Medizinische Fakultät - Digitale Hochschulschriften der LMU - Teil 18/19 Archiv

Background Current strategic plans for malaria control in Ghana include the attainment of 80% of the general population sleeping under insecticide treated materials (ITM) by 2015. This coverage may not be attained if there is non-compliance in the use of bed nets. Failure of ITM to protect users from nuisance mosquitoes, particularly Culex mosquitoes has been cited as one of the major threats to the sustained use of ITM. A nationwide survey was therefore carried out to determine insecticide resistance status of Culex species and efficacy of ITM against them. Methods and materials Mosquito larvae were sampled from various land use and ecological settings and at different seasons. These were reared to adults and used for the various tests. In adults, insecticide susceptibility tests to eight insecticides as well as cone and tunnel bioassays were performed. Biochemical and molecular analyses were also conducted to determine the resistance mechanisms in the study populations. Results Culex quinquefasciatus and C. decens were the Culex species that were identified in the study area. DDT and deltamethrin resistances were evident across the country. A strong relationship between resistance status and urban size was observed in the study population (Pearson χ2 =48.2; df = 1; P

The past decade has witnessed a dramatic increase of anti-retroviral treatment of Human Immunodeficiency Virus (HIV) infected patients in many African countries. Due to costs and sophistication of currently available commercial viral load assays, little attention has been paid to therapy monitoring through measurement of plasma viral load, a challenge that could reverse achievements already made against HIV/AIDS infection. Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) has been shown to be simple, rapid and cost-effective, characteristics which make this assay ideal for viral load monitoring in resource limited settings. The aim of this study was to establish and evaluate LAMP for quantitative detection of HIV-1 group M virus in blood and plasma. Cell culture supernatants of HIV-1 subtype B (IIIB and MVP899-87) viruses were used to optimize reaction conditions and to test primer suitability. Together with HIV-1 M non-B subtypes, HIV-1 group O and HIV-2, the cell culture supernatants were used to evaluate the performance of LAMP, to generate a model for viral load estimation and to establish the limits of the assay. A panel of 467 clinical samples was analyzed (282 plasmas and 121 dry blood spots from Kenya and 112 plasmas from Germany) and the results obtained by LAMP were compared to those generated by the Abbott Real Time HIV-1 assay, an established commercial viral load quantification test. A linear regression equation was generated from time to detection values and used to estimate the viral loads of the samples by the LAMP assay. Kenyan samples were tested in Nairobi and Munich. LAMP primers targeting the integrase of the pol gene were found to be the most suitable compared to further 3 primer sets tested. Lower limit of detection (LLOD) of 1,200 copies/mL and lower limit of quantification (LLOQ) of 9,800 copies/mL were determined as suitable thresholds for quantitative estimations of the LAMP viral loads. Sensitivities of 82 and 86% (Kenyan samples) and 93% (German samples) and specificities of 99 and 100% were realized with plasma samples. The study also realized a sensitivity of 76% and specificity of 77% with dry blood spot samples from Kenya. In conclusion, LAMP assay shows obvious potential for diagnostic application in semi-quantification of HIV-1 group M viral load in resource limited countries. However there is a need for further improvement of primers in respect to detection of HIV-1 non-B viruses and evaluation of dry blood spot samples to ensure that more reliable results are obtained.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Handmotorik cerebellärer Patienten mit einer neuartigen feinmotorischen Bewegungsaufgabe untersucht. Bei der "Himbeer-Aufgabe" ist hervorzuheben, dass Probanden eine Zugkraft über ein Zeitintervall von 1-5 s entwickeln sollten. Erstmals wurde zudem die Modifikation aktiver Handbewegungen durch assoziatives Lernen untersucht. Erstens konnten Schwierigkeiten cerebellärer Patienten einen gleichmäßigen Kraftanstieg zu erzeugen, beobacht werden. Zweitens konnte mit Hilfe der hier erstmals auf einen physiologischen Datensatz angewandten Stochastic Frontier Analysis eine weniger ausgeprägte Kopplung von Griffkraft und Lastkraft während späterer Phasen des Zugkraftanstiegs in der Patientengruppe nachgewiesen werden. Drittens zeigte sich eine weniger häufige Änderung der Zugkraft nach einem konditionierenden Reiz in der Gruppe der cerebellären Patienten. Erklärt werden können die drei Beobachtungen über die Beeinträchtigung interner Forward-Modelle. Eine länger dauernde isometrische Bewegungsaufgabe stellt besondere Anforderungen an das ZNS. Gemäß des Konzepts der "discrete-event, sensory-driven control" erhält das ZNS nur am Anfang und am Ende der Bewegung für die Bewegungssteuerung geeignete sensorische Rückmeldungen. Dazwischen ist es auf Simulationen angewiesen. Gelingen keine adäquaten Vorhersagen, kann dies zu einem nicht-linearen Zugkraftverlauf ebenso wie zu einer beeinträchtigten Kopplung von Griffkraft und Zugkraft führen. Assoziatives Lernen des Zusammenhangs zwischen etwa einem Ton und einer in der Folge notwendigen Handlungsänderung könnte es dem ZNS ermöglichen, mit Hilfe eines genaueren internen Forward-Modells den Zeitpunkt der erforderlichen Handlungsänderung besser abzuschätzen. Mit den in dieser Arbeit objektivierten Defiziten cerebellärer Patienten konnte damit die Kleinhirnbeteiligung an internen Forward-Modellen sowie am assoziativen Lernen - Grundpfeilern sensomotorischer Konzepte - auch im Rahmen der Handmotorik weiter erhärtet werden.

