Hintergrund: Der Morbus Parkinson gehört zu den wichtigsten Bewegungsstörungen. Doch neben den motorischen Einschränkungen finden sich auch weitere den Patienten beeinträchtigende nicht-motorische Symptome. Neuropsychiatrische Krankheitsbilder rücken immer mehr mit in den Vordergrund. In dieser Arbeit soll mit Hilfe des Mini International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.) evaluiert werden, welche neuropsychiatrischen Begleiterscheinungen in welcher Häufigkeit und in welcher Abhängigkeit zu verschiedenen Variablen auftreten. Zusätzlich soll die Häufigkeit und Schwere von Angst und Depression im OFF im Vergleich zum ON aus einer 2. Studie ermittelt werden. Patienten und Methoden: Von März bis Oktober 2008 wurden in 6 deutschen Zentren 225 Patienten mit idiopathischen Parkinsonsyndrom rekrutiert. Zunächst wurden die soziodemographischen Daten, das Datum der Erstdiagnose, relevante Begleiterkrankungen und aktuelle Medikation erfragt. Danach wurden Hoehn&Yahr Scale (H&Y), Unified Parkinson Rating Scale (UPDRS), Mini Mental State Examination (MMSE), affektive und motorische Fluktuationen sowie die klinische Diagnose Depression durch einen Studienarzt evaluiert. Den WHO-5-Fragebogen (World Health Oragnisation), den Despar-Fragebogen sowie das Beck Depression Inventory (BDI) führten die Patienten in Selbstevaluation durch. Das Mini International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.) wurde anschließend durch einen in der Behandlung psychiatrischer Patienten erfahrenen Arzt durchgeführt. Zur Evaluation der Fluktuationen nicht-motorischer Symptome mit motorischen ON- und OFF-Phasen wurden die Daten einer zweiten multizentrischen Studie (NoMoFlu-Studie), bei der von Juli 2010 bis Februar 2011 100 Patienten mit Levodopa-Spätsyndrom rekrutiert wurden, hinzugezogen. Mein Schwerpunkt richtete sich auf die motorische Untersuchung mittels UPDRS III im ON und OFF, dem Teil 3 der modifizierten NMSScale, die sich mit Stimmung/Kognition befasst, und die Fragen 2 und 3 der visuellen Analogskala, die sich auf ängstliche und depressive Symptome beziehen. Mittels SPSS 17.0 wurden nach der deskriptiven Statistik kategoriale Variablen mit dem Chi-Quadrat-Test beziehungsweise mit dem Exakt-Test nach Fisher auf Abhängigkeiten überprüft. Zum Vergleich von Mittelwerten wurde der Mann-Whitney-U-Test herangezogen. ON und OFF Werte wurden durch einen gepaarten zweiseitigen t-Test miteinander verglichen. Für alle p-Werte wurde ein Signifikanzniveau von 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Von den 225 Patienten waren 123 männlich und 102 weiblich. Das Alter lag im Durchschnitt bei 68,32+/-8,81 Jahren, der BMI bei 26,16+/-5,08 und die Krankheitsdauer betrug durchschnittlich 7,5 Jahre. Parkinson-bezogen ergaben sich folgende Werte: H&Y Median 2,5; UPDRS 46,23+/-20,57; MMSE 92,2% mit normaler kognitiver Leistungsfähigkeit; Despar 32,01+/-8,23; affektive Fluktuationen lagen bei 14,4% und motorische Fluktuationen bei 40,5% der Patienten vor. Anhand des WHO-5-Fragebogens konnte bei 35,4% eine Depression festgestellt werden, anhand des BDI bei 50,9% und klinisch bei 20,6%. Die Prävalenz der M.I.N.I. Störungsbilder ist folgender Maßen verteilt: bei 20,2% liegt eine Depression vor, bei 10,9% Agoraphobie ohne Panikstörung, bei 8,8% eine Dysthymie; 8,6% zeigen ein erhöhtes Suizidrisiko und 6,3% Depressionen mit melancholischen Merkmalen; 5,0% leiden an Sozialphobie, 2,3% an generalisierter Angststörung, 1,9% an Psychosen und 1,4% an Hypomanie; eine Panikstörung ohne Agoraphobie ist bei 0,9% und eine Zwangsstörung bei 0,5% der Patienten zu evaluieren. Manie, Posttraumatische Belastungsstörung, Alkohol- sowie Substanzmissbrauch und –abhängigkeit, Essstörungen und antisoziale Persönlichkeitsstörung fanden sich bei keinem der Patienten. In den Untersuchungen der NoMoFlu-Studie zeigte sich außerdem, dass die Schwere der motorischen Beeinträchtigung wie auch die Häufigkeit und Schwere der nicht-motorischen Symptome mit den OFF-Phasen statistisch signifikant zunimmt. Im motorischen Teil III des UPDRS wurden Werte im ON von durchschnittlich 19,1 +/- 11,7 und im OFF von 33,9 +/- 11,3 erreicht (p<0,001), im ON lag der Median des H&Y bei 2,5, im OFF bei 3 (p<0,001). Die Daten aus der VAS ergaben für Depression und Angst einen Anstieg der Häufigkeit im OFF (Depression 23,3% versus 47,3%, Angst 8,2% versus 27%) und der Schwere (Depression 10,1+/- 20,8 versus 29,9 +/- 31,7, p<0,001; Angst 4,1 +/- 14,7 versus 16,0 +/- 27,2, p<0,001). Schlussfolgerungen: Die erste Studie hat gezeigt, dass bestimmte neuropsychiatrische Krankheitsbilder bei Morbus Parkinson-Patienten in höherem Maße als in der Normalbevölkerung vorkommen. Die Prävalenz von depressiven Störungen zeigt in der Literatur allerdings eine große Spanne (13%-50% für Depression und 10%-15% für Dysthymie). Mögliche Gründe für die Unterschiede könnten in der Zusammensetzung der jeweiligen Patientenpopulation bestehen. Wie in unserer Studie sind an depressiven Störungen mehr Frauen beteiligt, die Werte für MMSE unterscheiden sich, UPDRS und H&Y liegen bei Patienten mit depressiver Symptomatik deutlich höher, motorische und affektive Fluktuationen sind häufiger zu beobachten, das Suizidrisiko ist erhöht und Angststörungen wie Sozialphobie oder Agoraphobie zeigen Assoziationen mit depressiven Störungen. Des Weiteren konnte anhand der NoMoFlu-Studie gezeigt werden, dass in den OFF-Phasen eine signifikant höhere Prävalenz depressiver Symptome herrscht als in den ON-Phasen und auch die Schwere zunimmt, was allerdings nicht mit der Schwere der motorischen Symptome korreliert werden konnte. Bipolare Störungen sind eher selten. Hypomanie und Manie konnten nicht im höheren Maße als in der Normalbevölkerung evaluiert werden. Dagegen konnten Angststörungen häufig beobachtet werden. Vor allem Sozialphobie und Agoraphobie zeigten erhöhte Prävalenz. Entgegen anderen Studien konnten Panik- und generalisierte Angststörung in unserer Studie nicht vermehrt registriert werden. Doch auch hier existiert eine große Spanne: für Panikstörungen von 5,0% bis 30%, 11,5% bis 50% für Sozialphobie, 18% für Agoraphobie und 11% bis 71% für generalisierte Angststörung. Eine mögliche Ursache könnte sein, dass Angst mit kognitiven und somatischen Veränderungen einhergeht, die ähnlich dem Morbus Parkinson sein können, und somit nicht erkannt wird. Unsere Studie zeigte, dass Angststörungen mit depressiven Störungen, motorischen Fluktuationen und einem erhöhten Suizidrisiko einhergehen. Die NoMoFlu-Studie bestätigte zusätzlich, dass Angststörungen mit erhöhter Bewegungseinschränkung in den OFF-Phasen an Prävalenz und Schwere zunehmen. Psychosen, Zwangsstörungen und Verhaltensstörungen konnten entgegen der internationalen Literatur, die einen Zusammenhang vor allem mit der dopaminergen Therapie beschreibt, nicht in höherem Maße als in der Normalbevölkerung evaluiert werden. Limitationen dieser Studien sind die begrenzte Patientenanzahl, die von unterschiedlichen Untersuchern durchgeführte Evaluation, die Abhängigkeit von der Mitarbeit des Patienten sowie das Fehlen vergleichender diagnostischer Test, die neuropsychiatrische Störungen aufdecken. Positiv ist das breit gefächerte Patientengut. Die Studie zeigt, dass neuropsychiatrische Störungen bei Morbus Parkinson weit verbreitet sind und eine adäquate Beurteilung in den klinischen Alltag mit aufgenommen werden sollte.

