This study analyzed sex differences in methylphenidate (MPH) sensitization and corresponding changes in glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF) and brain-derived neurotprhic factor protein (BDNF) in adolescent male and female rats. After habituation to a locomotor arena, animals were sensitized to MPH (5mg/kg) or saline from postnatal day (P) 33–49, tested every second day. On P50, one group of animals were injected with saline and behavior assessed for conditioned hyperactivity. Brain tissue was harvested on P51 and analyzed for GDNF protein. A second group of animals was also sensitized to MPH from P33 to 49, and expression of behavioral sensitization was analyzed on a challenge given at P60, and BDNF protein analyzed at P61. Females demonstrated more robust sensitization to MPH than males, but only females given MPH during sensitization demonstrated conditioned hyperactivity. Interestingly, MPH resulted in a significant increase in striatal and accumbal GDNF with no sex differences revealed. Results of the challenge revealed that females sensitized and challenged with MPH demonstrated increased activity compared to all other groups. Regarding BDNF, only males given MPH demonstrated an increase in dorsal striatum, whereas MPH increased accumbal BDNF with no sex differences revealed. A hierarchical regression analysis revealed that behavioral sensitization and the conditioned hyperactivity test were reliable predictors of striatal and accumbal GDNF, whereas sensitization and activity on the challenge were reliable predictors of accumbal BDNF, but had no relationship to striatal BDNF. These data have implications for the role of MPH in addiction and dopamine system plasticity.

Master of Science / Department of Biochemistry / Gerald Reeck / Aphids mount a remarkable salivary secretion to overcome plant host defenses. Our group has previously reported a gene unique to aphids enriched in the salivary glands of the pea aphid A. pisum, C002, which is required for successful feeding on its host plant Vicia fava. Here I present an analysis of genetic variation within the available EST data for C002 in pea aphids. From 596 total ESTs, 332 are full-length, and segregate into 8 validated haplotypes based on the criteria I set in place to access the quality of EST data. Additionally, Armet, is a putative multi-functional gene implicated as a neurotrophic factor during development, and as a part of the unfolded protein response during stress. I employ RNA interference in the model organism T. castaneum to determine the effect of transcript knockdown during development from early in-star larval stages, through pupation, and its effect on adult emergence. I report that knockdown of Armet transcript significantly hinders the ability for beetles to emerge from the pupae.

HINTERGRUND: Der brain-derived neurotrophic factor (BDNF) reguliert die synaptische Plastizität und spielt somit eine wichtige Rolle in der Gedächtnisbildung und -erhaltung. Deswegen gibt es eingehende Untersuchungen dieses neurotrophischen Faktors in Bezug auf Demenzerkrankungen, vor allem der Alzheimer Demenz. In dieser Studie wurde nach einem Zusammenhang zwischen BDNF Blutplasmawerten und der Alzheimer Demenz in einer longitudinalen Kohortenstudie, der Vienna-Transdanube-Aging(VITA)-Studie gesucht. METHODEN: Die VITA-Studie ist eine kommunale Kohortenstudie aller 75jährigen Einwohner einer geographischen Region Wiens. Es wurden die BDNF Plasmawerte der Basisuntersuchung und der ersten Folgeuntersuchung 30 Monate später als mögliche Biomarker für die Alzheimer Demenz untersucht. Assoziationen zwischen BDNF Plasmawerten und anderen epidemiologischen Eckdaten wurden ebenfalls analysiert. ERGEBNISSE: Wir konnten keine Assoziation zwischen BDNF Plasmawerten und der Entwicklung oder einer bereits bestehenden Alzheimer Demenz finden. Geschlecht, Body-Maß-Index und Depression stellten sich als Komorbiditäts-Faktoren von Demenz-erkrankungen dar. SCHLUSSFOLGERUNG: BDNF Plasmawerte sind diesen Ergebnissen nach kein so viel versprechender molekularer Marker für Alzheimer Demenz wie erhofft. BDNF wird jedoch weiterhin in vielen interessanten Studienprotokollen untersucht, da es sowohl im Blutserum als auch im Hirngewebe nachgewiesen werden kann und somit viele diagnostische und therapeutische Ansätze inspiriert. / BACKGROUND: Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) regulates the plasticity of synapses and plays an important role in developing and sustaining memory. Therefore it is intensely researched with regard to dementia, especially Alzheimer’s disease. In this study, we searched for a relationship between BDNF plasma levels and Alzheimer’s disease in a longitudinal cohort, the Vienna-Transdanube-Aging (VITA)-study. METHODS: The VITA is a prospective community-based cohort study of all 75 years old inhabitants of a geographical region of Vienna. We have investigated the BDNF plasma levels of the baseline and the first follow-up 30 months later as a possible biomarker for Alzheimer’s disease. Associations between BDNF plasma levels and other epidemiologic data were also analyzed. RESULTS: We found no association between BDNF plasma levels and the development or existence of Alzheimer’s disease. Gender, body-mass-index and depression were shown to be co-morbid to dementia. CONCLUSION: According to these results, BDNF plasma levels are not as promising as a molecular marker for Alzheimer’s disease as hoped for. BDNF, though, is still subject to many interesting study protocols, as it can be detected also in blood serum and brain tissue and therefore invites many diagnostic and therapeutic scenarios.

