relevant einzuschätzen, da es sich mit 80 %iger Wahrscheinlichkeit (Power der vorliegenden Studie) um eine Reduktion von weniger als 15 Punkten im PDI handelt. Daher kann die Mikroreizstromtherapie zur symptomatischen Therapie bei schmerzhafter diabetischer Neuropathie (dPNP) nicht empfohlen werden. Auf die Wirksamkeit von TENS mit höheren Stromstärken zur Behandlung der dPNP kann anhand der vorliegenden Studie kein Rückschluß gezogen werden. Es profitieren dennoch circa 30 % der insgesamt 40 Studienteilnehmer von der Intervention. Da in der Schmerztherapie Ansprechraten auf eine Placebotherapie von 7 bis 49 % möglich sind, stellt TENS eine Möglichkeit dar, diesen Effekt zusätzlich mit relativ geringem Aufwand auszuschöpfen. Vorteile in der Therapie mit Reizstrom sind außerdem geringe Kosten, nahezu keine unerwünschten Nebenwirkungen und fast kein Vorliegen von Kontraindikationen. Damit ist diese zusätzliche Therapieoptionen der dPNP neben einer optimale Einstellung des Blutzuckers und einer medikamentösen Schmerztherapie nicht außer Acht zu lassen und die Wirksamkeit komplexer Therapieprogramme mit Langzeitreizstromtherapie sollte in weiteren kontrollierten klinischen Studien eruiert werden.

Kürzlich wurden bei immunvermittelten Neuropathien Autoantikörper gegen Proteine des paranodalen axoglialen Komplexes beschrieben. Deren Charakteristika, Prävalenzen, pathophysiologische Relevanz sowie Bedeutung für Diagnostik und Therapie sind jedoch noch nicht abschließend erforscht. In dieser Studie wurden daher Seren und Plasmapheresematerial (PE-Material) von 150 Patienten mit inflammatorischen Neuropathien, nämlich 105 mit chronisch inflammatorischer demyelinisierender Polyneuropathie (CIDP), 21 mit Guillain- Barré-Syndrom (GBS) und 24 mit multifokaler motorischer Neuropathie (MMN), welche etablierte diagnostische Kriterien der jeweiligen Krankheit erfüllen, sowie 74 Kontrollen mittels immunhistochemischen Färbungen an murinen Zupfnervenpräparaten und/oder ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) auf Autoantikörper gegen die paranodalen Proteine Caspr, Contactin-1 und Neurofascin- 155 untersucht. Bei positivem Ergebnis wurde deren Spezifität mittels immunhistochemischen Färbungen an transfizierten HEK (Human embryonic kidney)- 293-Zellen und Präinkubationsversuchen bestätigt. Es wurden die IgG-Subklassen und die Antikörpertiter bestimmt und das Komplementbindungsverhalten unter Zugabe von intravenösen Immunglobulinen (IVIG) mit zellbasierten und ELISA-basierten Methoden analysiert. Klinische Merkmale und das Therapieansprechen Antikörper-positiver Patienten wurden ermittelt und mit den experimentellen Ergebnissen in Zusammenhang gesetzt. IgG-Autoantikörper gegen Contactin-1 konnten bei vier Patienten mit CIDP nachgewiesen werden, IgG-Autoantikörper gegen Caspr bei einem Patienten mit CIDP und einer Patientin mit GBS. Es konnten keine weiteren Autoantikörper bei CIDP-Patienten, GBS-Patienten, MMN-Patienten oder bei den Kontrollen detektiert werden. Die Prävalenz von Autoantikörpern gegen axogliale paranodale Proteine liegt somit in dieser Studie bei jeweils 4,76% bei CIDP und GBS und 0% bei MMN. Die Antikörper gehörten bei Patienten in der akuten Erkrankungsphase (zwei der CIDP-Patienten mit Anti-Contactin-1-Autoantikörpern und eine GBS-Patientin mit Anti-Caspr-Autoantikörpern) hauptsächlich den Subklassen IgG1 und IgG3 an, bei Patienten in der chronischen Phase (zwei der CIDP-Patienten mit Anti-Contactin-1-Autoantikörpern, ein CIDP-Patient mit Anti-Caspr-Autoantikörpern) überwog die Subklasse IgG4. Experimentell kam es zur Komplementbindung und -aktivierung abhängig vom Gehalt der Subklassen IgG1-3, nicht aber IgG4; diese konnte durch die Zugabe von IVIG dosisabhängig gemindert werden. Alle Autoantikörper-positiven CIDP-Patienten zeigten einen GBS-artigen Beginn mit einer schweren motorischen Beteiligung. Anti-Contactin-1-positive Patienten kennzeichnete klinisch zusätzlich das Vorkommen einer Ataxie und eines Tremors, Anti-Caspr-positive Patienten das Vorkommen starker neuropathischer Schmerzen. Elektrophysiologisch standen neben Hinweisen auf eine Leitungsstörung Zeichen einer axonalen Schädigung im Vordergrund. Als histopathologisches Korrelat lagen eine nodale Architekturstörung und ein Axonverlust vor. Die Patienten zeigten nur in der Anfangsphase der Erkrankung ein Ansprechen auf IVIG. Bei drei