Zugl.: Osnabrück, Univ., Diss., 2009

Die elementare motorische Schnelligkeit beschreibt einen Teil der motorischen Schnelligkeit. Im Vergleich zur komplexen motorischen Schnelligkeit ist sie unabhängig von der ausgeübten Sportart und lässt sich über vier Dimensionen charakterisieren: Reaktionsschnelligkeit, Schnelligkeit bei zyklischen Bewegungen (Frequenzschnelligkeit), Schnelligkeit bei azyklisch reaktiven Bewegungen (Schnelligkeit im Dehnungs‐Verkürzungs-Zyklus) und Schnelligkeit von willkürlich initiierbaren Bewegungen (Kontraktionsschnelligkeit). Aufgrund der enormen Bedeutung der Schnelligkeit, sowohl für den Leistungs- als auch für den Gesundheitssport ist die weitere Aufklärung der Einflussfaktoren und des Charakters der elementaren motorischen Schnelligkeit von großem Interesse. Ziel dieser Arbeit war es demzufolge, in einer Assoziationsstudie Kandidatengene bzw. genetische Marker zu finden, die mit einer erhöhten Schnelligkeit in den einzelnen durchgeführten Tests assoziieren und so Aussagen über den Charakter der elementaren Schnelligkeit zu ermöglichen. Auch sollte sie zur Schnellkraft hinabgegrenzt werden können. Dies könnte zur verbesserten Trainierbarkeit von Schnelligkeit führen. Dabei ist zu erwähnen, dass dies die erste Arbeit ist, die sich mit dem Phänotyp der elementaren motorischen Schnelligkeit und seinem genetischen Profil beschäftigt. Die Auswahl der Kandidatengene bzw. der genetischen Marker erfolgte aufgrund bereits bekannter Assoziationen von - mit der elementaren motorischen Schnelligkeit - ähnlichen Phänotypen (z.B. ACTN3 oder ACE) oder aufgrund der biologischen Funktionen des entsprechenden Proteins (z.B. DCDC2 oder PLP1). Im ersten Schritt erfolgte dabei der Aufbau einer Phänotyp-Genotyp-Datenbank. Die DNA-Proben wurden hinsichtlich ausgewählter genetischer Marker genotypisiert und anschließend statistisch ausgewertet. Dabei wurde nach Assoziationen zwischen der Häufigkeit eines SNPs (single nucleotide polymorphism) und der Schnelligkeitsleistung in den verschiedenen, durchgeführten Tests gesucht. Zur Erfassung des Phänotyps wurde auf eine bereits bestehende bzw. parallel zu der Arbeit erstellte Testbatterie aus der Sportwissenschaftlichen Fakultät der Universität Leipzig zurückgegriffen. Die Genotypisierung der Polymorphismen erfolgte nach dem Taq Man® Genotyping Protokoll, die Ins/Del im ACE-Gen wurde mit Hilfe der Polymerase-Kettenreaktion mit anschließender Visualisierung in der Gelelektrophorese in einem Agarosegel untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte unter Benutzung der linearen Regressionsanalyse. Dabei wurde die multivariate lineare Beziehung zwischen dem Genotyp und den einzelnen Parameter der durchgeführten sportmotorischen Tests untersucht. Alle Ergebnisse sind dabei ohne Bonferroni-Korrektur auf multiples Testen angegeben, die Assoziationen sind also nur nominal (p≤0,05). Die gefundenen Assoziationen sind dabei zusammengefasst in Tab. 17 dargestellt. Auffallend ist, dass sich viele Assoziationen auf Schnellkraftparameter beziehen. Dies könnte ein Hinweis sein, die Auswahl der Kandidatengene entsprechend anzupassen. Die meisten Assoziationen finden sich für den SNP rs793834 des DCDC2-Gens, jedoch werden alle assoziierten Parameter der Schnellkraft zugeordnet (vgl. Tab. 17). Dieser SNP ist bekannt durch seine Assoziation des T-Allels mit signifikant weniger Volumen an weißer Substanz in der linken temporoparietalen Partie, sowie einem dickeren Kortex im linken Gyrus supramarginalis und im lateralen occipital Kortex. Dennoch wäre es von Interesse herauszufinden, ob dieser SNP zu ähnlichen strukturellen Veränderungen in Gehirnregionen führt, denen ein Einfluss auf die motorische Schnelligkeit zugeschrieben wird. Kritisch zu hinterfragen ist jedoch die statistische Power dieser Studie. Bedingt durch die, für genetische Studien, geringe Probandenzahl sowie die noch nicht abschließend geklärte Validität und Reliabilität der sportmotorischen Tests. So konnte kein SNP der Bonferoni-Korrektur standhalten. Jedoch lassen sich basierend auf diesen Ergebnissen neue Ansätze zur Ergründung der elementaren motorischen Schnelligkeit finden (Erweiterung des Kandidatengen-Pools, Vergrößerung der Kohorte).:Inhaltsverzeichnis 1 Abkürzungsverzeichnis 2 1. Einführung 4 1.1 Die elementare motorische Schnelligkeit 5 1.1.1 Erscheinungsformen der elementaren motorischen Schnelligkeit 6 1.2 Physiologie von motorischer Schnelligkeit, verglichen mit Ausdauer, Kraft und Schnellkraft 7 1.3 Genetik der elementaren motorischen