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• Dauer: 1Dauer: 11/2 1/2 Stunden (maximal) Stunden (maximal) • Keine Noten - nur bestanden versus nicht bestandenKeine Noten - nur bestanden versus nicht bestanden• Inhalt: Grundlage sind die Folien zum SeminarInhalt: Grundlage sind die Folien zum Seminar

Die Klausur findet statt am Donnerstag, den 10.7.2008Die Klausur findet statt am Donnerstag, den 10.7.2008• Zeit: 8.30 - 10.00Zeit: 8.30 - 10.00• Ort: Konferenzraum Johanniterufer 15, 54290 Trier Ort: Konferenzraum Johanniterufer 15, 54290 Trier • Format: Multiple ChoiceFormat: Multiple Choice

Infos zur KlausurInfos zur Klausur

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VerhaltensgenetikVerhaltensgenetikSommersemester 2008Sommersemester 2008

Seminar Biopsychologie – Ausgewählte Probleme Seminar Biopsychologie – Ausgewählte Probleme

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• Chromosomen bestehen aus verschiedenen Proteinen und aus einer Chromosomen bestehen aus verschiedenen Proteinen und aus einer sehr langen Sequenz von sehr langen Sequenz von Desoxyribonukleinsäure Desoxyribonukleinsäure (DNS)(DNS) englisch: englisch: DNADNA

DNADNA• DNA besteht ausDNA besteht aus NukleotidenNukleotiden• 3 Bestandteile der Nukleotide:3 Bestandteile der Nukleotide: Zuckermoleküle Zuckermoleküle (Desoxyribose), (Desoxyribose),

PhosphatgruppenPhosphatgruppen und stickstoffhaltige und stickstoffhaltige BasenBasen• 4 Nukleinbasen der DNA: 4 Nukleinbasen der DNA: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin

(T)(T)• DNA-Moleküle liegen in DNA-Moleküle liegen in DoppelsträngenDoppelsträngen vor, die Basen jedes vor, die Basen jedes

Nukleotids sind über Wasserstoffbrücken nach einer festen Regel Nukleotids sind über Wasserstoffbrücken nach einer festen Regel miteinander verbunden miteinander verbunden

• Basenpaarung:Basenpaarung: A-T und G-C bilden jeweils komplementäre A-T und G-C bilden jeweils komplementäre BasenpaareBasenpaare

Begriffe der GenetikBegriffe der Genetik

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• Ferner ist die DNA verdrillt: Ferner ist die DNA verdrillt: DoppelhelixDoppelhelix• 10 Basenpaare pro Wendelgang 10 Basenpaare pro Wendelgang • Das Strukturmodell der DNA Das Strukturmodell der DNA

stammt vonstammt von Watson und Crick (1953)Watson und Crick (1953)

Nobelpreis für Physiologie und Medizin 1962

Begriffe der GenetikBegriffe der Genetik

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Wiederholung: Begriffe der GenetikWiederholung: Begriffe der Genetik

GeneGene bestehen aus Desoxyribonuklein-bestehen aus Desoxyribonuklein-säure (DNA), einem fadenartigen, doppel-säure (DNA), einem fadenartigen, doppel-helikal angeordneten Makromolekülhelikal angeordneten Makromolekül

Die in der DNA enkodierte Information ist Die in der DNA enkodierte Information ist in derin der SequenzSequenz von Nukleotiden von Nukleotiden gespeichertgespeichert

EinEin ChromosomChromosom besteht aus einem besteht aus einem (sehr langen) DNA Molekül (sehr langen) DNA Molekül

Der Mensch besitzt 23 Der Mensch besitzt 23 Chromosomenpaare, diese konstituieren Chromosomenpaare, diese konstituieren dasdas GenomGenom

Gene sind funktionale Einheiten Gene sind funktionale Einheiten chromosomaler DNAchromosomaler DNA

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Wie kommt nun die Information der DNA aus der Zelle Wie kommt nun die Information der DNA aus der Zelle und wird in Proteine umgesetzt?und wird in Proteine umgesetzt?

• Proteinbiosynthese:Proteinbiosynthese: – 1. Schritt1. Schritt TranskriptionTranskription: ein Gen auf der DNA wird abgelesen und in ein : ein Gen auf der DNA wird abgelesen und in ein

mRNA-Molekül transkribiert.mRNA-Molekül transkribiert.

