In der vorliegenden Arbeit wurde das spontane visuelle Explorationsverhalten von 31 Patienten mit einem idiopathischen Parkinson-Syndrom und von 17 gesunden Kontrollpersonen aus der gleichen Altersgruppe systematisch untersucht. Die Analyse der initialen visuellen Exploration (IVE) wurde mit Hilfe von Texturvorlagen durchgeführt, die aus Elementen der Texton-Forschung aufgebaut waren und die einen attentiven okulomotorischen Suchvorgang voraussetzten. Da ein Teil der Vorlagen differente Zielelemente in der linken und rechten Hälfte beinhaltete, konnte aus den Antworten der Versuchspersonen über das zuerst entdeckte Zielelement, auf die Seite der initialen Exploration geschlossen werden. In einer vorherigen Studie konnte gezeigt werden, dass die Mehrzahl der Normalpersonen ihre Exploration in der linken Hälfte der Vorlagen beginnt, während die meisten Neglect-Patienten mit rechtshemisphäralen Läsionen auf der rechten Seite anfangen. Standarduntersuchungen auf Neglect-Symptome (Linienteilungstest, Ausstreichtest, doppelseitige simultane Stimulation) wurden bei unseren Versuchspersonen als Referenztests ebenfalls durchgeführt. Bei der IVE-Aufgabe starteten 65 Prozent der gesunden Kontrollpersonen und 64 Prozent der Parkinson-Patienten mit überwiegender Beeinträchtigung der rechten Körperhälfte (RPD) und linkshemisphäral betontem Dopamindefizit den Suchvorgang erwartungsgemäß auf der linken Seite des Texturenfeldes. Im Gegensatz zu dieser Verteilung zeigten nur 12 Prozent der Parkinson-Patienten mit vornehmlicher linksseitiger Beteiligung (LPD) eine linksgerichtete IVE, während der Rest keine (35%) bzw. eine rechtsseitige (53%) Bevorzugung bei der initialen Exploration aufwies, die damit IVE-Veränderungen bei Neglect-Patienten glich. Die Ergebnisse der Referenztests ergaben bei keiner Untersuchungsgruppe einen Hinweis auf eine spatiale Vernachlässigung. Das atypische Explorationsverhalten der vornehmlich linksbetroffenen Parkinsongruppe sollte im Zusammenhang mit jüngst entwickelten Konzepten zur Aufmerksamkeitsregulation interpretiert werden, welche eine frühe automatische Orientierung in Richtung des ipsiläsionalen Halbraumes als milde Neglect-Manifestation bzw. als Residualzustand nach einem Hemineglect ansehen. Da dieser subtile Orientierungsvorzug, verglichen mit schwereren und offensichtlicheren klinischen Symptomen des Neglects, weniger einem Kompensationsmechanismus unterliegt, ist die Sensitivität der IVE-Untersuchung bei Patienten mit einem aus chronischen Störungen resultierenden subklinischen Neglect höher, als die der konventionellen Tests. Die vorliegenden Ergebnisse steuern dem komplexen Bild der kognitiven und visuospatialen Veränderungen bei Parkinson-Patienten wichtige neue Aspekte bei. Des weiteren ergänzen unsere Resultate das bisherige Wissen über Neglect-Mechanismen sowie über die Rolle dopaminerger Transmittersysteme bei der Regulation von Aufmerksamkeit. Über dies ermutigen die vorliegenden Ergebnisse zu systematischen Untersuchungen von Effekten dopaminerger Medikamente auf Neglect-Phänomene. / In the present study side preferences in spontaneous visual exploration were assessed systematically in 31 patients with idiopathic Parkinson's disease and 17 age-matched controls. The analysis of the initial visual exploration (IVE) was based on the exploration of texture-arrays derived from texton research requiring attentive oculomotor scanning. Since the left and right half of the arrays contained two different target-elements respectively the side of initial exploration could be deduced from the response of the subject which of the two target-elements was discovered at first. As shown in a previous study most healthy subjects exhibit a marked asymmetry of IVE with a strong left-sided bias when assessed by this paradigm while most neglect-patients with structural right hemispheric lesions initiate exploration in the right half of the arrays. Standard assessments for symptoms of neglect (i.e. line bisection, line cancellation and double simultaneous stimulation) were performed as reference tests in our patients. In the IVE-task 65 percent of normal controls and 64 percent of patients with predominant involvement of the right body half (RPD) started exploration expectedly on the left half of the arrays. In contrast to this distribution only 12 percent of patients with predominantly left-sided disease (LPD) showed a leftward IVE while the rest had an ambiguous (35%) or rightward (53%) directional bias for initial exploration and thus a behavior that corresponded to the IVE-abnormalities found in neglect-patients. The results of the reference-assessments did not reveal further signs of neglect in any of the patient-groups. The atypical IVE in patients with predominantly left-sided Parkinson's disease should be interpreted in the context of recent concepts of attention postulating that a bias in early spontaneous orientation directed to the ipsilesional hemifield reflects a mild and residual manifestation of hemineglect. Since this subtle orientational bias is less subject to compensation than more conspicuous clinical signs of neglect sensitivity is higher in IVE-testing than in conventional neglect-assessments in chronic disorders with subclinical neglect. The present findings contribute a new aspect to the complex picture of cognitive and visuospatial abnormalities in Parkinson's disease. Furthermore our results extend previous knowledge on the mechanisms of neglect and the role of dopamine in the mediation of attention. Additionally our results encourage systematic investigations on dopaminergic medication effects on neglect phenomena.