Schnelligkeit 9 1.4 Strategien zur Identifizierung von Genen mit sportbezogenem Phänotyp 9 1.4.1 Genomweite Studien: Kopplungsstudien 10 1.4.2 Genomweite Studien: Assoziationsstudien (GWAS) 10 1.4.3 Kandidatengen-Ansätze 12 1.5 Kandidatengene der elementaren motorischen Schnelligkeit 14 2. Aufgabenstellung 16 2.1 Aufbau einer DNA-Datenbank 17 2.2 Genotypisierung 17 2.3 Statistische Analysen 17 3. Materialien und Methoden 18 3.1 Probanden 18 3.2 Phänotypisierung: Diagnostik der elementaren motorischen Schnelligkeit 18 3.3 Blutproben 20 3.4 Genotypisierung 20 3.5 Statistische Auswertungen 25 4. Ergebnisse 25 4.1 Assoziationsanalysen des R577X Polymorphismus (rs1815739) im ACTN3-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 25 4.2 Assoziationsanalysen des Val66Met Polymorphismus (rs6265) im BDNF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 27 4.3. Assoziationsanalysen des rs793834 Polymorphismus sowie des rs9460980 Polymorphismus im DCDC2-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 29 4.4 Assoziationsanalysen des rs475827 Polymorphismus im PLP1-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 34 4.5 Assoziationsanalysen des 287 bp Del/Ins Polymorphismus (Del/Ins) im ACE Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 36 4.6 Assoziationsanalysen des rs10492096 Polymorphismus im VAMP 1/TAPBPL-Genlocus mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 37 4.7 Assoziationsanalysen des rs1800169 Polymorphismus im CNTF-Gen mit quantitativen Merkmalen der elementaren motorischen Schnelligkeit 38 5. Diskussion 38 6. Zusammenfassung der Arbeit 44 Literaturverzeichnis 47 Anlagen 59 Selbstständigkeitserklärung 62 Lebenslauf 63 Publikationen und Präsentationen 65 Danksagung 66

Hintergrund: Der Morbus Parkinson gehört zu den wichtigsten Bewegungsstörungen. Doch neben den motorischen Einschränkungen finden sich auch weitere den Patienten beeinträchtigende nicht-motorische Symptome. Neuropsychiatrische Krankheitsbilder rücken immer mehr mit in den Vordergrund. In dieser Arbeit soll mit Hilfe des Mini International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.) evaluiert werden, welche neuropsychiatrischen Begleiterscheinungen in welcher Häufigkeit und in welcher Abhängigkeit zu verschiedenen Variablen auftreten. Zusätzlich soll die Häufigkeit und Schwere von Angst und Depression im OFF im Vergleich zum ON aus einer 2. Studie ermittelt werden. Patienten und Methoden: Von März bis Oktober 2008 wurden in 6 deutschen Zentren 225 Patienten mit idiopathischen Parkinsonsyndrom rekrutiert. Zunächst wurden die soziodemographischen Daten, das Datum der Erstdiagnose, relevante Begleiterkrankungen und aktuelle Medikation erfragt. Danach wurden Hoehn&Yahr Scale (H&Y), Unified Parkinson Rating Scale (UPDRS), Mini Mental State Examination (MMSE), affektive und motorische Fluktuationen sowie die klinische Diagnose Depression durch einen Studienarzt evaluiert. Den WHO-5-Fragebogen (World Health Oragnisation), den Despar-Fragebogen sowie das Beck Depression Inventory (BDI) führten die Patienten in Selbstevaluation durch. Das Mini International Neuropsychiatric Interview (M.I.N.I.) wurde anschließend durch einen in der Behandlung psychiatrischer Patienten erfahrenen Arzt durchgeführt. Zur Evaluation der Fluktuationen nicht-motorischer Symptome mit motorischen ON- und OFF-Phasen wurden die Daten einer zweiten multizentrischen Studie (NoMoFlu-Studie), bei der von Juli 2010 bis Februar 2011 100 Patienten mit Levodopa-Spätsyndrom rekrutiert wurden, hinzugezogen. Mein Schwerpunkt richtete sich auf die motorische Untersuchung mittels UPDRS III im ON und OFF, dem Teil 3 der modifizierten NMSScale, die sich mit Stimmung/Kognition befasst, und die Fragen 2 und 3 der visuellen Analogskala, die sich auf ängstliche und depressive Symptome beziehen. Mittels SPSS 17.0 wurden nach der deskriptiven Statistik kategoriale Variablen mit dem Chi-Quadrat-Test beziehungsweise mit dem Exakt-Test nach Fisher auf Abhängigkeiten überprüft. Zum Vergleich von Mittelwerten wurde der Mann-Whitney-U-Test herangezogen. ON und OFF Werte wurden durch einen gepaarten zweiseitigen t-Test miteinander verglichen. Für alle p-Werte wurde ein Signifikanzniveau von 0,05 festgelegt. Ergebnisse: Von den 225 Patienten waren 123 männlich und 102 weiblich. Das Alter lag im Durchschnitt bei 68,32+/-8,81 Jahren, der BMI bei 26,16+/-5,08 und die Krankheitsdauer betrug durchschnittlich 7,5 Jahre. Parkinson-bezogen ergaben sich folgende Werte: H&Y Median 2,5; UPDRS 46,23+/-20,57; MMSE 92,2% mit normaler kognitiver