– 2. Schritt2. Schritt Translation: Translation: die Übersetzung der Basensequenz der mRNA in die Übersetzung der Basensequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz des Proteins, an den Ribosomen die Aminosäuresequenz des Proteins, an den Ribosomen

Begriffe der GenetikBegriffe der Genetik

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Einschub: RNAEinschub: RNA • Vom Aufbau her ist dieVom Aufbau her ist die RNA (Ribonukleinsäure)RNA (Ribonukleinsäure) der DNA ähnlich. RNA-Moleküle der DNA ähnlich. RNA-Moleküle

sind – im Gegensatz zur doppelsträngigen DNA – in der Regelsind – im Gegensatz zur doppelsträngigen DNA – in der Regel einzelsträngigeinzelsträngig. .

• unterschiedliche Funktionen von RNA-Molekülen:unterschiedliche Funktionen von RNA-Molekülen:

Übertragen genetischer Information Übertragen genetischer Information

Übersetzung dieser Information in Proteine Übersetzung dieser Information in Proteine

Regulation der Genexpression Regulation der Genexpression

katalytische Funktionen ähnlich einem Enzymkatalytische Funktionen ähnlich einem Enzym• UracilUracil ist eine der 4 Nukleinbasen der RNA. In der Basenpaarung tritt sie an die ist eine der 4 Nukleinbasen der RNA. In der Basenpaarung tritt sie an die

Stelle des Thymin.Stelle des Thymin.

Begriffe der GenetikBegriffe der Genetik

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Human Genome Project:Human Genome Project:

• 19901990 initiiertinitiiert

• Februar 2001Februar 2001 wurde ein erstes „rough draft“ vom International Human Genome wurde ein erstes „rough draft“ vom International Human Genome Sequencing Consortium (IHGSC) und von Celera präsentiertSequencing Consortium (IHGSC) und von Celera präsentiert

• 90% des Genoms sequenziert, 30.000-35.000 Gene90% des Genoms sequenziert, 30.000-35.000 Gene

• Rohfassung wies 150.000 Lücken aufRohfassung wies 150.000 Lücken auf

• Oktober 2004Oktober 2004

„„Finishing the euchromatic sequence of the human genome“Finishing the euchromatic sequence of the human genome“

NatureNature 431, 431, 931-945 (2004)931-945 (2004)

• Über 99% des Humangenoms entziffertÜber 99% des Humangenoms entziffert

• nur noch 341 Unterbrechungennur noch 341 Unterbrechungen

• 2,85 Milliarden Nucleotide2,85 Milliarden Nucleotide

• neue Schätzung: 20.000 – 25.000 Gene neue Schätzung: 20.000 – 25.000 Gene

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Die Unterschiede zwischen den Genomen von verschiedenen Menschen Die Unterschiede zwischen den Genomen von verschiedenen Menschen werden u.a. bestimmt durch einzelne Basendifferenzen werden u.a. bestimmt durch einzelne Basendifferenzen (Single Nucleotide Polymorphism, SNP)(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)

(Chakravarti 2001, Hinds et al. 2005)(Chakravarti 2001, Hinds et al. 2005)

Wieviel Variation / Unterschiede gibt es?

• SNPs sind die häufigste Form von DNA Variation im humanen GenomSNPs sind die häufigste Form von DNA Variation im humanen Genom

• Es gibt insgesamt etwa 10 Millionen Positionen, die zwischen Individuen Es gibt insgesamt etwa 10 Millionen Positionen, die zwischen Individuen variieren variieren

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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP

• Build 129, released on April 28, contained many Build 129, released on April 28, contained many instances where multiple human rs numbers mapped to instances where multiple human rs numbers mapped to the same location due to underclustering of new the same location due to underclustering of new submitted SNPs (ss). This update fixes the submitted SNPs (ss). This update fixes the underclustering problem. During this update many ss underclustering problem. During this update many ss have been merged to preexisting refSNP (rs) numbers, have been merged to preexisting refSNP (rs) numbers, thereby reducing the total number of rs. thereby reducing the total number of rs.

