Einleitung: Mit der vorliegenden Studie wurden zum ersten Mal beim Menschen die Auswirkungen von Dehydration (Dehy) und anschließender Rehydratation (Rehy) auf cerebrale volumenregulatorische Metabolite (myo-Inosit (mI), N-Azetylaspartat+N-Azetylaspartylglutamat (tNAA), Kreatin (Cr), Glyzerophosphocholin+Phosphocholin (Cho) und Glutamat+Glutamin (Glx)) sowie auf Flüssigkeitsverschiebungen untersucht. Methoden: 14 Radsportler (26.6 (22.7/29.8) Jahre, Median und 25./75. Perzentile) wurden mittels 1H-Spektroskopie (1H-MRS) in der okzipitoparietalen grauen Substanz (GM) und parietalen weißen Substanz rechts (WMR) und links (WML) untersucht (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Die Messungen erfolgten vor, direkt nach Dehy und nach Rehy (180min, Zufuhr von 150\% der verlorenen Körpermasse (KM)). Zusätzlich wurde durch T2-Relaxationsmessungen der Atrophieindex alpha (Verhältnis cerebrales Gewebewasser (HW) zu Liquor (CSF)) bestimmt. Resultate: Die KM der Probanden reduzierte sich durch Dehy um 3.7 (3.4/4.1)% und stieg durch Rehy wieder um 4.5 (3.7/5.3)% an (Wilcoxon: p / Introduction: In the present study the influence of Dehy on cerebral volume regulatory metabolites (myo-Inositol (mI), N-Acetyl-aspartata+N-Acetyl-aspartyl-glutamate (tNAA), Creatine (Cr), Glycerophosphocholine+Phosphocholine (Cho) and Glutamate+Glutamine (Glx)) and fluid shifts has been investigated for the first time in humans. Methods: 14 cyclists (26.6 (22.7/29.8) y, median and 25./75. percentile) have been examined with proton NMR spectroscopy in the occipito-parietal gray matter (GM) and the right (WMR) and left (WML) parietal with matter (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Spectra were acquired before, immediately after Dehy and after rehydration (Rehy). Rehy took place during 180min and 150% of lost body weight (BW) was substituted. Additionally the atrophy index alpha (ratio between cerebral water and liquor) was assessed (T2 signal decay as a function of echo time). Results: BW of volunteers has been decreased 3.7 (3.4/4.1)% after Dehy and increased 4.5 (3.7/5.3)% after Rehy (Wilcoxon: p

Der bedeutendste Risikofaktor für die Demenz vom Azheimer Typ (DAT) ist, neben dem Alter, der Besitz des e4-Allels des Lipidtransportmoleküls Apolipoprotein E (APOE, Gen; ApoE, Protein). Neben funktionellen Unterschieden der Isoformen könnte auch die quantitative Verfügbarkeit des Proteins bei der Pathogenese der DAT eine Rolle spielen. Da ApoE als Lipidtransporter insbesondere bei plastischen Umbauprozessen in Gehirn wichtig sein könnte, wurde der Proteingehalt in Bezug auf die Schwere der DAT-assoziierten Veränderungen entsprechend der neuropathologischen Stadieneinteilung nach Braak untersucht. Neben ApoE wurde auch Apolipoprotein D (ApoD) in der Pathogenese der DAT diskutiert. Um herauszufinden, ob es hier eine Beziehung zur Schwere der neuropathologischen Veränderungen und/oder dem APOE-Polymorphismus gibt, wurde auch der ApoD-Gehalt untersucht. Bestimmt wurde der Apolipoproteingehalt in 104 nach Alter, Geschlecht, Braak-Stadium und APOE-Genotyp abgeglichenen Hippokampusproben, da diese Hirnregion im Verlauf einer Demenz früh und nachhaltig betroffen ist. Die Daten zeigen einen Anstieg von ApoE in den frühen Stadien der Erkrankung, in denen neuroplastische Reparationsvorgänge nachweisbar sind, und eine kontinuierliche Zunahme des ApoD-Gehalts mit der Schwere der neurofibrillären Veränderungen in den APOE e3/3-Proben. In den Proben, die das Risikoallel APOE e4 trugen, waren keine statistisch signifikanten Veränderungen nachweisbar. / The most important risk factor for Alzheimer´s disease (AD), besides age, is the inheritance of the e4-allele of the lipid transporting apolipoprotein E (APOE, gen; apoE, protein). Apart from functional differences of the apoE isoforms, the quantitative availability of the protein might be important in AD pathogenesis. As a lipidtransporter, apoE should be relevant especially during plastic response of neuronal structures. Hence, apoE levels were investigated in correlation to the severity of pathological changes as staged according to the neuropathological Braak classification of AD. Besides apoE, apolipoprotein D (apoD) is discussed in AD pathogenesis. To clarify whether there is a correlation to AD related neuropathological changes, apoD levels were also determined. The apolipoproteins were determined in 104 age-, gender-, Braak stage- and APOE genotype-matched samples of hippocampal protein extracts because this brain region is early and enduring affected by the disease. The data show an increase in apoE in the early stages of the disease where plastic remodelling occurs and a continuous increase in apoD with the severity of neurofibrillary changes in the APOE e3/3-group only. No statistically relevant changes were observed in samples carrying the AD-risk allele e4.