Leistungsfähigkeit; Despar 32,01+/-8,23; affektive Fluktuationen lagen bei 14,4% und motorische Fluktuationen bei 40,5% der Patienten vor. Anhand des WHO-5-Fragebogens konnte bei 35,4% eine Depression festgestellt werden, anhand des BDI bei 50,9% und klinisch bei 20,6%. Die Prävalenz der M.I.N.I. Störungsbilder ist folgender Maßen verteilt: bei 20,2% liegt eine Depression vor, bei 10,9% Agoraphobie ohne Panikstörung, bei 8,8% eine Dysthymie; 8,6% zeigen ein erhöhtes Suizidrisiko und 6,3% Depressionen mit melancholischen Merkmalen; 5,0% leiden an Sozialphobie, 2,3% an generalisierter Angststörung, 1,9% an Psychosen und 1,4% an Hypomanie; eine Panikstörung ohne Agoraphobie ist bei 0,9% und eine Zwangsstörung bei 0,5% der Patienten zu evaluieren. Manie, Posttraumatische Belastungsstörung, Alkohol- sowie Substanzmissbrauch und –abhängigkeit, Essstörungen und antisoziale Persönlichkeitsstörung fanden sich bei keinem der Patienten. In den Untersuchungen der NoMoFlu-Studie zeigte sich außerdem, dass die Schwere der motorischen Beeinträchtigung wie auch die Häufigkeit und Schwere der nicht-motorischen Symptome mit den OFF-Phasen statistisch signifikant zunimmt. Im motorischen Teil III des UPDRS wurden Werte im ON von durchschnittlich 19,1 +/- 11,7 und im OFF von 33,9 +/- 11,3 erreicht (p<0,001), im ON lag der Median des H&Y bei 2,5, im OFF bei 3 (p<0,001). Die Daten aus der VAS ergaben für Depression und Angst einen Anstieg der Häufigkeit im OFF (Depression 23,3% versus 47,3%, Angst 8,2% versus 27%) und der Schwere (Depression 10,1+/- 20,8 versus 29,9 +/- 31,7, p<0,001; Angst 4,1 +/- 14,7 versus 16,0 +/- 27,2, p<0,001). Schlussfolgerungen: Die erste Studie hat gezeigt, dass bestimmte neuropsychiatrische Krankheitsbilder bei Morbus Parkinson-Patienten in höherem Maße als in der Normalbevölkerung vorkommen. Die Prävalenz von depressiven Störungen zeigt in der Literatur allerdings eine große Spanne (13%-50% für Depression und 10%-15% für Dysthymie). Mögliche Gründe für die Unterschiede könnten in der Zusammensetzung der jeweiligen Patientenpopulation bestehen. Wie in unserer Studie sind an depressiven Störungen mehr Frauen beteiligt, die Werte für MMSE unterscheiden sich, UPDRS und H&Y liegen bei Patienten mit depressiver Symptomatik deutlich höher, motorische und affektive Fluktuationen sind häufiger zu beobachten, das Suizidrisiko ist erhöht und Angststörungen wie Sozialphobie oder Agoraphobie zeigen Assoziationen mit depressiven Störungen. Des Weiteren konnte anhand der NoMoFlu-Studie gezeigt werden, dass in den OFF-Phasen eine signifikant höhere Prävalenz depressiver Symptome herrscht als in den ON-Phasen und auch die Schwere zunimmt, was allerdings nicht mit der Schwere der motorischen Symptome korreliert werden konnte. Bipolare Störungen sind eher selten. Hypomanie und Manie konnten nicht im höheren Maße als in der Normalbevölkerung evaluiert werden. Dagegen konnten Angststörungen häufig beobachtet werden. Vor allem Sozialphobie und Agoraphobie zeigten erhöhte Prävalenz. Entgegen anderen Studien konnten Panik- und generalisierte Angststörung in unserer Studie nicht vermehrt registriert werden. Doch auch hier existiert eine große Spanne: für Panikstörungen von 5,0% bis 30%, 11,5% bis 50% für Sozialphobie, 18% für Agoraphobie und 11% bis 71% für generalisierte Angststörung. Eine mögliche Ursache könnte sein, dass Angst mit kognitiven und somatischen Veränderungen einhergeht, die ähnlich dem Morbus Parkinson sein können, und somit nicht erkannt wird. Unsere Studie zeigte, dass Angststörungen mit depressiven Störungen, motorischen Fluktuationen und einem erhöhten Suizidrisiko einhergehen. Die NoMoFlu-Studie bestätigte zusätzlich, dass Angststörungen mit erhöhter Bewegungseinschränkung in den OFF-Phasen an Prävalenz und Schwere zunehmen. Psychosen, Zwangsstörungen und Verhaltensstörungen konnten entgegen der internationalen Literatur, die einen Zusammenhang vor allem mit der dopaminergen Therapie beschreibt, nicht in höherem Maße als in der Normalbevölkerung evaluiert werden. Limitationen dieser Studien sind die begrenzte Patientenanzahl, die von unterschiedlichen Untersuchern durchgeführte Evaluation, die Abhängigkeit von der Mitarbeit des Patienten sowie das Fehlen vergleichender diagnostischer Test, die neuropsychiatrische Störungen aufdecken. Positiv ist das breit gefächerte Patientengut. Die Studie zeigt, dass neuropsychiatrische Störungen bei Morbus Parkinson weit verbreitet sind und eine adäquate Beurteilung in den klinischen Alltag mit aufgenommen werden sollte.