Thesis advisor: Barbara E. Wolfe / Background: Anorexia nervosa (AN) is a serious mental illness with physical and emotional consequences. Currently, there are limited effective treatments available to address this devastating condition. One possible biomarker implicated in this condition is brain derived neurotrophic factor (BDNF), a member of the neuron growth family. Pre-clinical studies indicate administration of BDNF is associated with decreased food intake and weight loss. Serum BDNF levels also have been shown to be reduced in AN compared to healthy controls (HC). In studies of selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI's), blood levels of BDNF have been shown to increase following SSRI administration. This study sought to examine the possible relationship between peripheral BDNF levels and influence of an SSRI, and augmentation with 5-hydroxytryptophan (5-HTP) in persons with AN and HC's. Methods: This study examined previously collected samples from an investigation assessing the influence of SSRI administration and augmentation with 5-HTP on serotonin function in AN. The original study utilized a randomized double-blind placebo-controlled design. AN (n=16) and HC (n=49) subjects were randomized to 1 of 3 treatment conditions (fluoxetine, fluoxetine plus 5-HTP, and placebo) for 7 days of drug administration. Blood samples were collected following an overnight fast and stored at -70°C prior to batch analysis (ELISA). Results: Plasma BDNF levels in AN subjects (59.7 (SD 43.3) pg/ml) were not significantly (p=0.24) different from HC's (76.2 (SD 49.0) pg/ml). There were no significant differences between SSRI, SSRI plus 5-HTP, and placebo treatment groups within or between AN and HC groups. Conclusions: Although BDNF levels in AN subjects were lower than HC, the difference was not statistically significant. After 7 days of SSRI, SSRI plus 5-HTP, or placebo, there were no differences in BDNF levels between or within groups. The possibility exists that 7 days is not long enough to see an expressed effect of SSRI's on BDNF. Future studies would benefit from longer duration of SSRI's, assessing potential covariates (e.g. BMI, depression), and a larger sample. / Thesis (PhD) — Boston College, 2013. / Submitted to: Boston College. Connell School of Nursing. / Discipline: Nursing.