CIDP-Patienten mit IgG4-Autoantikörpern (zwei Patienten mit Anti-Contactin-1-Antikörpern und ein Patient mit Anti-Caspr-Antikörpern) wurde eine Therapie mit Rituximab durchgeführt. Diese führte zu einer Titerreduktion und zur zeitgleichen klinischen und elektrophysiologischen Befundbesserung bei zwei Patienten. Die in dieser Arbeit angewandten Screeningmethoden führten zum erfolgreichen Nachweis von Autoantikörpern gegen paranodale axogliale Proteine. Die Patienten mit positivem Autoantikörpernachweis definieren eine kleine Untergruppe mit ähnlichen klinischen Merkmalen im Kollektiv der Patienten mit inflammatorischen Polyneuropathien. Histopathologische Merkmale sowie das Therapieansprechen auf antikörperdepletierende Therapie sprechen in Kombination mit den Ergebnissen weiterer Studien zu paranodalen Autoantikörpern für eine pathogenetische Relevanz der Autoantikörper. Mit einem charakteristischen, am Schnürring ansetzenden Pathomechanismus könnten Neuropathien mit Nachweis von paranodalen Autoantikörpern der kürzlich eingeführten Entität der Nodo-Paranodopathien angehören. Die Komplementaktivierung und das Therapieansprechen der Patienten auf IVIG stehen möglicherweise in Zusammenhang mit der prädominanten IgG-Subklasse. Diese könnte auch in Bezug auf die Chronifizierung eine Rolle spielen. Der Nachweis von Autoantikörpern gegen paranodale Proteine hat wohlmöglich in Zukunft direkte Konsequenzen auf das diagnostische und therapeutische Prozedere bei Patienten mit CIDP und GBS; weitere klinische und experimentelle Daten aus größeren, prospektiven Studien sind jedoch zum weiteren Verständnis und zur Charakterisierung dieser Entität notwendig. / Autoantibodies against proteins of the paranodal axoglial complex have been described in recent studies on immune-mediated neuropathies. Nevertheless, their characteristics, prevalences, pathophysiological relevance and impact on diagnostics and therapy have not been fully investigated. Therefore, sera and plasmapheresis material (PE-material) of 150 patients with inflammatory neuropathy, including 105 patients with chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy (CIDP), 21 patients with Guillain-Barré-Syndrome (GBS) and 24 patients with multifocal motor neuropathy (MMN), fulfilling established diagnostic criteria for the respective disease, as well as 74 controls were screened for autoantibodies against the paranodal proteins caspr, contactin-1 and neurofascin-155 via immunohistochemic staining of murine teased fiber preparations and/or ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay). In the event of a positive result, their specificity was confirmed via immunohistochemic staining on transfected HEK (human embryonic kidney)-293-cells and preincubation experiments. IgG subclasses and antibody titers in human material were analysed and complement binding to the autoantibodies, also under the influence of therapeutic immunoglobulins (IVIG), was investigated in cell based assays and ELISA based assays. Clinical features and therapy response in antibody-positive patients were evaluated and compared to the experimental results. IgG-autoantibodies against contactin-1 were found in four patients with CIDP, IgG-autoantibodies against caspr were found in one patient with CIDP and one with GBS. No further autoantibodies were detected neither in patients with CIDP, GBS and MMN nor in the controls. The prevalences of autoantibodies against axoglial paranodal proteins in this study therefore are at 4,76% in CIDP and GBS and 0% in MMN. In the acute phase of the disease, autoantibodies of the IgG1 and IgG3 subclass could be detected (in two CIDP patients with anti-contactin-1 antibodies and one GBS patient with anti-caspr antibodies), whereas patients in the chronic phase of the disease showed IgG4-autoantibodies (two CIDP patients with anti-contactin-1 antibodies and one CIDP patient with anti-caspr antibodies). Complement binding and activation in vitro depended on the amount of the IgG subclasses IgG1-IgG3, but not IgG4. Complement binding could be reduced by IVIG dose-dependently. All CIDP-patients with autoantibodies showed a GBSlike onset with severe motor involvement. Additional features of anti-contactin-1 positive neuropathy were ataxia and tremor, of anti-caspr positive disease neuropathic pain. Electrophysiological studies revealed signs of conduction failure