Motor neuron diseases (MNDs) encompass a variety of clinically and genetically heterogeneous disorders, which lead to the degeneration of motor neurons (MNs) and impaired motor functions. MNs coordinate and control movement by transmitting their signal to a target muscle cell. The synaptic endings of the MN axon and the contact site of the muscle cell thereby form the presynaptic and postsynaptic structures of the neuromuscular junction (NMJ). In MNDs, synaptic dysfunction and synapse elimination precede MN loss suggesting that the NMJ is an early target in the pathophysiological cascade leading to MN death. In this study, we established new experimental strategies to analyze human MNDs by patient derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) and investigated pathophysiological mechanisms in two different MNDs. To study human MNDs, specialized cell culture systems that enable the connection of MNs to their target muscle cells are required to allow the formation of NMJs. In the first part of this study, we established and validated a human neuromuscular co-culture system consisting of iPSC derived MNs and 3D skeletal muscle tissue derived from myoblasts. We generated 3D muscle tissue by culturing primary myoblasts in a defined extracellular matrix in self-microfabricated silicone dishes that support the 3D tissue formation. Subsequently, iPSCs from healthy donors and iPSCs from patients with the progressive MND Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) were differentiated into MNs and used for 3D neuromuscular co-cultures. Using a combination of immunohistochemistry, calcium imaging, and pharmacological stimulations, we characterized and confirmed the functionality of the 3D muscle tissue and the 3D neuromuscular co-cultures. Finally, we applied this system as an in vitro model to study the pathophysiology of ALS and found a decrease in neuromuscular coupling, muscle contraction, and axonal outgrowth in co-cultures with MNs harboring ALS-linked superoxide dismutase 1 (SOD1) mutation. In summary, this co-culture system presents a human model for MNDs that can recapitulate aspects of ALS pathophysiology. In the second part of this study, we identified an impaired unconventional protein secretion (UPS) of Sod1 as pathological mechanisms in Pleckstrin homology domain-containing family G member 5 (Plekhg5)-associated MND. Sod1 is a leaderless cytosolic protein which is secreted in an autophagy-dependent manner. We found that Plekhg5 depletion in primary MNs and NSC34 cells leads to an impaired secretion of wildtype Sod1, indicating that Plekhg5 drives the UPS of Sod1 in vitro. By interfering with different steps during the biogenesis of autophagosomes, we could show that Plekhg5-regulated Sod1 secretion is determined by autophagy. To analyze our findings in a clinically more relevant model we utilized human iPSC MNs from healthy donors and ALS patients with SOD1 mutations. We observed reduced SOD1 secretion in ALS MNs which coincides with reduced protein expression of PLEKHG5 compared to healthy and isogenic control MNs. To confirm this correlation, we depleted PLEKHG5 in control MNs and found reduced extracellular SOD1 levels, implying that SOD1 secretion depends on PLEKHG5. In summary, we found that Plekh5 regulates the UPS of Sod1 in mouse and human MNs and that Sod1 secretion occurs in an autophagy dependent manner. Our data shows an unreported mechanistic link between two MND-associated proteins. / Motoneuronerkrankungen (MNE) umfassen eine Vielzahl klinisch und genetisch heterogener Erkrankungen, die zur Degeneration von Motoneuronen (MN) und zu beeinträchtigten motorischen Funktionen führen. MN koordinieren und steuern Muskelbewegungen, indem sie ihr Signal an eine Zielmuskelzelle übertragen. Die synaptischen Endungen des MN-Axons und die Kontaktstelle der Muskelzelle bilden dabei die präsynaptischen und postsynaptischen Strukturen der neuromuskulären Endplatte (NME). Bei MNE zeichnen sich synaptische Dysfunktion und Synapseneliminierung bereits vor dem Verlust von MN ab, was darauf hindeutet, dass die NME ein frühes Ziel in der pathophysiologischen Kaskade ist, die zum MN-Tod führt. In dieser Studie haben wir neue experimentelle Strategien zur Analyse humaner MNE mithilfe von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSZ) entwickelt und pathophysiologische Mechanismen bei zwei verschiedenen MNE untersucht. Um humane MNE zu untersuchen sind Zellkultursysteme erforderlich, die die Verbindung von MN mit ihren Zielmuskelzellen ermöglichen, um NME zu bilden. Im ersten Teil dieser Studie haben wir ein humanes neuromuskuläres Co-Kultursystem etabliert und validiert, das aus iPSZ abgeleiteten MN und 3D Skelettmuskelgewebe aus Myoblasten besteht. Wir haben 3D Muskelgewebe erzeugt, indem wir primäre Myoblasten in einer definierten extrazellulären Matrix in selbst gefertigten Silikonschalen kultivierten, die die 3D-Gewebebildung unterstützen. Anschließend wurden iPSZ von gesunden Spendern und iPSZ von Patienten mit der MNE Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) in MN differenziert und für neuromuskuläre 3D Co-Kulturen verwendet. Mithilfe von immunhistochemischen Untersuchungen, Calcium-Imaging und pharmakologischen Stimulationen konnten wir die Funktionalität des 3D Muskelgewebes und neuromuskulären 3D Co-Kulturen charakterisieren und validieren. Anschließend wurde das System als in