Eine seneszente Zelle erfährt proteotoxischen Stress durch einen Prozess, der als “Seneszenz-assoziierter sekretorischer Phänotyp (SASP)” bezeichnet wird. SASP Faktoren involvieren vermehrte Produktion von Cytokinen und Chemokinen, die die Proteinhomöostase stören. Das führt zu Stress im Endoplasmatischen Retikulum (ER), Unfolded Protein Response (UPR) sowie erhöhter Autophagie in seneszenten Zellen. In dieser Arbeit zeigen wir, dass Therapie-induzierte Seneszenz (TIS), ausgelöst durch Adriamycin (ADR) oder Cyclophosphamid (CTX), zu einer erhöhten Expression von Alzheimer-assoziierten Genen führt. Das ist allerdings nur der Fall, wenn TIS mit SASP und Proteotoxizität korreliert. Außerdem zeigen wir, dass transgene Mäuse mit Alzheimer ebenso Eigenschaften von Seneszenz aufweisen. Mutationen in Genen wie Amyloid-Precursor-Protein (APP) und Presenilin 1 (PSEN1) erzeugen nicht nur Alzheimer, sondern verstärken auch Seneszenz. In APPPS1+/- transgenen Mäusen treten seneszente Zellen zusammen mit Amyloid β (Aβ) Plaques auf. Gleichfalls führt die Überexpression von APP in der Neuroblastom Zelllinie SH-SY5Y zu einer Erhöhung von Seneszenz-Markern, einschließlich ER Stress und Autophagie-assoziierten Lysosomen. Diese Beobachtungen implizieren einen Zusammenhang zwischen Seneszenz und Alzheimer. Wir präsentieren Proteotoxizität als gemeinsamen Nenner dieser beiden Pathologien. Allerdings kommen wir zu dem Ergebnis, dass APP und PSEN1 keine Regulatoren von TIS sind. APP trägt zur TIS-assoziierten Proteotoxizität bei, da ein knock-down von APP zu einer Reduzierung des ER Stress führt. Außerdem, können seneszente Zellen mittels Blockierung der APP Spaltung und somit Bildung von Aβ Plaques durch den Gamma-Sekretase Inhibitor Semagacestat, selektiv getötet werden. Das deutet auf ein senolytisches Potential hin. Allerdings hat Semagacestat keinen Einfluss auf die Expression von ER Stress Marker. Dies suggeriert, dass APP in Eμ-myc Lymphomen Aβ-unabhängig zu ER Stress beiträgt, während diese in Alzheimer eine zentrale Rolle in der Phathophysiologie spielen. / A senescent cell experiences proteotoxic stress in consequence to senescence-associated secretory phenotype (SASP). SASP factors involve increased production of cytokines and chemokines, which overload and disrupt protein homeostasis. This induces endoplasmic reticulum (ER) stress, unfolded protein response (UPR) as well as elevated autophagic-lysosomal burden in senescent cells, further promoting the formation of misfolded proteins. In this thesis we found, in Eμ-myc transgenic mice lymphomas, therapy-induced senescence (TIS) by Adriamycin or Cyclophosphamide treatment leads to an up regulation of genes involved in Alzheimer’s disease (AD). However, this is true only when TIS correlates with SASP, leading to proteotoxicity. On the other hand, we demonstrate that transgenic AD inflicted mice also present with features of senescence. Mutations of genes such as amyloid precursor protein (APP) and presenilin1 (PSEN1), not only engender AD, but also augment senescence. In APPPS1+/- transgenic mice, the senescent cells co-occur with amyloid β (Aβ) plaques. Likewise, in neuroblastoma cell line SH-SY5Y, APP overexpression results in upregulation of senescence markers, including markers for ER stress and autophagic-lysosomal burden. These observations imply that there is a crosstalk between senescence and AD. We demonstrate proteotoxicity as a common denominator between the two pathologies. However, we found that APP and PSEN1 are not regulators of TIS. APP contributes to proteotoxic stress associated with TIS as knocking down of APP leads to a reduction of ER stress. Inhibiting Aβ formation by targeting the processing of APP using Semagacestat- a gamma-secretase inhibitor, selectively targets senescent cells resulting in cell death. This indicates its senolytic potential. However, Semagacestat has no impact on the expression of ER stress markers. This suggested that in Eμ-myc lymphomas, APP contributes to ER stress in an Aβ-independent fashion, unlike in AD, where Aβ is considered central to its pathophysiology.