Die Huntington''sche Krankheit (Huntington''s disease, HD) ist eine tödliche neurodegenerative Erkrankung mit einem extensiven Verlust von Neuronen im Striatum. Die Ursache für HD ist eine genetische Mutation, bei der eine CAG-Wiederholungssequenz verlängert wird. Im resultierenden Protein, das Huntingtin (htt) genannt wurde, diese Mutation führt zur Missfaltung und Aggregation von htt. Ich habe untersucht ob die Bildung von htt-Aggregaten die Transkription von Genen dass sie von HD-assoziierten Transkriptionsfaktoren kontrolliert werden, verändert. Zur Untersuchung der Transkription wurden die zu untersuchenden Gene auf cDNA-Mikroarrays aufgebracht und mit RNA, welche aus den Zellen nach der Induktion der Expression des mutierten htt gewonnen wurde, hybridisiert. Es wurden keine systematischen Veränderungen innerhalb der durch spezifische Transkriptionsfaktoren regulierten Gengruppen gefunden. Ich habe auch mehrere mathematische Modelle erstellt, welche die htt-Aggregation und den Zelltod beschreiben. Die Ergebnisse zeigten, dass eine transiente Dynamik im System und die nicht-monotone Reaktion auf Parameteränderungen zu den nicht-intuitiven Ergebnissen bei Behandlungsansätzen, welche die htt-Aggregation beeinflussen, führen könnten. Für den Fall, dass Aggregate die toxische Form von htt sind, zeigten die numerischen Simulationen dass das Einsetzen der Aggregation, welches durch ein Überschießen der Aggregatkonzentration gekennzeichnet ist, am ehesten zum Zelltod führt. Dieses Phänomen wurde "one-shot"-Modell genannt. Es gibt, auch bei HD-Patienten mit gleicher Länge der CAG-Wiederholungssequenz, eine große Varianz des Alters bei Krankheitsausbruch (age of onset, AO). Ich habe ein stochastisches Modell für den neuronalen Zelltod im Striatum entwickelt. Das Modell zeigte, dass ein signifikanter Anteil der nicht erklärbaren Varianz des AO der intrinsischen Dynamik der Neurodegeneration zugeschrieben werden kann. / Huntington''s disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder characterized by a progressive neuronal loss in the striatum of HD patients. HD is caused by a CAG repeat expansion which translates into a polyglutamine stretch at the N-terminus of the huntingtin protein (htt). The polyQ stretch induces misfolding, cleavage and aggregation of htt. To test the hypothesis that the sequestration of transcription factors into the htt aggregates causes transcriptional changes observed in HD models, I compiled lists of genes controlled by the transcription factors associated with HD. These genes were spotted on cDNA microarrays that were later hybridized with RNA extracted from cells expressing a mutant htt fragment. In this study, no systematic changes related to a specific transcription factors were observed. Formation and the accumulation of htt aggregates causes neurotoxicity in different HD model systems. To investigate the consequences of therapeutic strategies targeting aggregation, I derived several mathematical models describing htt aggregation and cell death. The results showed that transient dynamics and the non-monotonic response of cell survival to a change of parameter might lead to the non-intuitive outcome of a treatment that targets htt aggregation. Also, the numerical simulations show that if aggregates are toxic, the onset of aggregation, marked by the overshoot in the concentration of aggregates, is the event most likely to kill the cell. This phenomenon was termed a one-shot model. The principal cause of the variability of the age at onset (AO) is the length of the CAG repeat. Still, there is a great variance in the AO even for the same CAG repeat length. To study the variability of the AO, I developed a stochastic model for clustered neuronal death in the HD striatum. The model showed that a significant part of the unexplained variance can be attributed to the intrinsic stochastic dynamics of neurodegeneration.