vitro Modell zur Untersuchung der Pathophysiologie von ALS verwendet. ALS Co-Kulturen mit MN, die eine Superoxid Dismutase 1 (SOD1)-Genmutation aufwiesen, zeigten eine Abnahme der neuromuskulären Verbindung, der Muskelkontraktion und des axonalen Wachstums. Zusammenfassend stellt dieses Co-Kultursystem ein humanes Modell für die Untersuchung von MNE dar, das Aspekte der ALS-Physiologie rekapitulieren kann. Im zweiten Teil dieser Studie konnten wir eine Beeinträchtigung der unkonventionellen Proteinsekretion (UPS) von Sod1 als pathologischen Mechanismus bei Pleckstrin homology domain-containing family G member 5 (Plekhg5)-assoziiertem MNE identifizieren. Sod1 ist ein cytosolisches Protein ohne Signalsequenz für konventionelle Sekretion. Stattdessen wird die UPS über sekretorische Autophagie-Mechanismen reguliert. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Plekhg5-Depletion in primären MN und NSC34-Zellen zu einer beeinträchtigten Sekretion von Wildtyp-Sod1 führt, was darauf hinweist, dass die UPS von Sod1 Plekgh5 abhängig ist. Indem verschiedene Schritte während der Biogenese von Autophagosomen gestört wurden, konnten wir nachweisen, dass die Plekhg5-regulierte Sod1-Sekretion Autophagie abhängig ist. Um unsere Ergebnisse in einem klinisch relevanteren Modell zu analysieren, wurden humane iPSZ-MN von gesunden Spendern und ALS-Patienten mit SOD1-Mutationen untersucht. Hier fand sich, dass die Sekretion von mutiertem SOD1 in ALS-MN im Vergleich zu gesunden und isogenen Kontrollen verringert ist. Dabei konnten wir zeigen, dass eine verringerte SOD1 Sekretion in ALS-MNs mit einer verringerten Expression von PLEKHG5 einhergeht. Um diese Korrelation zu bestätigen, wurden Kontroll-MN nach PLEKHG5-Depletion untersucht und eine verminderte SOD1-Sekretion dokumentiert, was auf eine PLEKHG5 Abhängigkeit hindeutet. Zusammenfassend konnten wir zeigen, dass Plekh5 die UPS von Sod1 in Maus MN und humanen MN reguliert und dass die Sod1-Sekretion Autophagie abhängig erfolgt. Unsere Daten belegen eine bislang noch nicht gezeigte mechanistische Verknüpfung zwischen zwei MNE-assoziierten Proteinen.

Dt. Sporthochsch., Diss.--Köln, 2000.

No abstract available

Die kindliche Lebenswelt unterlag im vergangenen Jahrhundert enormen Veränderungen. Der Alltag der Kinder und Jugendlichen ist geprägt durch einen zunehmenden Bewegungsmangel, der die Entwicklung auf motorischer, kognitiver und sozialer Ebene beeinträchtigt. Motorische Defizite, Übergewicht und Adipositas, chronisch-degenerative Erkrankungen sowie psychosomatische Störungen werden bereits bei immer jüngeren Kindern beobachtet. Die Ursachen für diese Entwicklung sind Gegenstand zahlreicher Forschungsbestrebungen, die allerdings aufgrund differenter methodischer Herangehensweisen und abhängig von der Stichprobenauswahl häufig zu unterschiedlichen Ergebnissen gelangen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand vor dem Hintergrund der Relevanz einer adäquaten Entwicklung im Kindesalter darin, den Gewichtsstatus, die motorische Leistungsfähigkeit, das Bewegungsverhalten, die familiäre Situation sowie vorliegende Entwicklungsbeeinträchtigungen von Schulanfängern auf einer umfassenden biopsychosozialen Ebene einzuschätzen. Die anschließenden Zusammenhangsanalysen sollten Aufschluss über die Bedingungsfaktoren des kindlichen Unter- und Übergewichts sowie motorischer Leistungsschwächen zum Schuleintritt der Kinder geben. 4.281 Erstklässler absolvierten den Deutschen Motoriktest für Kinder und Jugendliche (DMT 6-18). An einer Elternbefragung nahmen 3.003 Erziehungsberechtigte teil und die Befunde der Schuleingangsuntersuchung lagen von 5.629 Schulanfängern vor. Unter den untersuchten Erstklässlern wiesen 4,8 % starkes Untergewicht (≤ 3. Perzentile) und 8,9 % leichtes Untergewicht (> 3. bis ≤ 10. Perzentile) auf. Lediglich 5,0 % der Kinder waren übergewichtig (≥ 90. bis < 97. Perzentile), weitere 2,4 % adipös (≥ 97. Perzentile). Im Motoriktest zeigten 36,8 % der Schulanfänger überdurchschnittliche Ergebnisse, lediglich 11,8 % lagen unter dem Altersdurchschnitt. Anhand der Mittelwertunterschiede und Effektstärken konnten keine relevanten Einflüsse des Bewegungsverhaltens, der familiären Situation sowie der medizinischen oder geistig-sprachlichen Auffälligkeiten auf den Gewichtsstatus der Kinder festgestellt werden. Die motorische Leistungsfähigkeit der Kinder wurde entscheidend durch den wöchentlichen Umfang ihrer Sportaktivität, der Schichtzugehörigkeit der Familie, vorliegenden Störungen der Feinmotorik sowie vom Übergewicht oder der Adipositas der Schulanfänger beeinflusst. In der vorliegenden Untersuchung lässt sich der Entwicklungstrend der Zunahme von Übergewicht und motorischen Leistungsdefiziten bereits im Kindesalter nicht verallgemeinern. Anscheinend können sowohl die Familie als auch der Kindergarten, die Schule und der Sportverein den aufkommenden Bewegungsmangel durch das wachsende Angebot medienorientierter Freizeitbeschäftigungen zu einem großen Teil kompensieren. Alarmierende Berichte über die Zunahme von Übergewicht und Adipositas bereits im Kindesalter bei gleichzeitig reduzierter körperlicher Leistungsfähigkeit und einer allgemeinen Bewegungsarmut konnten nicht bestätigt werden, allerdings sollten sowohl der Gewichtsstatus als auch die motorische Leistungsfähigkeit im Kindesalter, insbesondere hinsichtlich ihrer regionalen Verteilung, weiter untersucht werden.