• RS counts for human: RS counts for human: – Total in Build 129 (April release): 18,045,964 Total in Build 129 (April release): 18,045,964 – Total in Build 129 Update (Current release): 14,708,770 Total in Build 129 Update (Current release): 14,708,770 – New rs included since Build 129 (Current release): 28,780 New rs included since Build 129 (Current release): 28,780

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Strukturelle Variation

Variationen, die größere DNA

Abschnitte betreffen

DNA-Abschnitt geht verloren

Ein DNA-Abschnitt wird

„eingebaut“

Die Abfolge eines DNA-Abschnitts

kehrt sich um

DNA-Abschnitte wiederholen sich

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Exkurs: Genstruktur / Mechanismen der Genregulation

Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus genetischer Variabilität? genetischer Variabilität?

Genstruktur: Genstruktur: Gene gliedern sich in folgende hauptsächliche RegionenGene gliedern sich in folgende hauptsächliche Regionen::

Regulatorische Region:

Empfängt und reagiert auf Signale aus dem Genom selbst oder aus der Umwelt

5´ 3`

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Exkurs: Genstruktur / Mechanismen der Genregulation

Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus genetischer Variabilität? genetischer Variabilität?

Genstruktur: Genstruktur: Gene gliedern sich in folgende hauptsächliche RegionenGene gliedern sich in folgende hauptsächliche Regionen::

Exons:

DNA Segmente, die in mRNA umgeschrieben werden. Konstituieren die eigentliche kodierende Region

5´ 3`

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Exkurs: Genstruktur / Mechanismen der Genregulation

Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus Welche funktionellen Konsequenzen ergeben sich aus genetischer Variabilität? genetischer Variabilität?

Genstruktur: Genstruktur: Gene gliedern sich in folgende hauptsächliche Regionen:Gene gliedern sich in folgende hauptsächliche Regionen:

Zwischen Genen befindet sich DNA, deren Funktion Zwischen Genen befindet sich DNA, deren Funktion größtenteils unbekannt ist. größtenteils unbekannt ist.

Nur 1,2% des Genoms bestehen aus Exons!Nur 1,2% des Genoms bestehen aus Exons!

Introns:

DNA Segmente unbekannter Funktion, eingestreut zwischen den Exons. Enthalten keine Information für das funktionelle Genprodukt. Werden transkribiert aus dem primären Transkript “herausgespleisst”

5´ 3`

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4. Einfluss einer bestimmten genetischen Variante, wenn diese signifikant häufiger in einer untersuchten Gruppe (im Vgl. zu einer Kontrollgruppe) auftritt

1. Phänotyp definieren / Gibt es einen generellen genetischen Einfluss auf den Phänotyp, der untersucht werden soll?

3. auf Varianten prüfen (ausreichende Prävalenz?)

Gruppe A Gruppe B

Assoziationsstudie

2. Kandidatengen(e) aussuchen: Kann man dem Phänotyp ein zu Grunde liegendes biologisches System zuordnen? Welche Gene sind beteiligt?

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Neurotransmitter SystemNeurotransmitter System KandidatengeneKandidatengene

Serotonerges SystemSerotonerges System Serotonin Transporter (5HTT)Serotonin Transporter (5HTT)

5HT-Rezeptoren5HT-Rezeptoren

Tryptophan HydroxylaseTryptophan Hydroxylase

Dopaminerges SystemDopaminerges System Dopamin RezeptorenDopamin Rezeptoren

DopamintransporterDopamintransporter

Tyrosin HydroxylaseTyrosin Hydroxylase

MonoaminmetabolismusMonoaminmetabolismus Monoamin Oxidase AMonoamin Oxidase A

Catechol-O-MethyltransferaseCatechol-O-Methyltransferase

Weitere GeneWeitere Gene GlucocorticoidrezeptorGlucocorticoidrezeptor

GABA-A RezeptorGABA-A Rezeptor

BDNF...BDNF...

Überblick Kandidatengene - Persönlichkeitsforschung

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Neurotrans- Neurotrans-

mitter Systemmitter SystemKandidatengeneKandidatengene PolymorphismenPolymorphismen PersönlichkeitseigenschaftPersönlichkeitseigenschaft

PsychopathologiePsychopathologie

Serotonerges Serotonerges SystemSystem

Serotonin Serotonin TransporterTransporter

(5HTT)(5HTT)

44bp Insertion / 44bp Insertion / Deletion in Deletion in PromoterregionPromoterregion

Short (s) / long (l) Short (s) / long (l) AllelAllel

Kurzes Allel assoziiert mitKurzes Allel assoziiert mit• NeurotizismusNeurotizismus ↑↑• erhöhter erhöhter AmygdalaaktivierungAmygdalaaktivierung ↑↑• depressiven Episoden bei depressiven Episoden bei frühen Stresserfahrungen frühen Stresserfahrungen ↑↑• ÄngstlichkeitÄngstlichkeit →→