Olfactory Granule cells (GCs) are a population of inhibitory interneurons responsible for maintaining normal olfactory bulb (OB) function and circuitry. Through dendrodendritic synapses with the OBs projection neurons, the GCs regulate information sent to the olfactory cortices. Throughout adulthood, GCs continue to integrate into the OB and contribute to olfactory circuitry. However, only ~50% will integrate and survive longterm. Factors aiding in the survival and morphological development of these neurons are still being explored. The neurotrophin brain-derived neurotrophic factor (BDNF) aids in the survival and dendritic spine maturation/maintenance in several populations of CNS neurons. Investigators show that increasing BDNF in the adult-rodent SVZ stimulates proliferation and increases numbers of new OB GCs. However, attempts to replicate these experiments failed to find that BDNF affects proliferation or survival of adult-born granule cells (abGCs). BDNFs regulation of dendritic spines in the CNS is well characterized. In the OB, absence of BDNF’s receptor on abGCs hinders normal spine development and demonstrates a role for BDNF /TrkB signaling in abGCs development. In this study, we use transgenic mice over-expressing endogenous BDNF in the OB (TgBDNF) to determine how sustained increased in BDNF affect the morphology of olfactory GCs and the survival and development of abGCs. Using protein assays, we discovered that TgBDNF mice have higher BDNF protein levels in their OB. We employed a Golgi-cox staining technique to show that increased BDNF expression leads to an increase in dendritic spines, mainly the mature, headed-type spine on OB GCs. With cell birth-dating using 5-bromo-2’- deoxyuridine (BrdU), immunofluorescent cell markers, TUNEL staining and confocal microscopy, we demonstrate that over-expression of BDNF in the OB does not increase survival of abGCs or reduce cell death in the GC population. Using virally labeled abGCs, we concluded that abGCs in TgBDNF mice had similar integration patterns compared to wild-type (WT) mice, but maintained increases in apical headed-type spine density from 12 to 60 days PI. The evidence combined demonstrates that although increased BDNF does not promote cell survival, BDNF modifies GC morphology and abGC development through its regulation of dendritic spine development, maturation and maintenance in vivo. / Includes bibliography. / Dissertation (Ph.D.)--Florida Atlantic University, 2018. / FAU Electronic Theses and Dissertations Collection

Methylphenidate (trade name: Ritalin) produced a more robust conditioned place male as compared to female juvenile rats. This effect was blocked by a D1 antagonist (SCH 23390), which resulted in a conditioned place aversion in male as compared to female rats. Effects on Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) will be reported.

Neurotrophic factor signaling modulates differentiation, axon growth and maintenance, synaptic plasticity and regeneration of neurons after injury. Ciliary neurotrophic factor (CNTF), a Schwann cell derived neurotrophic factor, has an exclusive role in axon maintenance, sprouting and synaptic preservation. CNTF, but not GDNF, has been shown to alleviate motoneuron degeneration in pmn mutant mice carrying a missense mutation in Tbce gene, a model for Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). This current study elucidates the distinct signaling mechanism by which CNTF rescues the axonal degeneration in pmn mutant mice. ... / Neurotrophe Faktoren beeinflussendie die neuronale Differenzierung, das Wachstum und die Stabilisierung von Axonen sowie Synaptische Plastizität und die Regeneration von Neuronen nach Verletzung. Der von Schwannzellen synthetisierte neurotrophe Faktor Ciliary neurotrophic factor (CNTF) spielt eine wichtige Rolle bei der axonalen Erhaltung sowie bei der Induktion und Reduktion von axonalen Verzweigungen. Die Behandlung der pmn Mausmutante mit CNTF, aber nicht mit GDNF führt zu einem späteren Krankheitsbeginn und verminderten Fortschreiten der Motoneuronendegeneration. Diese Mausmutante, die eine Punktmutation im Tbce Gen trägt, dient als Modell für die Amyotrophe Lateralsklerose. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die zugrunde liegenden Signalkaskaden aufzudecken, die den CNTF-vermittelten Effekt auf den Krnakheitsverlauf bei der pmn Maus verursachen. ...