Zugl.: Bielefeld, Universiẗat, Diss., 2009.

In der langjährigen Nachbetreuung von Kleinkindern sehr niedrigen Geburtsgewichts fiel klinisch ein erhöhtes Aktivitätsverhalten auf. Diese Beobachtung sollte durch ein objektives Messverfahren verifiziert werden. Die Praktikabilität der Aktographie für diese Fragestellung wurde überprüft. In dieser Studie trugen 43 VLBW-Kinder und eine Gruppe von 19 reif geborenen Kindern während der Entwicklungsdiagnostik mit dem Griffiths-Test im korrigierten Alter von 20 Monaten ein Aktometer. Zusätzlich wurde von den Eltern und Untersuchern der Kinder eine subjektive Einschätzung des Aktivitätsverhaltens erhoben. Es zeigte sich, dass die VLBW-Kinder im Rahmen dieser Studie während der Entwicklungsdiagnostik eine signifikant höhere motorische Aktivität als die Kinder der Referenzgruppe hatten. Die Häufigkeit von Ruhemomenten während der Untersuchungssituation korrelierte positiv mit dem Geburtsgewicht und mit dem Gestationsalter. Die subjektiven Einschätzungen der Eltern und Untersucher stimmten gut mit den objektiv ermittelten Daten überein. Kinder mit mehr Ruhemomenten während der Untersuchung erzielten auch günstigere Ergebnisse in ihren Entwicklungsquotienten. Das Geschlecht der Kinder und die Schulbildung der Mutter hatten keinen Einfluss auf das Aktivitätsverhalten der Kinder. Die klinische Beobachtung erhöhter Aktivität bei VLBW-Kindern im Kleinkindalter ließ sich durch den Einsatz des Aktometers im Rahmen dieser Studie objektivieren. Die Verwendung eines Aktometers in der klinischen Routine ist denkbar, auf Grund der gut mit den Messdaten übereinstimmenden Einschätzung erfahrener Untersucher jedoch in diesem Zusammenhang, auch unter ökonomischen Aspekten, nicht erforderlich. Um den Kindern mit erhöhtem Aktivitätsverhalten und/oder niedrigem Entwicklungsstand eine möglichst günstige Weiterentwicklung zu ermöglichen, sollte ihnen und ihren Familien eine angemessene Unterstützung zur Verfügung gestellt werden. / In the longterm follow up of VLBW infants, an increased motor activity has been noted. Verification of this observation was sought by means of an objective measurement. For this purpose, the practicability of actigraphic monitoring was evaluated. In this study, 43 VLBW children and a reference group of 19 mature born children at the corrected age of 20 months wore an actometer during the developmental diagnostics with the Griffithstest. In addition, a subjective assessment of the motor activity was obtained from the parents and examiners. It became clear that within the framework of this study the VLBW children had a significant higher motor activity than the children within the reference group. The frequency of moments where the children rested without movement during the assessment situation correlated positively with the birthweight and the gestational age. The personal evaluation of the parents and the examiners corresponded well with the objectively obtained data. The children with a higher degree of motionless moments during the examination scored better results in their developmental quotients as well. The sex of the children and the level of education of their mothers had no effect on the motor activity of the children. The clinical observation of increased motor activity of VLBW infants in the corrected age of 20 months could have been objectivated during this investigation by the use of actigraphic monitoring. The use of an actometer in the clinical routine might be practical. Considering the evaluation of the results of this study as well as the economical aspects, the use of actigraphic monitoring is not necessarily needed. In order to allow the best possible further development for the children with increased motor activity and /or low state of development, an appropriate support for them and their families should be offered.