In Europa stellt die Multiple Sklerose (MS) die häufigste neuroimmunologische Erkrankung des zentralen Nervensystems (ZNS) dar. Relevante Daten zum Krankheitsverlauf der MS wurden durch Untersuchungen im Tiermodell der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelits (EAE) gewonnen. Nach gegenwärtigem Kenntnisstand wandern autoreaktive T-Zellen vom T-Helfer-1 (Th-1) Typ in das ZNS ein und lösen eine gegen Bestandteile der Markscheide gerichtete Entzündung aus. Diese Zellen exprimieren große Mengen des für sie typischen Zytokin Interferon-gamma (IFN-gamma), was in zahlreichen Zelltypen die Expression des Tryptophan degradierenden Enzyms Indolamin 2,3-Dioxygenase (IDO) induziert. Seit 1998 ist bekannt, dass die Inhibition der IDO zu einer durch T-Zellen vermittelten Abstoßung allogener Feten führt. Diese immunregulatorische Funktion von IDO konnte auf den schnellen Abbau der essentiellen Aminosäure Tryptophan und der im folgenden Abbauweg synthetisierten T-Zell-toxischen Metabolite zurückgeführt werden. Da im entzündeten ZNS-Gewebe während der MS und der EAE das IDO induzierende Zytokin IFN-gamma ebenfalls exprimiert wird, sollte in der vorliegenden Arbeit untersucht werden in wie weit die IDO an der Immunregulation des ZNS unter autoimmuner Neuroinflammation während EAE, beteiligt ist. Mittels HPLC konnte gezeigt werden, dass die relative IDO Aktivität im ZNS während der akuten und der Erholungsphase der Erkrankung signifikant gesteigert ist. Erfolgte ab dem Ausbruch der Erkrankung die systemische Inhibition der IDO Aktivität mit dem spezifischen IDO-Inhibitor 1-Methyl-Tryptophan, so führte dies zu einem signifikant schwereren Krankheitsverlauf im Vergleich zu Kontrolltieren. Mittels Immunzytochemie wurde gezeigt, dass aktivierte Mikroglia IDO im entzündeten ZNS und in Zellkultur nach IFN-gamma Stimulation exprimieren. Aufgrund von RT-PCR Analysen weiterer Enzyme des Kynureninweges konnte dessen Regulation während EAE nachgewiesen werden Entlang dieses Stoffwechselweges werden T-zell-toxische Tryptophanmetabolite gebildet die an der Eliminierung autoreaktiver T-Zellen im ZNS während der Erholungsphase der EAE beteiligt sein könnten und somit die aktivierten Th1 Zellen im ZNS einen antiinflammatorischen Rückkopplungsmechanismus auslösen. / Multiple sclerosis (MS) is the most widespread neuroimmunological disease of the central nervous system (CNS) in Europe. By applying the animal model of MS, experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), important insights into the disease course of MS have been gained. At present it is accepted that at the onset of the disease myelin-reactive T helper type 1 (Th1) cells infiltrate the CNS and induce autoimmune neuroinflammation. Activated Th1 cells express high amounts of the cytokine interferon-gamma (IFN-gamma). This pro-inflammatory signaling molecule is known to induce the expression of the tryptophan-degrading enzyme Indolmaine 2,3- Dioxygenase (IDO) in several cell types. Since 1998 it is known that inhibition of IDO induces the T cell-mediated rejection of allogeneic concepti in mice. The mechanism of this immunregulatory function of IDO was shown to be due to the degradation of the essential amino acid tryptophan and the subsequent synthesis of T cell toxic metabolites. Since the IDO-inducing cytokine IFN-gamma is also expressed within inflamed CNS tissue during MS and EAE, the present work investigated the role of IDO in immunregulation of the CNS during autoimmune neuroinflammation in the EAE model. A significant increase in relative IDO activity within the CNS during the acute and remission phases of EAE was identified by HPLC analysis. Systemic inhibition of IDO activity by the specific IDO inhibitor 1-methyl-tryptophan reduced the remission and exacerbated the progression of the disease in comparison to control animals. Activated microglia were identified by immunocytochemistry as IDO-expressing cells within the acute inflamed CNS and in cell culture after IFN-gamma stimulation. Enzymes following IDO in the kynurenine pathway were shown by RT-PCR to be up-regulated in the disease course. The analyzed enzymes are known to produce T cell toxic tryptophan metabolites and might therefore be involved in the elimination of autoreactive T cells from CNS tissue. In conclusion, the presented data support the view that autoreactive Th1 cells in the CNS induce a self-limiting negative feedback mechanism which limits the spread of inflammation, thereby reducing bystander damage in the CNS.