In der Differentialdiagnose von Parkinson-Syndromen wurden in frühen und in fortgeschrittenen Stadien insgesamt 138 Patienten mit der Verdachtsdiagnose eines Morbus Parkinson und mit der Verdachtsdiagnose einer progressiven supranukleären Blickparese untersucht. Es wurden klinische Verlaufsbeobachtungen sowie die dopaminerge Stimulation mit Apomorphin, die Kernspintomographie und die single photon emission computed tomography (SPECT) mit dem Liganden Jodobenzamid für die Untersuchungen eingesetzt. Die Ergebnisse der zu untersuchenden Hypothesen können wie folgt zusammengefaßt werden: Bei bis dato unbehandelten Patienten mit akinetisch-rigiden Syndromen kann mittels einer Testinjektion von 3 -5 mg Apomorphin mit einer Sensitivität und Spezifität von etwa 90 % das Ansprechen auf eine L-Dopa-Langzeittherapie korrekt vorhergesagt werden. Das IBZM-SPECT ist in der Lage, mit einem positiven Vorhersagewert von 72 % und einem negativen Vorhersagewert von 89 % das Ansprechen auf eine spätere orale L-Dopa-Therapie korrekt vorherzusagen. In der Langzeitbeobachtung entwickeln sich aus den 10 Patienten im Frühstadium, die nach den klinischen Kriterien nicht eindeutig zuzuordnen waren, die eine verminderte Ligandenaufnahme haben, und die nicht auf Apomorphin reagieren, 7 ein "atypisches" Parkinson-Syndrom im Sinne einer MSA (n = 5), einer PSP (n = 1) oder einer CBGD (n = 1) Von diesen 7 Patienten hatten 5 bereits in der Erstdiagnostik eine verminderte IBZM-Bindung im SPECT. Vaskuläre Syndrome entwickeln nicht nur das klinische Bild des "lower body parkinsonism", sondern auch Zeichen einer vertikalen Blickparese mit Demenz bei akinetisch-rigidem Syndrom. Bei gut 30 % der untersuchten Patienten mit der klinischen Diagnose der PSP wurden vaskulär gedeutete Läsionen im MRT in der weißen Substanz und in den Basalganglien gefunden; diese hatten signifikant häufiger eine normale Bindung im IBZM-SPECT und unterschieden sich von degenerativen PSP-Patienten mit erniedrigter IBZM-Bindung. Wir deuten diese Patienten als eine andere nosologische Entität. Außerdem konnte erstmals gezeigt werden, daß bei Patienten, die klinisch wahrscheinlich oder möglicherweise eine PSP hatten, der antero-posteriore Durchmesser des Mittelhirns nach kernspintomographischer Messung mit der Ligandenaufnahme im IBZM-SPECT korreliert. Dies gilt für die Gesamtgruppe der untersuchten Patienten, aber auch für die Untergruppe, die keine hyperintensen T2-Läsionen haben. Diese Ergebnisse bedeuten für den klinische Alltag, daß nach einer sorgfältigen klinischen Untersuchung von Patienten mit Parkinson-Syndromen, die die gültigen Kriterien für die klinische Diagnose des Morbus Parkinson, der progressiven supranukleären Blickparese und auch der Multi-System-Atrophie beachtet, das Kernspintomogramm und das IBZM-SPECT notwendige Untersuchungen in der korrekten ätiologischen Zuordnung von Parkinson-Syndromen, insbesondere auch der progressiven supranukleären Blickparese sind. Dies ist für die weitere Planung insbesondere von neuroprotektiven Strategien bei diesen Krankheitsbildern von essentieller Bedeutung. / One hundred thirty eight patients, in whom the diagnoses of Parkinson's disease or progressive supranuclear palsy (PSP) was suspected, were examined in order to improve the differential diagnosis of these syndromes. We observed the clinical course, tested for the dopaminergic response to the dopamine receptor agonist apomorphine, and used the technical measures of MRI and single photon emission computed tomography (SPECT) with the ligand 123[I] Iodobenzamide (IBZM) in all patients. Apomorphine correctly predicts the response to long term levodopa therapy with a sensitivity and specificity of approximately 90 % in previously untreated parkinsonian patients. The positive predictive value and negative predictive value of IBZM SPECT are 72 % and 89 % respectively. Ten early stage patients, who could not explicitly be assigned according to the clinical criteria, who had reduced IBZM SPECT binding and who did not respond to apomorphine, developed atypical parkinsonian syndromes in the sense of multiple system atrophy (MSA, n = 5), PSP (n = 1) or corticobasal degeneration (n = 1). Five of these 7 patients had a reduced IBZM binding in SPECT already during the early stage. Vascular syndromes depict not only the clinical picture of lower body parkinsonism, but also of supranuclear palsy, dementia and akinetic-rigid syndrome. We found MRI lesions within the white matter and the basal ganglia in about 30 % of our patients with the clinical diagnosis of PSP; we interpreted these lesions as vascular. In contrast to patients without these MRI lesions, who had decreased IBZM binding in SPECT, these patients with vascular disorders had significantly more frequently a normal binding. We interpret our results in that way that these patients represent another nosological entity. In addition, we showed for the first time that the anteroposterior diameter (measured in midbrain MRI scans) correlates to ligand binding measured by IBZM SPECT. This applies as well to all PSP patients as well to the sub-group without hyperintense MRI lesions. The in vivo diagnosis of bradykinetic syndromes relies on clinical examination; after careful observation of valid criteria for Parkinson's disease, PSP and MSA, MRI and IBZM SPECT are mandatory for the correct differential diagnosis, especially for PSP. This applies in particular, if neuroprotective therapies are to be investigated.