Scientific surveys provide sufficient evidence that anxiety disorders are one of the most common psy-chiatric disorders in the world. The lifetime prevalence rate of anxiety disorder is 28.8% (Kessler, et al., 2005). The most widely studied anxiety disorders are as follows panic disorder (PD), post-traumatic stress disorder (PTSD), obsessive-compulsive disorder (OCD), social phobia (or social anxiety disorder), specific phobias, and generalized anxiety disorder (GAD). (NIMH Article, 2009). Classical conditioning is the stable paradigm used from the last one century to understand the neurobi-ology of fear learning. Neurobiological mechanism of fear learning is well documented with the condi-tioning studies. In the therapy of anxiety disorders, exposure based therapies are known to be the most effective approaches. Flooding is a form of exposure therapy in which a participant is exposed to the fear situation and kept in that situation until their fear dissipates. The exposure therapy is based on the phenomena of extinction; this means that a conditioned response diminishes if the conditioned stimulus (CS) is repeatedly presented without an unconditioned stimulus (UCS). One problem with extinction as well as with exposure-based therapy is the problem of fear return (for e.g. renewal, spontaneous recov-ery and reinstatement) after successful extinction. Therefore, extinction does not delete the fear memory trace. It has been well documented that memory processes can be modulated or disrupted using several sci-entific paradigms such as behavioral (for e.g. exposure therapy), pharmacological (for e.g. drug manipu-lation), non-invasive stimulation (for e.g. non-invasive stimulation such as electroconvulsive shock (ECS), transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS), etc. However, modulation of memory processes after reactivation or via non-invasive stimulation is still not clear, which is the focus of the current study. In addition, study of genetic variant suggests that genetic differences play a vital role in the psychiatric disorder especially in fear learning. Hence, it is also one of the concerns of the current dissertation to investigate the interaction between gene and reconsolidation of memory. With respect to fear-conditioning, there are three findings in the current dissertation, which are as fol-lows: (i) In the first study we investigated that non-invasive weak electrical stimulation interferes with the consolidation process and disrupts the fear consolidation to attain stable form. This might offer an effective treatment in the pathological memories, for e.g. PTSD, PD, etc. (ii) In the second study we demonstrated whether a brief single presentation of the CS will inhibit the fear recovery. Like earlier studies we also found that reactivation followed by reconsolidation douses fear return. Attenuation of fear recovery was observed in the reminder group compared to the no-reminder group. (iii) Finally, in our third study we found a statistically significant role of brain derived neurotrophic factor (BDNF) polymorphism in reconsolidation. Results of the third study affirm the involvement of BDNF variants (Met vs. Val) in the modulation of conditioned fear memory after its reactivation. In summary, we were able to show in the current thesis modulation of associative learning and recon-solidation via transcranial direct current stimulation and genetic polymorphism. / Mit einer lebenslangen Prävalenz von etwa 28% (Kessler Rc, 2005) stellen Angststörungen eine der häufigsten psychischen Störungen weltweit dar. Zu den am besten untersuchten Angststörungen gehö-ren Panikstörungen (PD), posttraumatische Belastungsstörungen (PTSD), Zwangsstörungen (OCD), soziale Phobien (oder soziale Angststörungen), spezifische Phobien und generalisierte Angststörungen (GAD) (NIMH Artikel, 2009). Die klassische Konditionierung ist das seit dem letzten Jahrhundert gültige Paradigma zur Erforschung der neurobiologischen Mechanismen des Angstlernens. Bei der Behandlung von Angststörungen haben sich Konfrontationstherapien als äußerst wirksam herausgestellt. Reizüberflutung (Flooding) ist bei-spielsweise eine Form der Konfrontationstherapie, bei der der Teilnehmer einer furchteinflößenden