Zielsetzung: Sowohl das kindliche Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätssyndrom (ADHS) als auch kindliche Störungen des Sozialverhaltens gelten als Risikofaktoren für die Entwicklung einer späteren Drogenabhängigkeit. Ihr jeweiliger Einfluss auf das Ausmaß des Drogenkonsums und die Substanzwahl bleibt jedoch ungeklärt. Methoden: 49 politoxikomane Patienten in Suchtbehandlung und 40 Kontrollprobanden wurden untersucht im Hinblick auf die Prävalenzen von ADHS, Störungen des Sozialverhaltens und psychiatrischen Komorbiditäten. Darüber hinaus wurde der Einfluss von ADHS und Sozialverhaltensstörungen auf Substanzgebrauch, kognitive Leistungen und motorische Aktivität untersucht. Ergebnisse: Politoxikomane Patienten erfüllten sowohl die Kriterien eines kindlichen ADHS, als auch die Kriterien einer Störung des Sozialverhaltens in der Kindheit signifikant häufiger, als die Kontrollprobanden. Die objektiv gemessene motorische Aktivität korrelierte mit den in den Fragebögen gemachten Angaben zu gegenwärtiger motorischer Aktivität. Eine Störung des Sozialverhaltens stellte mit Abstand den größten Risikofaktor für eine spätere Drogenabhängigkeit dar und war überdies mit einem frühen Beginn des Nikotinkonsums assoziiert. Das gemeinsame Auftreten von hyperkinetischem und sozialgestörtem Verhalten ging sowohl mit einem früheren Drogeneinstieg als auch mit einer beschleunigten Drogenkarriere sowie einem vermehrten Substanzkonsum einher. Dies legt nahe, dass es sich bei Studienteilnehmern, die sowohl hyperkinetisches als auch sozialgestörtes Verhalten aufweisen, um eine "Hochrisikogruppe" handelt. / Objective: A diagnosis of both attention-deficit hyperactivity disorder (ADHD) as well conduct disorder (CD) in childhood have been shown to be risk factors for later substance abuse. However their influence on onset as well as intensity of drug use and choice of substance remains controversial. Methods: 49 inpatient opioid addicts and 40 non-addict controls were assessed using standardised clinical interviews to examine prevalences of ADHD, CD and other psychiatric comorbidity. The relationship of ADHD and CD to substance use disorder, cognitive function and motor activity was analysed. Results: Opioid addicts fulfilled both the criteria for childhood ADHD, as well as the criteria for childhood CD significantly more often than controls. Motor activity monitoring accurately reflected the subjects self-report on current hyperactivity symptoms. CD emerged as significant risk factor for substance abuse in adult life. In addition to that it predisposed individuals to early onset of cigarette smoking. A combined history of both ADHD and CD was associated with increased overall drug intake but no specific preference in drug choice could be linked to neither childhood ADHD nor CD symptoms. Conclusion: Childhood ADHD and CD are significantly overrepresented among an inpatient group of adult opioid addicts. Most adverse outcome measures were attributable to the presence of CD or to a combined occurrence of both ADHD and CD. Emphasis should be placed on the need for early intervention programs for children at risk to improve future outcome.