Metabolomics has been proven to be a powerful tool to study complex phenotypes. It can present a snapshot of the current status of metabolism and provide a functional readout of the gene products. Complementing with other ‘omics’ techniques in systems biology studies, the integration of metabolomics with other ‘omics’, e.g. trancriptomics and epigenomics, will help to illustrate complex biological processes which are related to disease and environmental exposure. This thesis presents three studies focusing on a lifestyle related environmental exposure—smoking and a disease which is related to the exposure—myocardial infarction (MI). The general aim of these studies is to establish links between smoking, intermediated biomarkers of disturbed metabolic pathways and MI. Establishment of how they are linked might enlarge our knowledge about the metabolic basis of these links. The first study presented in this thesis aims to understand the effects of smoking and smoking cessation on human serum metabolite profile. Whilst smoking increases the risks of many diseases, including MI, the benefits of cessation is remarkable as it has shown to reduce the risk of MI in a very short time frame. The results presented in this thesis showed significant differences in metabolite profiles between current smokers, former smokers and never smokers. Amongst the 21 metabolites, which were found to be different between current smokers and never smokers, 19 were found reversible in former smokers. The results were furthermore confirmed in the prospective study of KORA S4->F4. Network analysis was applied to integrate smoking related genes and metabolites, which consistently showed the reversibility of the smoking effects on gene expression and metabolite profile. The reversibility of smoking related changes in serum metabolites also coincide with the reduced risk of MI, which gives rise to the possibility of using these metabolites as potential biomarkers to characterize smoking related diseases. Inspired by the first study, two other studies were initiated with different aims. The second study in this thesis aims to use multi-level ‘omics’ data to illustrate how smoking influences the metabolite profiles by alteration in DNA methylation and gene expression. Candidate biomarkers of smoking were first discovered separately in epigenomic, transcriptomic and metabolomic levels. Mediation analyzes were applied to assess the potential interactions between smoking, DNA methylation, gene expression and metabolites. In general, seven CpG sites showed significant mediation effects for the expression of the LRRN3 gene. Amongst these seven, two were also significantly associated with the concentrations of LPC (18:2) and PC ae C34:3. In the third study, three metabolites (arginine, LPC (17:0) and LPC (18:2)), which may serve as novel biomarkers for incident MI, were identified based on a targeted metabolomics approach in two prospective cohort studies. These metabolites significantly associated with MI in Cox regression models after adjustment for other MI risk factors, such as smoking and C-reactive protein (CRP). Inclusion of these metabolites in the established MI prediction models provided significant added predictive value. Additionally, the observation that these metabolites were associated with CRP indicates potential inflammatory process they are commonly involved in. Among the three metabolites listed above, arginine and LPC (18:2) are also associated with smoking as shown in the first study of this thesis, which implies the underlying metabolic relationships between smoking and MI. In summary, this doctoral thesis reveals metabolites associated with smoking and MI. Using a systems biology approach, the effects of smoking on DNA methylation and gene expression, which mediates the corresponding variations on metabolite concentrations, were analyzed by integrating multi-level ‘omics’ data. The metabolites associated with both smoking and MI may contribute to a deeper insight into the molecular basis between the link of MI and its risk factor—smoking.

Sowohl die Ergebnisse der bisher überwiegend qualitativ angelegten Forschungsarbeiten als auch die jüngsten Ergebnisse aus der quantitativen Forschung liefern Anhaltspunkte dafür, dass krebskranke Mütter minderjähriger Kinder einer besonderen Belastung ausgesetzt sind und dass sie demzufolge mehr Unterstützung erfahren sollten. Ergänzend zur bisherigen Forschung wurden in der hier vorliegenden Arbeit erstmals ein strukturiertes klinisches Interview (SKID; Wittchen, Zaudig & Fydrich, 1997) und ein speziell auf die Beschwerden krebskranker Patienten abgestimmter Fragebogen (FBK-R23; Herschbach, Marten-Mittag & Henrich, 2003) verwendet. Untersucht wurde zunächst die Fragestellung, ob es zum Zeitpunkt zwischen Diagnosestellung und Behandlungsbeginn einen Unterschied in der psychosozialen Belastung von Müttern minderjähriger Kinder und Frauen ohne minderjährige Kinder gibt. Darüber hinaus wird die Gruppe der Frauen mit minderjährigen Kindern genauer betrachtet. Von Interesse ist darüber hinaus, ob das Alter der Kinder oder eine bestehende Partnerschaft sich auf das Ausmaß der psychosozialen Belastung der Mütter auswirkt. Zur Beantwortung der genannten Fragestellungen wurden neben den bereits erwähnten Instrumenten SKID und FBK-R23 die Module für Panik, Angst und Depression aus dem Patient Health Questionnaire (PHQ-D; Löwe et al., 2002) verwendet. Die statistische Auswertung der Daten von 120 Studienteilnehmerinnen erfolgte mit dem Statistical Package for the Social Sciences (SPSS for Windows, Version 21.0). Insgesamt legen die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit nahe, dass Mütter minderjähriger Kinder zum Zeitpunkt der Diagnosestellung nicht mehr und nicht weniger psychosozial belastet sind als Frauen ohne minderjährige Kinder. Auch das Alter der Kinder und das Bestehen einer Partnerschaft beeinflussen die psychosoziale Belastung der Mütter nicht. Die Ängste der an Krebs erkrankten Frau sollten wahrgenommen werden – ob sie nun Kinder hat oder nicht.