Situation ausgesetzt und in ihr gehalten wird, bis seine Furcht vergeht. Die Konfrontationstherapie ba-siert auf dem Phänomen der Extinktion, also dem Rückgang eines konditionierten Verhaltens nach wie-derholter Präsentation eines konditionierten Stimulus (CS) ohne einen unkonditionierten Stimulus (UCS). Ein Problem der Extinktion und der Konfrontationstherapien ist, dass das Furchtgefühl nach einer erfolgreichen Extinktion zurückkehren kann, was darauf hinweist, dass eine Extinktion nicht die Spuren des Angstgedächtnisses löscht. Vieles deutet darauf, dass der Erinnerungsprozess mittels verschiedenener wissenschaftlicher Para-digmen moduliert oder unterbrochen werden kann. Hierzu gehören etwa behavioristische (z.B. Kon-frontationstherapie), pharmakologische oder nicht-invasive Interventionen (z.B. Elektrokonvulsions-therapie (ECS), transkranielle Magnetstimulation (TMS) oder transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS)). Da die Modulation von Erinnerungsprozessen nach einer Reaktivierung oder durch eine nicht-invasive Stimulation derzeit noch unzureichend erforscht ist, wurde der Schwerpunkt der vorliegenden Studie auf diese Thematik gelegt. Ein weiteres Ziel ist es, die Wechselwirkung bestimmter Gene mit der Rekonsolidierung des Gedächtnisses zu untersuchen, also Prozesse, denen eine entscheidende Rolle für Angststörungen im Allgemeinen und Furcht-Lernen im Speziellen zugeschrieben wird. Die vorliegende Dissertation umfasst drei zentrale Ergebnisse zur konditionierten Angst: (i.) In der ers-ten Studie wurde herausgefunden, dass eine nicht-invasive, schwache Stimulation den Konsolidie-rungsprozess beeinflusst und verhindert, dass die Angstkonsolidierung eine stabile Form erreicht. Dies könnte eine neue Möglichkeit darstellen, pathologische Gedächtnisinhalte, die z.B. bei Störungen wie PTSD oder PD vorkommen, effektiv zu behandeln. (ii.) Die zweite Studie untersuchte, ob eine kurze, einfache Präsentation des CS das Wiederaufkommen von Angst hemmen kann. Ähnlich wie in früheren Studien beschrieben, fanden auch wir, dass eine Reaktivierung gefolgt von einer Rekonsolidierung die Rückkehr der Angst unterbindet. Insbesondere wurde in der Gruppe, deren Teilnehmer erneut kon-frontiert wurden (reminder), im Vergleich zur Kontroll-Gruppe (no-reminder) ein verringertes Wieder-aufkommen von Angst beobachtet. (iii.) Die dritte Studie zeigte, dass ein Polymorphismus im BDNF-Gen (Met vs Val) eine signifikante Rolle für die Rekonsolidierung und die Modulation des konditionierten Angstgedächtnisses nach seiner Reaktivierung spielt.

Neurotrophine beeinflussen durch die Modulation von Prozessen wie Zellproliferation, -migration, Apoptose und Synapsenbildung entscheidend die neuronale Plastizität. Sie gelten deshalb als Kandidatengene neuronaler Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen (ASS). Die vorgelegte Arbeit zielt auf die weitere Klärung der Rolle von Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) bei der Ätiopathophysiologie der ASS durch Expressionsanalysen im Blut als potenziellem Surrogat zentralnervöser Prozesse. In gut charakterisierten ASS-Stichproben und - neben gesunden Kontrollprobanden - einer klinischen Kontrollgruppe von Patienten mit Aufmerksamkeitsdefizit-/ Hyperaktivitätsstörung (ADHS) wurde die BDNF-mRNA-Expression in Vollblut sowie BDNF-Proteinserumkonzentrationen untersucht. Zusätzlich wurden mögliche Einflussfaktoren auf die BDNF-Werte wie Alter, IQ, autismusspezifische Symptomatik, Komorbidität und Medikation analysiert. In einer ersten Stichprobe (ASS-Patienten versus gesunde Kontrollen) wurden signifikant erniedrigte BDNF-Serumkonzentrationen in der Patientengruppe mittels Enzyme-Linked-Immunosorbent-Assay gemessen (p = 0,040). In einer zweiten unabhängigen Stichprobe (Patienten mit ASS, Patienten mit ADHS und gesunde Kontrollen) wurde auf mRNA-Ebene mittels quantitativer Real-Time-Polymerasekettenreaktion ebenfalls ein signifikanter Gruppenunterschied ermittelt mit erniedrigter BDNF-Expression in der ASS-Gruppe im Vergleich zu gesunder Kontrollgruppe (p = 0,011), sowie einem Trend zu erniedrigten BDNF-Werten bei ADHS-Patienten im Vergleich zu gesunden Probanden (p = 0,097). Des Weiteren wurde eine signifikante negative Korrelation