accompanied by striking signs of axonal damage. As a histopathologic correlate, a disruption of the nodal architecture and axonal loss were found. Patients only responded well to IVIG in the beginning of the disease. Three patients with autoantibodies of the IgG4 subclass (two patients with anti-contactin-1 and one patient with anti-caspr) were treated with rituximab, leading to a titer reduction accompanied by clinical and electrophysiological improvement in two patients. The screening methods used in this study are suitable for the detection of autoantibodies against paranodal proteins. Antibody-positive patients define a small subgroup of patients with inflammatory polyneuropathy that is characterized by distinct clinical features. Histopathological findings and therapy response to antibody- depleting treatment in this study as well as findings of further studies argue in favour of a pathogenetic relevance of the autoantibodies. Neuropathies associated with paranodal autoantibodies could belong to the new entity of nodo-paranodopathies, sharing a characteristic pathomechanism with the node of Ranvier being the site of attack. Complement binding and activation as well as response to IVIG could be related to the predominant IgG subclass of the autoantibodies. It could also influence the course and chronification of the disease. Therefore, detection of autoantibodies against paranodal proteins might have a direct impact on diagnostic and therapeutic strategies in patients with CIDP and GBS in the future. Nevertheless, further clinical and experimental data, including data from bigger and prospective studies are needed to understand and fully characterize this novel entity.

Ces travaux de recherche s'intéressent à la conception de nouvelles méthodologies analytiques destinées à mesurer le bénéfice d'une transplantation hépatique ou bien encore à l'évaluation de nouvelles voies thérapeutiques à l'essai pour des patients atteints de la polyneuropathie amyloïde familiale à transthyrétine (TTR). Cette maladie rare se caractérise par une déstabilisation structurale du tétramère de TTR qui aboutit à l'agrégation de fibrille dans les tissus du système nerveux autonome, au niveau des nerfs périphériques et autour de certains organes dont le cœur. Dans le cadre d'une collaboration entre hospitalo-universitaires, chimistes analystes, électrochimistes, physico-chimistes et technologues, nous nous sommes attachés à développer des séparations en électrophorèse capillaire couplée avec une détection optique de peptides natif et muté qui sont directement associés à une variente de cette maladie rare. La difficulté première de cette recherche concerne le choix même de ces biomarqueurs qui s'est finalement révélé pertinent grâce de la réalisation de cartes peptidiques à partir du sérum. Ensuite deux voies ont été explorées : une séparation électrocinétique avec une détection spectrométrique d'absorbance dans l'ultra-violet et l'autre nécessitant le marquage préalable de peptides par des molécules fluorophores ou fluorogènes pour ensuite faire une séparation en électrophorèse couplée LIF (laser induced fluorescence). Dans les deux cas le critère principal de séparation, la résolution, autorise une quantification et surtout les validations analytiques associées montrent une réelle robustesse des méthodologies développées. L'autre signe encourageant pour la transposition des ces méthodes à l'analyse de prélèvements issus de patients, concerne la limite de quantification qui est inférieure à celle couramment mesuré dans le sérum. La spectrométrie de masse, moyen d'investigation physico-chimique puissant à permis de suivre et de comprendre d'un point vue plus fondamental le produit des réactions de chimie organique de dérivation des peptides par trois marqueurs fluorescents : le TAMRA-SE, le NDA et le FQ. La possibilité de proposer un outil d'analyse miniaturisé et simple d'utilisation pour le monde hospitalier a également été étudiée. Un poste d'analyse sur puce microfluidique permettant l'analyse quantitative et qualitative a été installé pour permettre la réalisation de premiers essais expérimentaux de séparations électrocinétiques sur puce microfluidique. Ces travaux jettent les bases d'une nouvelle voie analytique pour séparer et quantifier les différents biomarqueurs caractéristiques de la polyneuropathie amyloïde familliale à TTR.