Huntington’s Disease (HD) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die sich durch motorische, kognitive sowie psychiatrische Beeinträchtigungen auszeichnet. Die Verlängerung eines Polyglutamin (polyQ)-Abschnittes im Protein Huntingtin (Htt) über 37 Qs hinaus bedingt die Aggregation des mutierten Proteins (mHtt) und dessen Ablagerung in neuronalen Einschlüssen. Als potenzieller Modulator der polyQ-abhängigen mHtt Aggregation und Toxizität wurde der Q-reiche Transkriptionstransaktivator SS18L1 in silico identifiziert. Rekombinantes Volllängen-SS18L1 sowie die beiden verkürzten Fragmente SS18L1_NM und SS18L1_C weisen in wässriger Lösung einen hohen Anteil an Random-Coil-Strukturen auf und bilden Oligomere. Alle SS18L1-Proteine verzögern dosisabhängig die spontane Aggregation eines Htt Exon 1 Fragmentes mit 49 Glutaminen (Ex1Q49). Dabei wird die Entstehung SDS-stabiler Ex1Q49 Aggregate durch die Stabilisierung von Ex1Q49 Mono- und Oligomeren gebremst. In HEK293 Zellen verringern rekombinante SS18L1-Proteine sowohl die Anzahl der SDS-unlöslichen Ex1Q49-Aggregate als auch die mHtt-vermittelte Zytotoxizität. Auch hierbei scheint eine Stabilisierung früher Aggregatspezies, wahrscheinlich durch die Interaktion der SS18L1-Proteine mit dem jeweiligen mHtt Fragment, eine wesentliche Rolle zu spielen. Entsprechende Interaktionen konnten mittels LUMIER-Studien und konfokaler Mikroskopie nachgewiesen werden. Humanes, exogenes SS18L1 unterdrückt die polyQ-bedingte Aggregation in einem C. elegans-Modell für HD und in transgenen R6/2 HD-Mäusen sind die Mengen an endogenem SS18L1 im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen verändert. Beides weist darauf hin, dass SS18L1 auch in vivo von Relevanz sein könnte. Dafür spricht zudem, dass murines SS18L1 in Gehirnen von R6/2-Mäusen mit neuronalen mHtt-Aggregaten co-lokalisiert. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten einen Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Therapieansätze und die weitere Erforschung der HD Pathologie darstellen. / Huntington’s Disease (HD) is a neurodegenerative disease, which is characterised by motor, cognitive and psychiatric disturbances. The abnormal extension of an N-terminal polyQ tract in the protein huntingtin (Htt) results in aggregation of the mutant protein (mHtt) and the deposition of neuronal inclusions. The Q-rich transcriptional transactivator SS18L1 was identified in silico as a potential modulator of polyQ-mediated mHtt aggregation and toxicity. Recombinant full-length SS18L1 and the truncated fragments SS18L1_NM and SS18L1_C have a high random-coil content and form oligomeric structures in aqueous solutions. In addition, all three proteins delay the spontaneous aggregation of an Htt exon 1 fragment with a stretch of 49 glutamines (Ex1Q49). The formation of SDS-resistant Ex1Q49 aggregates is postponed in a concentration-dependent manner as monomers and oligomers, appearing early in the amyloid formation cascade, are stabilised. In mammalian cells recombinant SS18L1 proteins reduce both the number of SDS-stable Ex1Q49 aggregates and mHtt-induced cytotoxicity. These effects are likely due to the stabilisation of early aggregation intermediates, which could result from interactions of the SS18L1 proteins with the respective mutant Htt exon 1 fragment. Such interactions have been demonstrated employing a LUMIER assay and confocal microscopy. Exogenous human SS18L1 suppresses polyQ-mediated aggregation in a C. elegans model of HD and levels of endogenous SS18L1 are altered in transgenic R6/2 HD mice compared to wild type mice. As a consequence, SS18L1 might be of relevance in vivo. This is also supported by the finding that murine SS18L1 interacts with mHtt inclusions in R6/2 mice. The results of this study could provide a basis for the development of a therapeutical strategy or for the further elucidation of HD pathology.

