Autismus. autism spectrum disorders

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1 Autismus autism spectrum disorders

2 Index Was ist Autismus? Wissenschaftliche Grundlagen Phelan-McDermid-Syndrome (PMDS) Pharmakologische Tests Zusammenfassung Schlussfolgerungen Methoden Elektrophysiologische Eigenschaften Forschungssansätze

3 Was ist Autismus? Definition ICD 10 F84.- Tiefgreifenden Entwicklungstörungen qualitative Abweichungen in den wechselseitigen sozialen Interaktionen und Kommunikationsmustern eingeschränktes, stereotypes, sich wiederholendes Repertoire von Interessen und Aktivitäten Auffälligkeiten sind in allen Situationen ein grundlegendes Funktionsmerkmal

4 unspezifische Probleme (Schlaf-, Essstörungen, Phobien, [Auto]Aggression) Definition ICD 10 F84.0 Frühkindlicher Autismus durch eine abnorme oder beeinträchtigte Entwicklung definiert, die sich vor dem dritten Lebensjahr manifestiert charakteristisches Muster abnormer Funktionen: soziale Interaktion Kommunikation eingeschränktes, repetitives, stereotypes Verhalten

5 Definition ICD 10 F84.1 Atypischer Autismus F84.2 Rett-Syndrom F84.3 Andere desintegrative Störung des Kindesalters F84.4 Überaktive Störung mit Intelligenzminderung und Bewegungsstereotypien F84.5 Asperger-Syndrom

6 Wissenschaftliche Grundlagen X-chromosomal bedingte Mutationen NLGN3, NLGN4 codieren für synaptische Adhäsionsmoleküle Neuroligin-3 und Neuroligin-4 (NL-3, NL-4) - selten Mutation im SHANK3-Gen häufiger wichtiges Gerüstprotein glutamaterger Synapsen Deletion 22q: schwere Sprachstörung Trisomie 22q: besondere Sprachbegabung (Asberger-Syndrom)

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8 Phelan-McDermid-Syndrom (PMDS) Deletion 22q13 komplexe neurologische Entwicklungsstörung Verzögerung in der Entwicklung beträchtliche Beeinträchtigung der Sprache intellektuelle Behinderungen erhöhtes Risiko auf ASD

9 Methoden 6 ips Zellgruppen (induced pluripotent stem cell lines) von 2 PMDS Patienten mit Deletion 22q13 Kontrollgruppe von gesunden ips Zellen und embryologischen Stammzellen (ES)

10 Differenzierung der Kontroll- und ips Zellen mittels eines modified monolayer differentiation protocol. nur eine kleine Anzahl Zellen (2-5 %)wurden zu ausgereiften Neuronen mit synaptischer Aktivität Infizierung mit GFP zum immunhistologischen Nachweis der Neurone PDMS- und Kontrollzellen getrennt kultiviert

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12 Elektrophysiologische Eigenschaften ähnliche AP s, Ruhemembranpotential und Kapazität PDMS Neurone hatten erhöhte Eingangswiederstand, geringere Amplituden und Frequenzen

13 Elektrophysiologische Eigenschaften ähnliche AP s, Ruhemembranpotential und Kapazität PDMS Neurone hatten erhöhte Eingangswiederstand, geringere Amplituden und Frequenzen

14 Reduzierung der synaptischen Übertragung von PMDS Zellen könnte aus geringerer Zahl resultieren MAP2 Antikörper Färbung ergab tatsächlich weniger PMDS Zellen als Kontrollzellen

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16 Kontroll- und PMDS Zellen in selber Schale aufgezogen um die gleichen Konditionen zu haben Beide wurden wieder mit GFP und mkate2 markiert

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18 Amplitude und Frequenz von spontanen EPSP s bei PMDS Zellen signifikant reduziert Schlussfolgerung: synaptische Defekte sind postsynaptisch und zellspezifisch

19 Auswirkungen der verringerten spontanen EPSP s auf AMPA-R und NMDA-R vermittelte evozierte Ströme Stimulus AMPA -70 mv NMDA 60 mv kleinere Ströme wurden im PDMS Zellen gemessen Schlussfolgerung: Synaptische Transmissionen (AMPA und NMDA vermittelt) signifikant beeinträchtigt

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21 Auswirkungen auf IPSP s in beiden Zellpopulationen nicht erkennbar jeweils spontane und evozierte IPSP s Schlussfolgerung: Defekte in PDMS Neuronen ausschließlich auf exzitatorische Übertragungen beschränkt Alteration im Gleichgewicht zwischen exzitatorischen und inhibitorischen Transmissionen

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23 EPSP s AMPA und NMDA IPSP s GABA

24 Expression von AMPA und NMDA Rezeptoren beinträchtigt GLUA1 GLUN1

25 Starke Abweichung der Potenziale AMPA -70 mv NMDA +60 mv

26 Vergleich inhibitorische Werte GABA PDMS

27 Färbung von SYN1 (Synapsin1) präsynaptisch und HOMER1 postsynaptisch Strukturmoleküle exzitatorisher Synapsen Schlussfolgerung: wesentlich weniger exzitatorische Synapsen bei PMDS