Ces travaux de recherche s’intéressent à la conception de nouvelles méthodologies analytiques destinées à mesurer le bénéfice d’une transplantation hépatique ou bien encore à l’évaluation de nouvelles voies thérapeutiques à l’essai pour des patients atteints de la polyneuropathie amyloïde familiale à transthyrétine (TTR). Cette maladie rare se caractérise par une déstabilisation structurale du tétramère de TTR qui aboutit à l’agrégation de fibrille dans les tissus du système nerveux autonome, au niveau des nerfs périphériques et autour de certains organes dont le cœur. Dans le cadre d’une collaboration entre hospitalo-universitaires, chimistes analystes, électrochimistes, physico-chimistes et technologues, nous nous sommes attachés à développer des séparations en électrophorèse capillaire couplée avec une détection optique de peptides natif et muté qui sont directement associés à une variente de cette maladie rare. La difficulté première de cette recherche concerne le choix même de ces biomarqueurs qui s’est finalement révélé pertinent grâce de la réalisation de cartes peptidiques à partir du sérum. Ensuite deux voies ont été explorées : une séparation électrocinétique avec une détection spectrométrique d’absorbance dans l’ultra-violet et l’autre nécessitant le marquage préalable de peptides par des molécules fluorophores ou fluorogènes pour ensuite faire une séparation en électrophorèse couplée LIF (laser induced fluorescence). Dans les deux cas le critère principal de séparation, la résolution, autorise une quantification et surtout les validations analytiques associées montrent une réelle robustesse des méthodologies développées. L’autre signe encourageant pour la transposition des ces méthodes à l’analyse de prélèvements issus de patients, concerne la limite de quantification qui est inférieure à celle couramment mesuré dans le sérum. La spectrométrie de masse, moyen d’investigation physico-chimique puissant à permis de suivre et de comprendre d’un point vue plus fondamental le produit des réactions de chimie organique de dérivation des peptides par trois marqueurs fluorescents : le TAMRA-SE, le NDA et le FQ. La possibilité de proposer un outil d’analyse miniaturisé et simple d’utilisation pour le monde hospitalier a également été étudiée. Un poste d’analyse sur puce microfluidique permettant l’analyse quantitative et qualitative a été installé pour permettre la réalisation de premiers essais expérimentaux de séparations électrocinétiques sur puce microfluidique. Ces travaux jettent les bases d’une nouvelle voie analytique pour séparer et quantifier les différents biomarqueurs caractéristiques de la polyneuropathie amyloïde familliale à TTR. / The purpose of our work was the development of new analytical methodologies to measure the benefit of liver transplantation and also the evaluation of new therapeutic approaches under testing on patients with Transtyretin (TTR) familial amyloid polyneuropathy. This rare disease is characterized by a structural destabilization of TTR tetramer leading to it’s aggregation into amyloïd fibrils that accumulate in the tissues of the autonomous nervous system, peripheral nerves and around certain organs, including the heart. As part of a collaboration between university, hospital, analytical chemists, electrochemist, physical chemists and technologists, we are committed to develop separations in capillary electrophoresis coupled with optical detection of native and mutated peptides that are directly associated with a variant of this rare disease. The first challenge of this research is the choice of these biomarkers that ultimately proved relevant with the realization of peptide maps from the serum. Then two approaches have been explored: electrokinetic separation with absorbance spectrometric detection in the ultraviolet and the other requiring the prior labeling peptides with fluorescent molecules and then to a separation on electrophoresis coupled with LIF (Laser induced fluorescence). In both cases the main criterion of separation, resolution, allows quantification and especially analytical validations show actual strength associated methodologies developed. Another encouraging sign for the transposition of these methods to the analysis of samples from patients regarding the quantification limit is lower than commonly measured in serum. Mass spectrometry, using physico-chemical investigation powerful allowed to follow and understand a more fundamental viewpoint the product of organic chemistry reactions bypass peptides by three fluorescent dyes: TAMRA-SE, the NDA and FQ. The ability to provide a miniaturized analysis and easy to use tool for the hospital environment was also studied. A post analysis on microfluidic chip for quantitative and qualitative analysis was installed to allow the realization of the first experimental tests of electrokinetic separations on microfluidic chip. These studies lay the foundation for a new analytical way to separate and quantify the different characteristics biomarkers family TTR amyloid polyneuropathy.