Die Studie beinhaltet eine biochemisch-molekularbiologische Analyse des 20S-Proteasoms und seiner Aktivierung durch Proteine der PA28-Familie. Das 20S-Proteasom ist die zentrale Epitop-prozessierende cytosolisch-nukleäre Protease des MHC-Klasse-I-Antigenpräsentationsweges. In Mikroglia, wie auch in anderen Zellen, unterliegt das Proteasom einer Interferon-g-(IFN-g)-vermittelten strukturellen Plastizität, d.h. einer Substitution der Untereinheiten der Aktiven Zentren. Durch diesen Austauschmechanismus werden proteolytische Schnittpräferenzen modifiziert, was für die Hierarchie von cytotoxischen T-Zellantworten von Bedeutung ist. Lipopolysaccharide (LPS) bewirken in Mikroglia ebenfalls Veränderungen der proteasomalen Zusammensetzung des 20S-Komplexes und seines PA700-Aktivators. Dies ist ein Hinweis auf die Rolle des Proteasoms auch bei der Prozessierung von Antigenen des endolysosomalen Antigenpräsentationsweges. Die Modulation der Zusammensetzung des 20S-Proteasoms in Mikroglia durch IFN-g und LPS ist ein weiterer Beleg für die Rolle der Mikroglia bei der zellulären Immunantwort im Zentralnervensystem. Funktionen des Proteasoms in der MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation werden durch den Proteasomaktivator PA28 optimiert. Die PA28-Proteinfamilie besteht aus den Proteinen PA28a, PA28b und PA28g. Diese Studie trägt - basierend auf kinetischen Modellierungen, Mutagenese- und Protein-Protein-Interaktionsstudien und Untersuchungen zur MHC-Klasse-I-Antigen-präsentation in PA28-Transfektanten - zur funktionellen Neubewertung dieser drei Proteine bei. Die drei PA28-Proteine sind autonome Aktivatoren des Proteasoms. Heteromere PA28ab-Komplexe verursachen eine stärkere Aktivierung des Proteasoms als die homomeren PA28a-oder PA28b-Komplexe. Das PA28g-Protein ist in vitro ein schwacher Aktivator verschiedener proteasomaler Peptidaseaktivitäten, der dennoch in unserem in vivo-Modell eine verbesserte MHC-Klasse-I-Antigenpräsentation bewirkt. Kinetische Argumente sprechen für Funktionen der PA28a und PA28b-Proteine als Translokasen für Peptidsubstate und -produkte des Proteasoms. Anhand des HBx-Proteins des Hepatitis B-Virus wird die Möglichkeit illustriert, das vorgestellte Modell zur Analyse viraler Faktoren anzuwenden, die mit der Aktivierung des Proteasoms durch PA28 interferieren. / The 20S proteasome is the proteolytic core complex of the main cytoplasmic and nuclear protein degradation system. One of the numerous functions assigned to the 20S proteasome is the generation of antigenic peptides from intracellular proteins. MHC class I surface presentation of antigenic peptides is one key event of the cellular immune response. The presented study was aimed on the biochemical and molecular-biological analysis of the 20S proteasome and its activation by regulatory proteins of the PA28 family. In the brain, microglial cells are the major antigen presenting cells and they respond sensitive to pathologic events. Cultured mouse microglia was used as a model to study the correlation between microglial activation parameters and structural plasticity of the 20S/26S proteasome. In response to interferon-g , constitutive active site subunits were replaced by inducible subunits as described for other cellular systems. These replacements result in altered proteolytic cleavage preferences, indicating that activated microglia adapts its proteasomal subunit composition to the requirements of an optimized MHC class I epitope processing. Since lipopolysaccharide (LPS), a glycolipid of bacterial pathogens, also alters proteasome subunit composition of the 20S proteasome and its activator PA700, a function of microglial proteasome in processing of antigens of the endolysosomal pathway has been postulated. The modulation of the 20S proteasome subunit composition indicates that microglia is part of the cellular immune response in the central nervous system. The proteasome activator PA28 has been reported to optimize MHC class I antigen presentation. The PA28 protein family is composed of three proteins: PA28a, PA28b and PA28b. Based on kinetic modelling approaches, mutagenesis of activator proteins, protein-protein interaction studies and investigation of MHC class I antigen presentation in PA28-transfected cell lines a evaluation of functions of these three proteins has been performed. In vitro investigations revealed that the recombinant PA28 proteins are activators of peptidase activities of the proteasome. Heteromeric PA28ab complexes are stronger activators than homomeric PA28a o PA28b complexes. Recombinant PA28g is a weak activator of several peptidase activities. Nevertheless, in PA28g transfected B8-fibroblasts preliminary results indicate an improved MHC class I presentation. Based on kinetic evidence, a model has been presented indicating that PA28a and PA28b proteins act as peptide translocases, performing the import of substrates or the export of products into the catalytic chamber of the 20S proteasome. Finally, as examplified with the HBx protein of Hepatitis B virus, the opportunity is presented to use an in vitro reconstitution system of proteasomal activation to examine viral proteins interfering with proteasomal activation.