HMG-CoA-Reduktasehemmer, sogenannte Statine, und regelmäßige körperliche Aktivität sind mit vermindertem Auftreten zerebrovaskulärer Ereignisse und Zunahme der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) assoziiert. Die Erhöhung der eNOS-mRNA ist mit verbessertem zerebralen Blutfluß und Neuroprotektion bei einer zerebralen Ischämie verbunden. Vor dem Hintergrund, daß Thrombosen und Thrombembolien die häufigste Ursache zerebro- und kardiovaskulärer Ereignisse darstellen, sind NO-vermittelte antithrombotische Effekte jedoch kaum untersucht. Ebenso wenig ist über mögliche Absetzeffekte nach Beendigung einer Statintherapie bekannt. Daher untersuchten wir, ob die Statine Atorva- und Rosuvastatin eNOS-abhängig zu Neuroprotektion führen und verglichen die Effekte mit einem zweiten eNOS-regulierenden Mechanismus: der regelmäßigen körperlichen Aktivität. Dazu quantifizierten wir nach entsprechender Vorbehandlung eNOS auf mRNA- und Proteinebene aus Aorten, Hirngewebe sowie Thrombozyten und bestimmten die Läsionsvolumina im experimentellen Schlaganfallmodell. Außerdem untersuchten wir nach Statingabe Thrombozytenfunktionsparameter sowie Blutungszeit und Thrombusformation in vivo. Zwei bzw. vier Tage nach Absetzen der Statinbehandlung wiederholten wir die eNOS-Messungen, Schlaganfallexperimente und Gerinnungsanalysen. Wir fanden nach Statinvorbehandlung cholesterinunabhängig eine Zunahme der eNOS, was mit Neuroprotektion im Schlaganfallmodell und verminderter Gerinnungsaktivität verbunden war. Nach Absetzen der Behandlung kam es jedoch zu einer drastischen Abnahme der eNOS, was mit deutlichem Anstieg der Thrombozytenmarker im Plasma und schnellem Verlust der beobachteten positiven Effekte auf Läsionsgröße und Gerinnungssystem einherging. Regelmäßige körperliche Aktivität führt ebenfalls eNOS-abhängig zu verbessertem zerebralen Blutfluß und kleineren Läsionsvolumina bei zerebraler Ischämie. Diese Ergebnisse sind mit den Daten nach Statingabe vergleichbar. Wir demonstrieren einen Klasseneffekt der Statine für eNOS-vermittelte Neuroprotektion im zerebralen Ischämiemodell. Durch die zusätzliche gerinnungshemmende Wirkung könnte diese Wirkstoffklasse neue Ansätze zur prophylaktischen Schlaganfallbehandlung unabhängig vom Cholesterinspiegel eröffnen. Ein Absetzen der Statinbehandlung kann jedoch zu einer Zunahme der Schlaganfallgröße führen und sollte möglicherweise bei Risikopatienten vermieden werden. Regelmäßiges körperliches Training führt zu vergleichbarer Erhöhung der eNOS sowie Neuroprotektion und bietet damit eine sinnvolle Verknüpfung aus prophylaktischer Schlaganfallbehandlung und Rehabilitation. / HMG-CoA-reductase inhibitors, so called statins and regular physical activity are associated with less cerebrovascular events and increase of endothelial nitric oxide synthase (eNOS). Raise of eNOS-mRNA results in cerebral blood flow (CBF) augmentation which refers neuroprotection after ischemic stroke. It is known that thromboses cause the most cerebrovascular events, but nitric oxide (NO) dependent antithrombotic effects are poor examined. In addition there are little information about effects after withdrawal of statin treatment. That is why we investigated Atorva- and Rosuvastatin regarding eNOS dependent neuroprotection and compared the effects with regular physical activity, the second eNOS enhancing mechanism. Therefore after corresponding pretreatment we quantified eNOS-mRNA and protein from aortas, brain tissue and thrombocytes and determined lesion volume after experimental middle cerebral artery occlusion (MCAo). Furthermore after statin treatment we measured marker of thrombocyte activation, as well as bleeding time and thrombus formation in vivo. Two and four days after withdrawal of statin treatment we repeated eNOS measurements, neuroprotection studies and coagulation analyses. We found eNOS upregulation independent from serum cholesterol level after statin pretreatment and this was associated with neuroprotection after ischemic stroke and decreased platelet activation. But after withdrawal of statin treatment eNOS expression was downregulated, which went along with clear upregulation of platelet activation and a rapid loss of the observed positive effects on lesion volume and hemostasis. Regular physical activity leads to an increase of eNOS, which we could correlate with CBF augmentation and improved outcome after MCAo. These results were comparable to the data after statin treatment. We demonstrate a class effect of statins for eNOS-dependent neuroprotection in our ischemia modell. Because of the additional antithrombotic effects statins may present a new approach to prophylactic stroke treatment independent from cholesterol level. Withdrawal of statin treatment may refer increased cerebral lesion volume and should be avoided in patients with risk for cerebrovascular events. Regular physical activity results in comparable eNOS dependent neuroprotection and offers a useful combination between prophylactic stroke treatment and rehabilitation.