zwischen Alter und BDNF-mRNA-Expression bei Patienten mit ASS sowie eine positive Korrelation von Alter und BDNF-Serumkonzentrationen bei gesunden Kontrollen gemessen. Auch korrelierten die BDNF-Werte im Serum mit der Ausprägung des autistischen Phänotyps. In einer Subgruppe der ADHS-Patienten wurde kein Einfluss von Psychostimulanzien auf die BDNF-mRNA-Expression gemessen. Der Einbezug größerer Stichproben sowie die systematische Erfassung weiterer potenzieller Einflussfaktoren auf die BDNF-Expression (wie pubertärer Entwicklungsstand bzw. Geschlechtshormonkonzentrationen) könnten in zukünftigen Studien zu einer weiteren Klärung der pathophysiologischen Rolle von BDNF bei Kindern und Jugendlichen mit ASS beitragen. / Neurotrophins impact on neuronal plasticity by modulating processes such as cell proliferation, cell migration, apoptosis and synaptic plasticity. Therefore, they are regarded as candidate genes for neurodevelopmental disorders such as autism spectrum disorders (ASD). The following work aims at further clarifying the role of brain derived neurotrophic factor (BDNF) in the pathophysiology of ASD by expression analyses in blood as a potential surrogate for BDNF effects observed in the central nervous system. BDNF mRNA expression in whole blood and BDNF serum concentrations were analyzed in well characterized samples of ASD patients, healthy controls, and a clinical control group of patients with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD). In addition, potential modulating factors such as age, IQ, autistic phenotype, comorbidity and medication were further investigated. In a first project (ASD patients vs. healthy controls) significantly lower BDNF serum concentrations in the ASD group were observed via enzyme-linked immunosorbent assay (p = 0.040). In a second independent sample and project (patients with ASS, patients with ADHD, and healthy controls), BDNF mRNA expression was analyzed using quantitative real time polymerase chain reaction. Also in this sample, a significant group difference was found with lower BDNF expression in the ASD group compared to the health controls (p = 0.011). Moreover, a trend of decreased BDNF mRNA levels was observed for patients with ADHD in comparison to the normally developing controls (p = 0.097). Furthermore, with regard to potential influencing factors, we found a significant negative correlation between age and BDNF mRNA expression in patients with ASD, as well as a positive correlation between age and BDNF serum concentrations in healthy controls. A positive correlation was moreover detected between the serum BDNF concentrations and autistic phenotype. Testing a sub-group of ADHD patients, no significant influence of stimulants was observed on BDNF mRNA expression. In future studies, bigger sample sizes as well as a systematic assessment of other factors that potentially influence BDNF expression (like pubertal developmental status or concentration of sex hormones) could further clarify the pathophysiological role of BDNF in children and adolescents with ASD.

1. Zusammenfassung Während der Embryogenese und nach Verletzungen von Nerven regulieren neurotrophe Faktoren Signalwege für Apoptose, Differenzierung, Wachstum und Regeneration von Neuronen. In vivo Experimente an neugeborenen Nagern haben gezeigt, dass der Verlust von Motoneuronen nach peripherer Nervenläsion durch die Behandlung mit GDNF, BDNF, und CNTF reduziert werden kann In der pmn-Mausmutante, einem Modell für die Amyotrophe Lateralsklerose, führt die Gabe von CNTF, nicht aber von GDNF zu einem verzögerten Krankheitsbeginn und einem verlangsamten Fortschreiten der Motoneuronendegeneration. Auslöser der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus ist eine Mutation im Tubulin spezifischen Chaperon E (Tbce) Gen, das für eines von fünf Tubulin spezifischen Chaperonen (TBCA-TBCE) kodiert und an der Bildung von -Tubulinheterodimeren beteiligt ist. Diese Arbeit sollte dazu beitragen, die CNTF-induzierten Signalwege zu entschlüsseln, die sich lindernd auf den progredienten Verlauf der Motoneuronendegeneration in der pmn-Maus auswirken. Primäre pmn mutierte Motoneurone zeigen ein reduziertes Axonwachstum und eine erhöhte Anzahl axonaler Schwellungen mit