Die Schizophrenie ist eine schwerwiegende psychiatrische Erkrankung, die ca. 1% der Weltbevölkerung betrifft und zu den teuersten Krankheiten der westlichen Gesellschaft gehört. Ihre Ätiopathogenese ist multifaktoriell bedingt, wobei bisher noch viele Faktoren ungeklärt sind. Mit Hilfe von Familien-, Zwillings- und Adoptionsstudien konnte die hohe genetische Komponente in der Schizophrenie nachgewiesen werden, wobei von einem polygenen Erbgang auszugehen ist. Bisher konnten anhand von genomweiten Assoziationsstudien, Kandidatengen- und Kopplungsstudien weit über 100 Gene und chromosomale Bereiche identifiziert werden, deren Replikation häufig inkonsistente Ergebnisse lieferte. Aufgrund dessen wird erhofft, durch Untersuchungen der Ausprägung einzelner krankheitsassoziierter Endophänotypen und Assoziation mit Genen einen neuen Weg gefunden zu haben, um auf weitere Gene zu stoßen. Endophänotypen bzw. intermediäre Phänotypen spiegeln der Krankheit zugrunde liegende, neurobiologische Eigenschaften wider, die mit der Krankheit assoziiert und vererbbar sind. Ihnen liegen quantitative Messgrößen neuropsychiatrischer Funktionen zu Grunde, die die Verbindung zwischen dem klinische Phänotyp und Genen ermöglichen könnten. GRIA1 ist ein Kandidatengen der Schizophrenie. Es ist auf Chromosom 5 in einer Region lokalisiert, die schon in mehreren unabhängigen genomweiten Studien als Suszeptibilitätsort für die Schizophrenie identifiziert wurde. GRIA1 kodiert für einen von vier AMPA Rezeptoren und ist somit an der glutamatergen Dysfunktion der Schizophrenie beteiligt. Desweiteren sind GRIA1-Untereinheiten bei schizophrenen Patienten im Hippokampus in verringerter Anzahl anzutreffen, hingegen im präfrontalen Kortex in höherer Anzahl im Vergleich zu Gesunden, wobei man annimmt, dass dies mitunter Einfluss auf bestimmte Gedächtnisprozzesse nimmt. Beide Hirnabschnitte sind an Gedächtnisfunktionen wie dem Erlernen und Einspeichern von Informationen beteiligt, und nehmen im Verlauf der Krankheit an Volumen ab. In der vorliegenden Arbeit wurde in einer Fall-Kontroll-Assoziationsstudie der Zusammenhang von zwei Markern des GRIA1- Gens und der Schizophrenie an 139 Schizophreniepatienten und 301 kaukasischen, gesunden Kontrollprobanden untersucht. Die Studienteilnehmer wurden dem Wechsler-Gedächtnistest (WMS-R) unterzogen und auf neuropsychologische Endophänotypen hin untersucht. Es konnte sowohl mit der Schizophrenie als auch mit den Endophänotypen verbales und visuelles Gedächtnis eine Assoziation mit dem GRIA1-Gen festgestellt werden. Der Marker rs11742573 war sowohl mit der Schizophrenie als auch mit den Endophänotypen verbales und visuelles Gedächtnis assoziiert, wobei Träger des A-Allel bzw. der AA-Genotyp häufiger bei Patienten zu finden war und gleichzeitg auf ein besseres verzögertes visuelles aber schlechteres verbales Gedächtnis hinwies. Der zweite Marker rs578772 zeigte keine Assoziation zur Schizophrenie, jedoch konnte ein Zusammenhang zu den Endophänotypen verbales und visuelles Gedächtnis festgestellt werden. Auch hier war das eine Allel mit besseren Leistungen im visuellen Testteil assoziiert, während das komplementäre Allel mit besseren Leistungen im verbalen Bereich assoziiert war. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit deuten daraufhin, dass das GRIA1 Gen an der Entstehung der Schizophrenie beteiligt sein könnte, sowie auch ein Zusammenhang zu den neuropsychologischen Endophänotypen verbales und visuelles Gedächtnis besteht. Um genauere Aussagen treffen zu können, werden allerdings noch weitere Studien mit mehreren Polymorphismen des GRIA1 Gens an einer größeren Stichprobe benötigt.