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Mehrfach konnte in der Literatur ein enger Zusammenhang zwischen der Stärke des Phantomschmerzes und der Reorganisation im somatosensorischen Kortex nachgewiesen werden. Sowohl topographische Veränderungen als auch Veränderungen in der Erregbarkeit zentraler Hirnstrukturen könnten pathologische Veränderungen in Zentren, die an der Schmerzverarbeitung beteiligt sind, reflektieren. Zahlreiche Befunde zur Reorganisation des motorischen Systems indizieren eine größere kortikale Repräsentation von Muskeln, die der Amputation benachbart sind (auf Kosten des deafferenzierten Areals), und höhere Erregbarkeit dieser Repräsentationen in der Hemisphäre kontralateral zur Amputation. Es ist naheliegend, daß aufgrund der engen anatomisch-funktionellen Verbindung des somatosensorischen und des motorischen Systems Patienten mit Phantomschmerz auch eine stärkere kortikale Reorganisation im Motorkortex aufweisen als Amputierte ohne Phantomschmerz. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Frage, inwieweit es zwischen der sensorimotorischen Reorganisation und dem Phantomschmerz einen Zusammenhang gibt. Des weiteren wurde untersucht, ob Patienten mit Phantomschmerz eine generelle, unspezifische Erhöhung der kortikalen Erregbarkeit aufweisen. Zur Klärung dieser Fragestellung wurden zwei Studien durchgeführt. In der ersten Untersuchung wurde an 10 unilateral Armamputierten mittels transkranieller Magnetstimulation (TMS) und der Überlagerung somatosensorischer Potentiale (SEPs) und Magnetresonanztomographie ein enger Zusammenhang zwischen der Stärke des Phantomschmerzes und der sensorimotorischen Reorganisation nachgewiesen. In der zweiten Untersuchung wurde ebenfalls an 10 unilateral Armamputierten mittels funktioneller Lokalisation bewegungsinduzierter kortikaler Potentiale (bikP) in einem steady-state-Paradigma eine signifikant größere Reorganisation des motorischen Kortex bei Patienten mit Phantomschmerz nachgewiesen. Ebenfalls konnte bei diesen Patienten eine signifikant erhöhte unspezifische kortikale Aktivierung in einem visuellen Oddball-Paradigma nachgewiesen werden. Die motorische Reorganisation war in beiden Untersuchungen ebenfalls eng assoziiert mit einem geringen Ausmaß an täglicher Prothesebenutzung. Die Bedeutung dieser Ergebnisse wird vor dem Hintergund des aktuellen Forschungsstandes diskutiert. / Several studies report a close relationship between the intensity of phantom limb pain in amputees and the amount of reorganization of the somatosensory cortex. Both topographic changes as well as changes of the excitability of central brain structures could reflect pathological alterations in brain structures that are involved in the processing of pain. Numerous findings on motor reorganization indicate larger cortical representations of muscles adjacent to the amputation (at the expense of the deafferented area) and increased excitability of these representations at the hemisphere contralateral to the amputation. Because of the close anatomical and functional connections between the somatosensory and motor system, it is likely that patients with phantom pain also show a higher amount of reorganization in the motor cortex than amputees without phantom pain. Therefore this thesis adresses the question if there is a relationship between sensorimotor reorganization and phantom limb pain. Furthermore, it was investigated if amputees with phantom limb pain also show rather nonspecific increases of cortical excitability. To answer these questions two studies were conducted. First, using transcranial magnetic stimulation (TMS) and neuroelectric source imaging of somatosensory evoked poetentials (SEPs), the sensorimotor reorganization was investigated in 10 upper limb amputees with unilateral amputations. This study revealed a close relationship between severe phantom pain and a high amount of sensorimotor reorganization. Second, using neuroelectric source imaging of steady-state movement-related cortical potentials (MRCPs), a similar relationship between sensorimotor reorganization and phantom pain was shown in 10 upper limb amputees with unilateral amputations. Additionally, using a visual oddball paradigm, it was found that phantom pain was also accompanied by rather nonspecific increases of cortical excitability. In both studies, motor reorganization was closely correlated with a lower amount of daily prosthesis use. The results of the two studies are discussed with reference to recent research on cortical reorganization subsequent to deafferentation.

Wir haben im Hippocampus von transgenen Mäusen, die grün fluoreszierendes Protein (GFP) unter der Kontrolle eines Promotors für Nestin exprimieren, mutmaßliche Neuronale Vorläuferzellen identifiziert. Wir haben bereits in früheren Arbeiten gezeigt, dass Nestin-GFP exprimierende Vorläuferzellen in der subgranularen Zone des adulten Gyrus Dentatus sich in zwei Subpopulationen entsprechend ihrer morphologischen Eigenschaften einteilen lassen. Eine kleine, morphologisch unterscheidbare Population von Vorläuferzellen mit neuronalen Eigenschaften erhielt GABAergen, aber keinen glutamatergen Input, dies widerspiegelt die Situation während der Entwicklung des Gehirns. Außerdem haben wir ecto-nucleotidase NTPDase2 und functionelle P2X Rezeptoren in hippocampalen Vorläuferzellen identifiziert. Wir haben auch das Verhalten Nestin exprimierender Zellen bis zu 8 Wochen nach 30 minütiger Occlusion der mittleren cerebralen Arterie (MCAo)/reperfusion und im murinen experimentellen Glioblastom Modell untersucht. Neben den bereits publizierten Ergebnissen, die ich auch in meiner Doktorarbeit vorgestellt habe, habe ich die elektrophysiologischen Eigenschaften der Nestin-GFP-exprimierenden Zellen in der Amygdala und im CA 1 des Hippocampus untersucht. / Using transgenic mice that express green fluorescent protein (GFP) under control of the nestin promoter, the putative precursor cells were identified. We have previously shown that nestin-GFP expressing precursor cells in the adult subgranular zone of hippocampal dentate gyrus could be divided into two distinct subpopulations based on morphological criteria. A small, morphological distinct population of precursor cells with neuronal properties received GABAergic, but not glutamatergic input similar as in brain development. We identified ecto-nucleotidase NTPDase2 and functional P2X receptors at hippocampal progenitor cells. We also studied the fate of nestin-GFP-expressing cells up to 8 weeks after 30 mins occlusion of the middle cerebral artery (MCAo)/reperfusion and in murine experimental glioblastoma model. Except for the published results which was included in this PhD dissertation, I also studied the electrophysiology properties of nestin-GFP-expression cells in amygdala and in Ca1 of hippocampus.