einer anomalen Häufung von Mitochondrien - ein frühes Erkennungsmerkmal bei ALS-Patienten. Die Applikation von CNTF nicht aber von BDNF oder GDNF, kann in vitro die beobachteten Wachstumsdefekte und das bidirektionale axonale Transportdefizit in pmn mutierten Motoneurone verhindern. Aus älteren Untersuchungen war bekannt, dass CNTF über den dreiteiligen transmembranen Rezeptorkomplex, bestehend aus CNTFR, LIFR und gp130, Januskinasen aktiviert, die STAT3 an Tyrosin 705 phosphorylieren (pSTAT3Y705). Ich konnte beobachten, dass axonales fluoreszenzmarkiertes pSTAT3Y705 nach CNTF-Gabe nicht retrograd in den Nukleus transportiert wird. Stattdessen führt die CNTF-induzierte Phosphorylierung von STAT3 an Tyrosin 705 zu einer transkriptionsunabhängigen lokalen Reaktion im Axon. Diese pSTAT3Y705 abhängige Reaktion ist notwendig und ausreichend, um das reduzierte Axonwachstum pmn mutierter Motoneurone zu beheben. Wie die Kombination einer CNTF Behandlung mit dem shRNA vermittelten knock-down von Stathmin in pmn mutierten Motoneuronen zeigt, zielt die CNTF-STAT3 Signalkaskade auf die Stabilisierung axonaler Mikrotubuli ab und wirkt sich positiv auf die anterograde und retrograde Mobilität von axonalen Mitochondrien aus. Interessanter Weise konnte ich außerdem feststellen, dass eine akute Gabe von CNTF das mitochondriale Membranpotential in Axonen primärer pmn mutierter und wildtypischer Motoneurone erhöht und einen Anstieg von ATP auslöst. Meine Beobachtungen legen nahe, dass CNTF unerwarteter Weise auch eine transiente Phosphorylierung an STAT3 Serin 727 (pSTAT3S727) auslöst, die zur anschließenden Translokation von pSTAT3S727 in Mitochondrien führt. Diese Ergebnisse zeigen, dass STAT3 mehrere lokale Ziele im Axon besitzt, nämlich axonale Mikrotubuli und Mitochondrien. / 2. Summary Both during development and after injury neurotrophic factors induce signaling pathways that regulate apoptosis, differentiation, growth and regeneration of neurons. In newborn rodents, treatment with GDNF, BDNF and CNTF can reduce the loss of motoneurons after peripheral nerve lesion. In the pmn mutant mouse, a model for amyotrophic lateral sclerosis, CNTF but not GDNF delays disease onset and slows down the course of motoneurons degeneration. Pmn mutant mice, suffer from a point mutation in tubulin specific chaperon E (Tbce) gene that codes for one of five tubulin specific chaperones (TBCA-TBCE) and is necessary for proper -tubulin heterodimer formation. The work presented here was designed to study the specific signaling pathways that are used by CNTF for attenuating progression of motoneuron degeneration in pmn mutant mice. Primary motoneurons from pmn mutant mice show reduced axon growth and irregular axonal swellings with abnormal accumulation of mitochondria – an early hallmark of pathology in ALS patients. In vitro, CNTF but not BDNF or GDNF was able to rescue defective axon growth and to prevent bidirectional transport interruption. It has already been shown that CNTF acts via the tripartite transmembrane receptor complex, composed of CNTFR, LIFR and gp130 to recruit Janus kinases that subsequently phosphorylate STAT3 on tyrosine 705 (pSTAT3Y705). After application of CNTF, I observed that axonal pSTAT3Y705 fused to a fluorescent tag is not retrogradely transported to the nucleus. In contrast, CNTF induced phosphorylation of STAT3 at tyrosine 705 leads to a transcriptional independent local reaction in motor axons which is necessary and sufficient to rescue axon growth in pmn mutant motoneurons. Combining CNTF treatment with shRNA mediated knock-down of Stathmin in pmn mutant motoneurons shows that CNTF-STAT3 signaling leads to microtubule stabilization in axons as well as improving anterograde and retrograde mobility of axonal mitochondria. Interestingly, I additionally found that an acute application of CNTF increases the membrane potential of axonal mitochondria that is accompanied with a rise of ATP levels in pmn mutant and wildtype motoneurons. Unexpectedly, I found STAT3 phosphorylated on serine 727 co-localizing with mitochondria after CNTF application. These results demonstrate that multiple local targets of STAT3 exist in axons that modulate structure and function of microtubules and mitochondria.