5HT1B Rezeptor5HT1B Rezeptor G861CG861C C-Allel assoziiert mitC-Allel assoziiert mit• Antisozialem Antisozialem AlkoholismusAlkoholismus ↑↑• Antisozialer Antisozialer PersönlichkeitsstörungPersönlichkeitsstörung ↑↑

5HT2C Rezeptor5HT2C Rezeptor Cys23SerCys23Ser 5HT2C 23Ser & DRD4 long 5HT2C 23Ser & DRD4 long repeat Trägerrepeat Träger• erniedrigte „Persistance“ erniedrigte „Persistance“ ↑↑

Kandidatengene in der Persönlichkeitsforschung

Quelle: Noblett & Coccaro (2005) Molecular Genetics of Personality Current Psychiatry Reports 7: 73-80.

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Grenzen und AusblickGrenzen und Ausblick

• Persönlichkeit ist multideterminiert:Persönlichkeit ist multideterminiert: komplexe Interaktion zwischen biogenetischen und Umweltvariablen, komplexe Interaktion zwischen biogenetischen und Umweltvariablen, die ein nicht minder komplexes Spektrum von Persönlichkeits-die ein nicht minder komplexes Spektrum von Persönlichkeits-dimensionen erzeugen. dimensionen erzeugen.

• In neueren Studien zeigen sich immer häufiger signifikante In neueren Studien zeigen sich immer häufiger signifikante Interaktionen Interaktionen zwischen genetischen Polymorphismen.zwischen genetischen Polymorphismen. Dieser Ansatz geht über den „Ein-Gen“ Ansatz hinaus, da er eine Dieser Ansatz geht über den „Ein-Gen“ Ansatz hinaus, da er eine komplexere Dynamik zwischen verschiedenen Neurotransmitter-komplexere Dynamik zwischen verschiedenen Neurotransmitter-systemen berücksichtigt.systemen berücksichtigt.

Forschungsansätze, die Gen-Gen Interaktionen einerseits und Forschungsansätze, die Gen-Gen Interaktionen einerseits und Gen-Umwelt Interaktionen andererseits berücksichtigen, Gen-Umwelt Interaktionen andererseits berücksichtigen, legen einen erweiterten konzeptuellen Rahmen zu Grunde, legen einen erweiterten konzeptuellen Rahmen zu Grunde, welcher der Komplexität einer multideterminierten Persönlichkeit welcher der Komplexität einer multideterminierten Persönlichkeit eher gerecht wird.eher gerecht wird.

Genetische Aspekte der Persönlichkeitsforschung

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DNA MicroarrayDNA Microarray

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DNA MicroarrayDNA Microarray

• Sammelbegriff für unterschiedliche Methoden Sammelbegriff für unterschiedliche Methoden „GeneChip „GeneChip®®“ “ ist ein Sonderbegriff der Firma ist ein Sonderbegriff der Firma AffymetrixAffymetrix

• Vorgehen:Vorgehen:– auf einer Silicon/Glas-Platte (fingernagelgroß, ca. 1,3 X 1,3 cm) wird auf einer Silicon/Glas-Platte (fingernagelgroß, ca. 1,3 X 1,3 cm) wird

einsträngige DNA „befestigt“ einsträngige DNA „befestigt“ verschiedene Techniken verschiedene Techniken

– diese einsträngige DNA kann sowohl künstlich hergestellt sein, als auch diese einsträngige DNA kann sowohl künstlich hergestellt sein, als auch

durch biochemische Verfahren „chipgerecht“ aufgearbeitet werdendurch biochemische Verfahren „chipgerecht“ aufgearbeitet werden • PhotolithographiePhotolithographie• Pin Array (in situ Pin Array (in situ Synthese)Synthese)

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PhotolithographiePhotolithographie• Auf dem Array werden kurze Auf dem Array werden kurze Verbindungsmoleküle kovalent befestigtVerbindungsmoleküle kovalent befestigt, deren freies , deren freies

Ende jeweils durch eine Ende jeweils durch eine photolabile Gruppephotolabile Gruppe gegenüber Bindungsreaktionen gegenüber Bindungsreaktionen geschützt istgeschützt ist

• Mittels Mittels LichtmaskenLichtmasken können die verschiedenen Spots selektiv belichtet werden. Nach können die verschiedenen Spots selektiv belichtet werden. Nach Belichtung wird die protektive Gruppe am freien Ende des Verbindungsmoleküls Belichtung wird die protektive Gruppe am freien Ende des Verbindungsmoleküls abgespalten, dieses reagiert dann mit dem abgespalten, dieses reagiert dann mit dem zuvor zugesetztenzuvor zugesetzten, gewünschten , gewünschten NukleotidNukleotid..