Der Morbus Parkinson ist die häufigste Erkrankung der Basalganglien und wird durch einen Abbau der dopaminergen Neurone in der Substantia nigra des Mittelhirns verursacht. Um Wege zu finden, die Nebenwirkungen bisheriger Therapien dieser Erkrankung zu vermeiden, sollten neue Angriffspunkte für pharmakologische Interventionen gesucht werden. Prinzipiell ist dabei jeder Schritt einer Signaltransduktions-Kaskade zu prüfen. Dazu gehören präsynaptische Transmitterfreisetzung, G-Protein-gesteuerte Effektormechanismen oder Veränderungen prä- und postsynaptischer Potentiale, wie sie durch ein bestimmtes lokales Ionenkanalmuster festgelegt werden. Aufgrund ihrer enormen molekularen Vielfalt bei gleichzeitig weiter, aber spezifischer Verbreitung, stellen Kaliumkanäle interessante Angriffspunkte für neue therapeutische Strategien dar. Die vorliegende Arbeit untersucht die zelluläre und subzelluläre Verteilung aller Mitglieder der Kir2-Familie, einer Gruppe von Proteinen, die einwärts-gleichrichtende Kaliumkanäle bildet. Zu diesem Zweck wurden polyklonale, monospezifische, affinitätsgereinigte Antikörper gegen den wenig konservierten carboxyterminalen Anteil der Kir2.1-, Kir2.2-, Kir2.3- und Kir2.4-Proteine hergestellt. Alle Untereinheiten der Kir2-Familie wurden an den Somata und Dendriten der meisten striatalen Neurone nachgewiesen. Zwei dieser Kanäle zeigten jedoch ein inhomogenes Verteilungsmuster: Das "patch"-Kompartiment des Striatums wurde von der Expression des Kir2.3-Kanals ausgespart, und das Kir2.4-Protein wurde am stärksten auf den tonisch aktiven, cholinergen striatalen Interneuronen exprimiert. Diese beiden Strukturen stellen die Schlüsselstellen für die Kontrolle und Regulation der dopaminergen und cholinergen Transmission im Striatum dar, weswegen ihnen eine zentrale Rolle für die efferenten Projektionen der Basalganglien zukommt. Die nachgewiesene heterogene Lokalisation der Kir2.3- und Kir2.4-Untereinheit an diesen strategisch relevanten Strukturen macht diese Kanäle zu viel versprechenden Angriffspunkten für zukünftige Pharmakotherapien. / Parkinson’s disease is the most frequent movement disorder caused by loss of dopaminergic neurons in the midbrain. Intentions to avoid side effects of conventional therapy should aim to identify additional targets for potential pharmacological intervention. In principle, every step of a signal transduction cascade, such as presynaptic transmitter release, type and occupation of postsynaptic receptors, G protein-mediated effector mechanisms, and the alterations of pre- or postsynaptic potentials as determined by the local ion channel composition, have to be considered. Due to their diversity and their widespread but distinct localizations, potassium channels represent interesting candidates for new therapeutic strategies. As a first step, the present report aimed to study the cellular and subcellular distribution of the individual members of the Kir2 family in the striatum, a group of proteins forming inwardly rectifying potassium channels. For this purpose polyclonal, monospecific, affinity purified antibodies against the less conserved carboxyterminal sequences from the Kir2.1, Kir2.2, Kir2.3, and Kir2.4 proteins were prepared. All subunits of the Kir2 family were detected on somata and dendrites of most striatal neurons. However, the distribution of two of them was not homogeneous. Striatal patch areas were largely devoid of the Kir2.3 protein, and the Kir2.4 subunit was most prominently expressed on the tonically active, giant cholinergic interneurons of the striatum. These two structures are among the key players in regulating dopaminergic and cholinergic neurotransmission within the striatum, and therefore are of major importance for the output of the basal ganglia. The heterogeneous localization of the Kir2.3 and the Kir2.4 subunits with respect to these strategic structures pinpoints these channel proteins as promising targets for future pharmacological efforts.