Im Gegensatz zum peripheren Nervensystem (PNS) ist die Regenerationsfähigkeit im adulten zentralen Nervensystem (ZNS) von Vertebraten sehr eingeschränkt. Diese eingeschrängte Regenerationsfähigkeit wird im Wesentlichen durch das Vorhandensein von Myelin im adulten ZNS determiniert. Einerseits ist dieses Lipid für die Stabilisierung und Ernährung von Axonen sowie für die schnelle Reizweiterleitung unbedingt notwendig, andererseits stellt es den größten Inhibitor axonaler Regeneration dar. Myelin ist außerdem Zielstruktur diverser ZNS Pathologien, wie z.B. der Multiplen Sklerose. Für das Verständnis dieser Pathologien sowie der auswachsinhibitorischen Wirkung von Myelin wurde der Hippocampus als eine der plastischten ZNS Regionen gewählt. Dazu waren genaue Kenntnisse der Myeloarchitektur dieses Gebietes notwendig. Nach Etablierung einer zuverlässigen Detektierung für Myelin konnten in der vorliegenden Arbeit detailliert Myelinisierungsvorgänge im sich entwickelnden, im adulten und im deafferenzierten Hippocampus der Ratte analysiert werden. Während der Entwicklung erreichen die ersten entorhinale Axone den Hippocampus bereits am embryonal Tag 17 (E17); Myelin kann jedoch erst am postnatal Tag 17 (P17) lichtmikrokopisch nachgewiesen werden. Die Anzahl myelinisierter Fasern erreicht um den P25 ein Verteilungsmuster, welches dem von adulten Tieren gleicht. Nach Entorhinaler Cortex Läsion (ECL), bei der die Durchtrennung des Tractus perforans (PP) eine Denervation des Hippocampus bewirkt, kommt es zu einem langanhaltenden Verlust von Myelin. Zehn Tage nach Läsion (10 dal), also zum Zeitpunkt maximaler Aussprossung (Sprouting), kommt es zu einem Wiederkehren myelinisierter Fasern. Mehrere myelin-assoziierte Proteine, mit wachstumshemmenden Eigenschaften sind bekannt, wie z.B. die Familie der Nogo Gene (Nogo; englisch, kein Durchkommen). Diese werden ganz entschieden für den Verlust der Regenerationsfähigkeit des adulten ZNS verantwortlich gemacht. In der vorliegenden Arbeit wird die Expression der drei Nogo Gene (Nogo-A, -B, - C) und deren Rezeptor (Ng66R) während der postnatalen Entwicklung, im adulten ZNS sowie nach Läsion beschrieben. Ein erster überraschender Befund war die neuronale Expression der Nogos, die bisher nur in Oligodendrocyten nachgewiesen worden war. Zu einem Zeitpunkt, an dem entorhinale Fasern bereits in den Hippocampus eingewachsen, aber noch nicht myelinisiert sind (P0), wird Nogo-A, -B und Ng66R mRNA mit Ausnahme der Körnerzellschicht des Gyrus dentatus in allen Zellschichten des sich entwickelnden Hippocampus detektiert. Nogo-C und myelin basic protein (MBP) mRNA, werden erst am P15 expremiert, zu einem Zeitpunkt also, an dem myelinisierte Fasern erstmalig im Hippocampus auftreten. MBP wird ausschließlich in glialen, Nogo-C hingegen hauptsächlich in neuronalen Zellen exprimiert. Nach Deafferenzierung zeigt sich eine dynamische und Isoform- spezifische Regulation aller Nogo Transkripte. So zeigen die als erste von der Deafferenzierung betroffenen Körnerzellen zu Beginn der Waller`schen Degeneration sowie der neuronalen und glialen Antwort, eine starke Erhöhung aller Nogo Transkripte. Zum Zeitpunkt der maximalen Aussprossung kam es zu einem signifikanten Abfall der Nogo-C und Ng66R mRNA Expression, währendessen Nogo-A und Nogo-B bereits wieder das Kontrollniveau erreicht hatten. Vor allem im contralateralen Hippocampus, dem Hauptquellgebiet sproutender Fasern, imponierte die Runterregulation von Ng66R mRNA und zeigte erst nach Abschluß von axonalen Sproutingprozessen und der Synapsenformation wieder vergleichbare Werte mit den Kontrolltieren. Diese Korrelation der erniedrigten Ng66R Expression im contralateralen Hippocampus und dem axonalen Einwachsen in den deafferenzierten Hippocampus, läßt eine reduzierte axonale Ansprechbarkeit auf den Neuriten-Auswachshemmer Nogo-A vermuten, da bekannt ist, dass Axone, die kein Ng66R exprimieren, nicht durch die Nogo Gene im Wachstum gehemmt werden. Zusammenfassend kommt es während der Entwicklung und in der Reorganisationsphase zu einer spezifischen und geordneten Myelinisierung im Hippocampus. Die neuronale Expression von Nogo- A, -B und -C in einer so