Depuis déjà plusieurs décennies, nous sommes en mesure d'identifier les mutations responsable de diverses maladies mendéliennes. La découverte des gènes responsables de ces maladies permet non seulement un meilleur diagnostic clinique pour ces familles, mais aussi de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques de ces maladies ainsi que mieux définir la fonction normale des gènes causales. Ultimement, ces découvertes mènent à l'identification de cibles thérapeutiques pour le traitement de ces maladies. Les progrès technologiques sont depuis toujours un facteur très important dans la découverte de ces gènes mutés. De l'approche traditionnelle de clonage positionnel en passant par la première séquence du génome humain et maintenant les technologies de séquençage à grande échelle, de plus en plus de maladies ont maintenant une entité génétique. Dans le cadre de ce projet de doctorat, nous avons utilisé tant les approches traditionnelles (leucodystrophies) que les nouvelles technologies de séquençage (polyneuropathie douloureuse) qui ont mené à l'identification du gène causal pour plusieurs de nos familles. L'efficacité de ces deux approches n'est plus à démontrer, chacune d'entre elles possèdent des avantages et des inconvénients. Dans le cadre de ces projets, nous avons utilisé la population canadienne-française connue pour ces effets fondateurs et la présence, encore aujourd'hui, de grandes familles. Les différents projets ont permis d'établir certains avantages et inconvénients quant à l'utilisation de ces techniques et de la population canadienne-française. Dans le cadre d'un phénotype assez homogène et bien défini comme celui du projet leucodystrophie, l'approche traditionnel par gène candidat nous a permis d'identifier le gène causal, POLR3B, sans trop de difficulté. Par contre, pour les autres projets où nous sommes en présence d'une hétérogénéité clinique et génétique une approche non-biaisée utilisant le séquençage exomique a obtenu un plus grand succès. La présence de grandes familles est un grand avantage dans les deux approches. Dans le projet polyneuropathie douloureuse, une grande famille originaire du Saguenay-Lac-St-Jean nous a permis d'identifier le gène NAGLU comme responsable suite à l'exclusion des autres variants candidats par analyse de ségrégation. Comme NAGLU était déjà associé à un phénotype qui diffère sur plusieurs points à celui de notre famille, une approche traditionnelle n'aurait pas été en mesure d'identifier NAGLU comme le gène causal. Dans l'analyse de nos données de séquençage exomique, nous avons observé que plusieurs variants rares, absents des bases de données, étaient partagés entre les différents individus Canadiens français. Ceci est probablement dû à la démographie génétique particulière observée chez les Canadiens français. En conclusion, les technologies de séquençage à grande échelle sont avantageuses dans l'étude de maladies hétérogènes au niveau clinique et génétique. Ces technologies sont en voie de modifier l'approche d'identification de gènes en permettant une analyse de génétique inversée, c'est-à-dire de la génétique vers la clinique. / Since many decades we are able to identify mutations responsible for Mendelian diseases. The identification of the causative gene not only allows a better diagnostic to these families, but also allows a better understanding of the pathophysiological mechanisms of these disorders and of the normal function of a gene. Ultimately, those discoveries lead to the identification of therapeutic targets that will enable clinicians to treat these diseases. Technological progress has forever driven gene identification. Starting with traditional approaches like positional cloning passing through the first sequence of the human genome and finally the recent high-throughput sequencing technologies, more and more diseases are now linked to a genetic cause. During my PhD, I had the opportunity to use traditional approaches (leukodystrophy) as well as new sequencing technologies (painful sensory polyneuropathy) which both led to gene identification for some of our families. The efficiency of these approaches is well known, each of them has advantages and disadvantages. In these projects, we used the french-canadian population well known for its founder effect and the presence, still today, of large families. Working on these projects allowed us to establish advantages and disadvantages concerning the use of those technologies and the french-canadian population. In the presence of a homogenous and well defined phenotype, like the leukodystrophy project, the traditional approach enables us to rapidly identify the causative gene (POLR3B). On the other hand, the unbiased exome sequencing approach has had more success for diseases characterized with clinical and genetic heterogeneity. Large families are a great advantage for both methods. In the painful sensory polyneuropathy project, a large family originated from the Saguenay-Lac-St-Jean region allowed us to identify the NAGLU gene as responsible for the disease after exclusion of the candidate variants by segregation analysis. NAGLU has already been associated with a phenotype that differs in many points with the clinical features observed in our family. In this case a traditional approach would have failed to identify NAGLU as the causative gene. In the analysis of our exome sequencing results, we observed many rare variants absent from databases but shared between french-canadian individuals. This enrichment in rare variants is probably due to the particular genetic demography of Quebec. In conclusion, high-throughput sequencing technologies are advantageous in the study of clinically and genetically heterogeneous diseases. These technologies are changing the gene identification approach towards reverse genetics, meaning genetics towards clinic.