Metakognition ermöglicht Einblicke in eigene kognitive Prozesse und beeinflusst menschliches Verhalten in mehreren Bereichen. Die Debatte, ob Metakognition sich domänenallgemein oder domänenspezifisch auswirkt, bleibt unentschieden, wobei die meisten Studien auf sensorische Informationsverarbeitung und Gedächtniseffekte fokussieren. Diese Dissertation unterstreicht die Notwendigkeit, weitere Domänen zu untersuchen, um diese Frage zu klären, und tut dies, indem sie Metakognition im motorischen Bereich erforscht. Diese Arbeit umfasst vier empirische Studien. Studie 1 untersuchte die zugrundeliegenden Strukturen in metakognitiven Domänen und fand keine Beweise, die eine Unterscheidung zwischen intern oder extern generierter Information unterstützen. Studie 2 konzentrierte sich auf motorische Metakognition und verglich die Introspektion direkter und indirekter Bewegungsparameter. Obwohl beide Bewegungsparameter gleichermaßen introspektierbar sind, weisen fehlende Korrelationen zwischen verschiedenen Bewegungsparametern innerhalb einer Domäne auf die Rolle von nicht-domänenspezifischen Merkmalen in der Metakognition hin. In einem datengesteuerten Ansatz zeigte Studie 3, wie die Introspektion verschiedener Aspekte der Bewegung mit motorischer Kontrolle und Metakognition verknüpft ist. In Studie 4 wurde getestet, ob metakognitive Defizite die Vorgefühle bei Tourette-Störung untermauern. Es fanden sich keine Belege für Beeinträchtigungen in taktiler oder visueller Metakognition, was die Rolle der Metakognition in der Pathophysiologie der Störung in Frage stellt. Insgesamt betont die Arbeit die Notwendigkeit, domänenbezogene und aufgabenspezifische Merkmale zu entflechten und Faktoren zu identifizieren, die Allgemeinheit und Spezifität beeinflussen. Sie trägt zum Verständnis der motorischen Metakognition bei, indem sie experimentelle und analytische Ansätze vorantreibt und gleichzeitig Einblicke in die Architektur höherer kognitiver Funktionen und das Bewusstsein bietet. / Metacognition, the ability to introspect into one's cognitive processes, can guide human behaviour across various domains. The debate whether metacognition operates in a more domain-general or a domain-specific fashion remains inconclusive, with most studies focused on sensory and memory domains. This thesis argues that to resolve this question, it is necessary to broaden the scope of domains, and it does so by exploring metacognition in the motor domain. This thesis comprises four empirical studies. Study 1 examined the underlying structures in metacognitive domains, finding no evidence to support a distinction between internally or externally generated information. Study 2 focused on motor metacognition, comparing the monitoring of direct and indirect movement parameters. While both movement parameters can be equally well monitored, the absence of correlations within the same domain but across different monitored parameters highlights the role of non-domain features on metacognition. In a data-driven approach, Study 3 revealed how monitoring different aspects of movement is linked with motor control and metacognitive judgments. Study 4 tested whether metacognitive deficits underpin premonitory urges in Tourette's disorder. No evidence of metacognitive impairment was found in the tactile or visual domains, challenging metacognition's role in the disorder's pathophysiology. Overall, the thesis emphasises the need to disentangle domain-related and task-specific features, advocating for identifying factors that influence generality and specificity. It contributes to the understanding of motor metacognition by advancing experimental and analytical approaches, while providing insights into the architecture of higher cognitive functions and conscious processing.

Chorea Huntington (HD) ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch Ablagerungen von N-terminal Polyglutamin-reichen Huntingtin (Htt) -Fragmenten in den betroffenen Neuronen charakterisiert ist. Das mutierte Htt (mHtt) Protein wird ubiquitär exprimiert. Das zellspezifische Absterben von „medium-sized spiny neurons“ (MSN) wird jedoch im Striatum von HD Patienten verursacht (Albin, 1995). Es wird angenommen, dass Striatum-spezifische Proteine, die mit Htt interagieren, eine wichtige Rolle in der Pathogenese von HD spielen (Ross, 1995). Protein-Protein-Interaktionsstudien haben gezeigt, dass einige der Htt-Interaktionspartner mit unlöslichen Htt-Ablagerungen in den Gehirnen von HD-Patienten kolokalisieren und die Bildung von Protein-Aggregaten beeinflussen (Goehler, 2004). Kürzlich wurde durch die Integration von Genexpressions- und Interaktionsdaten ein Striatum-spezifisches Protein-Interaktionsnetzwerk erstellt (Chaurasia, unveröffentlichte Daten). Eines der identifizierten Proteine ist CRMP1 (collapsin response mediator protein 1), das spezifisch in Neuronen exprimiert wird und möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Pathogenese von HD spielt. Experimentelle Untersuchungen mithilfe eines Filter-Retardationsassays zeigten, dass CRMP1 die Anordnung von Htt zu fibrillären, SDS-unlöslichen Aggregaten verringert. Durch Rasterkraftmikroskopie wurde der direkte Effekt von CRMP1 auf den Aggregationsprozess von Htt bestätigt. Ko-Immunopräzipitationsstudien zeigten, dass CRMP1 und Htt in Säugerzellen unter physiologischen Bedingungen miteinander interagieren. Es wurde nachgewiesen, dass CRMP1 die Polyglutamin-abhängige Aggregation und Toxizität von Htt in Zell- und Drosophila-Modellen von HD moduliert. Außerdem konnte CRMP1 in neuronalen Ablagerungen