plastischen ZNS- Region unterstützt die Hypothese, dass den Nogo- Genen neben der reinen Hemmung von axonalen Auswachsen weitere Funktionen zuzuordnen sind. So scheinen sie vor allem während der Entwicklung und während der Stabilisierungsphase der hippocampalen Reorganisation eine wichtige Rolle einzunehmen. Die hier dargestellten Daten zeigen auf, dass vor einem therapeutischen Einsatz von Nogo- Antagonisten nach Schädigung deren Verträglichkeit bzw. unerwünschte Nebeneffekte ausgeschlossen werden müssen. / Compared to the peripheral neuronal system (PNS) the reorganisation capacity in the adult central neuronal system (CNS) is highly restricted. One important reason for the lack of reorganisation is the existence of myelin in the CNS. Myelin is crucial for the stabilization of axonal projections in the developing and adult mammalian brain. However, myelin components also act as a non-permissive and repellent substrate of outgrowing axons. In these thesis the appearance of mature, fully myelinated axons during hippocampal development and following entorhinal cortex lesion with the myelin-specific marker Black Gold is reported. Althrough entorhinal axons enter the hippocampal formation at the embryonic day 17, light and ultrastructural analysis revealed that mature myelinated fibres in the hippocampus occur in the second postnatal week. During postnatal development, increasing numbers of myelinated fibers appear and the distribution of myelinated fibers at postnatal day 25 was similar to that found in the adult. After entorhinal cortex lesion, a specific anterograde denervation in the hippocampus takes place, accompanied by a long- lasting loss of myelin. Quantitative analysis of myelin and myelin breakdown products at different time points after lesion revealed a temporally close correlation to the degeneration and reorganisation phases in the hippocampus. In conclusion, it could be shown that the appearance of mature axons in the hippocampus is temporally regulated during development. Reappearing mature axons were found in the hippocampus following axonal sprouting. Various myelin-associated proteins, with neurite inhibition properties are known. One is the family of Nogo genes (no go). They are distinctly responsible for the lack of reorganisation. In these thesis the expression pattern of Nogo-A, Nogo-B, Nogo-C and Nogo-66 receptor (Ng66R) mRNA during hippocampal development and lesion induced axonal sprouting is reported. The first surprising result was the neuronal expression of all Nogos, who were supposed to be only expressed by oligodendrocytes. Nogo-A, Nogo-B and Ng66R transcrips preceded the process of myelination and were highly expressed at postnatal day zero (P0) in all principal hippocampal cell layers, with the exception of dentate granule cells. Only a slight Nogo-C expression was found at P0 in the principal cell layers of the hippocampus. During adulthood, all Nogo splice variants and their receptor were expressed in the neuronal cell layers of the hippocampus, in contrast to the myelin basic protein mRNA expression pattern, which revealed a neuronal source of Nogo gene expression in addition to oligodendrocytes. After hippocampal denervation, the Nogo genes showed an isoform-specific temporal regulation. All Nogo genes were strongly regulated in the hippocampal cell layers, wheras the Ng66R transcrips showed a significant increase in the contralateral cortex. These data could be confirmed on protein levels. Futhermore, Nogo-A expression was up-regulated after kainat- induced seizure. These data show that neurons express Nogo genes with a clearly distinguishable pattern during development. This expression is further dynamically and isoform-specifically altered after lesioning during the early phase of structural rearrangements. Thus, these results indicate a role for Nogo-A, -B and –C during development and during stabilisation phase of hippocampal reorganization. Taken together with these data, the findings that neurons in a highly plastic brain region express Nogo genes supports the hypothesis that Nogo may function beyond its known neuronal growth inhibition activity in shaping neuronal circuits.