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29 Menge an mrna und Proteingehalt von SHANK3 im Vergleich zu MAP2, SHANK1 und SHANK2 auch bis zu 100 andere Gene von Deletion bei 22q13 Syndrom betroffen Messung, dass nur das Fehlen der SHANK3 Proteine für phänotypische Synapsen verantwortlich ist

30 Menge an mrna und Proteingehalt von SHANK3 im Vergleich zu MAP2, SHANK1 und SHANK2 auch bis zu 100 andere Gene von Deletion bei 22q13 Syndrom betroffen Messung, dass nur das Fehlen der SHANK3 Proteine für phänotypische Synapsen verantwortlich ist

31 Forschungsansätze PMDS Neurone mit Lentivirus infiziert mit längster Isoform des SHANK3 Gens in Verbindung mit egfp SHANK3 Expression stellte Amplitude und Frequenz spontaner EPSP s wieder her

32 auch evozierte Potenziale bei AMPA und NMDA Rezeptoren in 43% aller Zellen wiederhergestellt in verbliebenen Zellen nur AMPA EPSP s gerettet Schlussfolgerung: SHANK3 Beitrag zu exzitatorischen Synapsen, aber Unterschiede zw. AMPA und NMDA

33 Pharmakologische Tests Kontroll- und PDMS Zellen mit div. pharmakologischen Substanzen getestet TSA, VPA, Nif, IGF1, IGF2 bekannt für Erhöhung von SHANK3 Expression und synaptische transmission SYN1/HOMER1 Punkte

34 IGF1 erhöht Amplitude und Frequenz beider Zellarten bei spontanen EPSP s jedoch nicht bei IPSP s

35 IGF1 stellt Amplitude von evozierten AMPA und NMDA EPSC s wieder her reduziert den Eingangswiederstadt bei PDMS

36 IGF1 stellt die Ströme der evozierten NMDA Rezeptoren wieder völlig her Bei AMPA Rezeptoren keine vollständige Wiederherstellung Schlussfolgerung: IGF 1 stellt die synaptische Transmission in PDMS Zellen durch Erhöhung der AMPA und NMDA Rezeptoren wieder her

37 IGF1 verursacht markante Abnahme von SHANK3 Expression in beiden Zelltypen

38 Untersuchung der SHANK3 Expression in Synapsen Infektion mit SHANK3 + GFP Anfärbung mit Anti-PSD95 Überlappung von 50 % der Punkte in Synapsen Ähnlichkeit zum fetalen lobus frontalis

39 Schlussfolgerung: 3 Arten von exzitatorischen Synapsen in sich entwickelnden Neuronen nur SHANK3 SHANK3 und PSD 95 nur PSD 95

40 Effekt von IGF 1 auf die Synapsen 1. Verringerung der Zellpunkte der Kontrollgruppe bei SHANK3 only 2. 45% und 340% Erhöhung der Zellpünktchen bei PSD95 only 3. Abnahme der Anzahl bei beiden Markern

41 SHANK3 Espression passt sich Kontrollgruppe an Untersuchung ob Mangel an SHANK3 Synapsen funktionell verändert PMDS Neurone haben signifikant schnellere Verfallsrate von NMDA EPSC s mit IGF1 Kontrollneurone passen sich NMDA EPSC s an

42 IGF1 Behandlung rettet synaptische Transmission in PDSM Neuronen zwar Verlust an SHANK3 Synapsen aber Zuwachs von PSD95 Synapsen (schneller EPSC Abfall bekannt)

43 Zusammenfassung PMDS ips Zellen haben große exzitatorische Defekte weniger exzitaroische Synapsen geringere Expression von Glutamat Rezeptoren Keine signifikanten Beeinträchtigungen auf inhibitorische Synapsen SHANK3 und IGF1 stellen Synaptische Funktion wieder her IGF1 verringert SHANK3 Synapsen, erhöht jedoch PSD95 Synapsen

44 Schlussfolgerungen möglicherweise SHANK3 für frühe Synapsen Bildung notwendig IGF1 begünstigt die Reifung der Neurone weil: Verlust von SHANK3 Synapsen Zuwachs von PSD95 Synapsen SHANK3 Synapsen haben langsam abfallende NMDA Ströme (GLUN2B Rzeptoren in frühen Entwicklungsstadien) PSD95 Synapsen haben schnell abfallende NMDA Ströme (GLUN2A Rezeptoren in späteren Entwicklungsphasen)

45 GFP-Maus e:gfp_mice_01.jpg

46 Quellen Definition ICD 10: Nils Brose, Autismus Wenn Nervenzellen kontaktscheu sind, Biospectrum: World Journal of Pediatrics: Wikkipedia Alexandr Shcheglovitov et al., Nature :

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