in R6/2 Mäusegehirnen und dessen selektive Spaltung durch Calpaine gezeigt werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Lokalisation und Funktion von CRMP1 bei der Krankheitsentstehung verändert werden. / Huntington’s disease (HD) is a neurodegenerative disorder characterized by the accumulation of N-terminal polyglutamine (polyQ)-containing huntingtin (Htt) fragments in affected neurons. The mutant Htt (mHtt) protein is ubiquitously expressed but causes specific dysfunction and death of striatal medium-sized spiny neurons (MSNs) (Albin, 1995). It is assumed that striatum specific proteins interacting with Htt might play an important role in HD pathogenesis (Ross, 1995). Previous protein-protein interaction (PPI) studies demonstrated that many Htt-interacting proteins colocalize with insoluble Htt inclusions in HD brains and modulate the mHtt phenotype (Goehler 2004). A striatum-specific, dysregulated PPI network has been created recently by integrating PPI networks with information from gene expression profiling data (Chaurasia, unpublished data). One of the identified dysregulated proteins potentially involved in HD pathogenesis was the neuron-specific collapsin response-mediator protein 1 (CRMP1). Here, I show that CRMP1 reduces the self-assembly of SDS-insoluble mHtt protein aggregates in vitro, indicating a direct role of CRMP1 on the mHtt aggregation process. Coimmunoprecipitation studies showed that CRMP1 and Htt associate in mammalian cells under physiological conditions. In addition, CRMP1 localizes to abnormal neuronal inclusions and efficiently modulates polyQ-mediated Htt aggregation and toxicity in cell and Drosophila models of HD. This suggests that dysfunction of the protein is crucial for disease pathogenesis. Finally, I observed that CRMP1 localizes to neuronal inclusions and is selectively cleaved by calpains in R6/2 mouse brains, indicating that its distribution and function are altered in pathogenesis. In conclusion, this study presents new findings on the function of CRMP1 and its role in the pathogenesis of HD. The protein interacts with Htt and modulates its aggregation and toxicity, in this way influencing the molecular course of the disease.

Die Erkrankung Huntington s Chorea ist eine autosomal dominant vererbte Erkrankung, die gewöhnlich im mittleren Lebensabschnitt beginnt und unausweichlich zum Tode führt. In unserem Bestreben, Proteine zu identifizieren, welche an Prozessen "Upstream" oder "Downstream" des krankheitsverursachenden Proteins Huntingtin beteiligt sind, wurde das Proteom eines sehr gut etablierten Mausmodells mit Hilfe der Großgel 2D-Elektrophorese untersucht. Es konnte zum ersten Mal auf Proteinebene nachweisen werden, dass die Expression von zwei Serinproteasehemmern, alpha1-Antitrypsin und Contraspin und darüber hinaus eines Chaperons, alphaB-Kristallin, im Verlauf der Erkrankung abnimmt. Reduzierte Expression von alpha1-Antitrypsin und Contraspin konnte in Gehirn, Leber, Herz und Testes nahe dem Endstadium der Erkrankung nachgewiesen werden. Hier ist es wichtig festzustellen, dass die Expressionsabnahme von alpha1-Antitrypsin im Gehirn der Abnahme in der Leber im Herzen und in den Testes vorangeht. Eine verminderte Expression des Chaperons alphaB-Kristallin wurde nur im Gehirn gefunden. Für ein weiteres Protein, das Major Urinary Protein, wurde eine verminderte Expression in der Leber und im Urin von betroffenen Mäusen festgestellt. Damit konnte demonstriert werden, dass die Erkrankung auf Proteinebene auch ein Protein, das im Gehirn von transgenen Mäusen nicht vorkommt, beeinflusst. Bei Untersuchungen am Menschen wurde in drei Gehirnregionen von Postmortem-Gehirnen von Huntington s Chorea Patienten eine veränderte Expression von alpha1-Antitrypsin festgestellt. Wenn gewährleistet werden kann, dass die Konzentration von alpha1-Antitrypsin und alphaB-Kristallin während Huntington s Chorea im Gewebe nicht absinkt, könnte dies vielleicht neuronalen Zelltod verhindern und somit bei der Verzögerung des Krankheitsverlaufs nutzbringend eingesetzt werden. / Huntington disease is an autosomal dominantly inherited disease that usually starts in midlife and inevitably leads to death. In an effort to identify proteins involved in processes upstream or downstream of the disease causing huntingtin, the proteome of a well-established mouse model was studied by large-gel 2D electrophoresis. It could be demonstrated for the first time at the protein level that two serin protease inhibitors, alpha1-antitrypsin and contraspin and the chaperone alphaB-crystallin decrease in expression over the course of disease. Importantly, the alpha1-antitrypsin decrease in the brain precedes that in liver, heart and testes in mice. Reduced expression of alpha1-antitrypsin and contraspin could be detected in the brain, liver heart and testes close to terminal disease. Decreased expression of the chaperone alphaB-crystallin was found exclusively in the brain. Reduced expression of the liver specific major urinary proteins not found in the brain, was seen in affected mice, demonstrating that the disease exerts its influence on a protein not present in the brain of transgenic mice at the protein level. When investigating three human brain regions obtained post-mortem from Huntington s disease patients, alpha1-antitrypsin expression was also altered. Maintaining alpha1-antitrypsin and alphaB-crystallin availability during the course of Huntington s disease might prevent neuronal cell death and therefore could be useful in delaying the disease progression.