• Das freie Ende dieses Nukleotids ist wiederum durch eine photoreaktive Gruppe vor Das freie Ende dieses Nukleotids ist wiederum durch eine photoreaktive Gruppe vor Anlagerung geschütztAnlagerung geschützt

• Kettenlänge (Länge der Kettenlänge (Länge der OligonukleotideOligonukleotide) bei den meisten Anwendungen: 15 bis 35 ) bei den meisten Anwendungen: 15 bis 35 NukleotideNukleotide

Stephen FodorStephen Fodor

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in situin situ Synthese Synthese

mRNAmRNA wird aus Zelle isoliert wird aus Zelle isoliert

biochemische Besonderheit eukariotischer RNA: biochemische Besonderheit eukariotischer RNA: Poly-A tailPoly-A tail am 3‘ Ende am 3‘ Ende

hier setzt der Primer (synthetisch hergestellter hier setzt der Primer (synthetisch hergestellter Oligo-dT-Nukleotid) anOligo-dT-Nukleotid) an

die die Reverse TranskriptaseReverse Transkriptase (RT) ist ein Enzym, (RT) ist ein Enzym, welches RNA zu DNA „umschreibt“ – setzt am welches RNA zu DNA „umschreibt“ – setzt am Primer an, und verlängert dann die Primer an, und verlängert dann die komplementäre Sequenz mithilfe synthetischer komplementäre Sequenz mithilfe synthetischer Einzelnukleotide Einzelnukleotide

durch alkalische Reaktion wird die instabile durch alkalische Reaktion wird die instabile mRNA von der stabileren cDNA (mRNA von der stabileren cDNA (complementarycomplementary DNA) DNA) getrenntgetrennt

AAAAAn: Poly-A taildTTTTTT15: 15 Desoxythymidin

Patrick O. BrownPatrick O. Brown

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Aufbereitung der ProbenAufbereitung der Proben• aus dem entnommenen Gewebe wird mRNA isoliertaus dem entnommenen Gewebe wird mRNA isoliert• diese wird mittels diese wird mittels reverserreverser TranskriptaseTranskriptase in einen (zur in einen (zur

mRNA) komplementären Strang umgeschrieben mRNA) komplementären Strang umgeschrieben cDNA – steht für cDNA – steht für complementarycomplementary DNA DNA

• cDNA wird mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert cDNA wird mit einem fluoreszierenden Farbstoff markiert und auf den Chip aufgebrachtund auf den Chip aufgebracht

• Überstand wird abgewaschenÜberstand wird abgewaschen• Fluoreszenzsignal wird gemessenFluoreszenzsignal wird gemessen

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in situin situ Synthese Synthese

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PhotolithographiePhotolithographie

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mögliche Fragestellungenmögliche Fragestellungen• SNPs: ein Feld des Arrays trägt die Information SNPs: ein Feld des Arrays trägt die Information

über einen SNP – Patienten-DNA wird mit der über einen SNP – Patienten-DNA wird mit der gesunder Kontrollen verglichengesunder Kontrollen verglichen

• mRNA: durch welche Bedingung ändern sich die mRNA: durch welche Bedingung ändern sich die Expressionsraten von Genen? Welche Gene Expressionsraten von Genen? Welche Gene sind betroffen?sind betroffen?hier häufig hier häufig in situin situ Synthese: auf dem Chip befindet Synthese: auf dem Chip befindet

sich cDNA, als Probe wird mRNA biochemisch sich cDNA, als Probe wird mRNA biochemisch aufbereitet und aufgetragen aufbereitet und aufgetragen

auch Chips, hergestellt durch Photolithographie – auch Chips, hergestellt durch Photolithographie – dann wird mRNA vor dem Auftragen in cDNA dann wird mRNA vor dem Auftragen in cDNA umgewandeltumgewandelt

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gelbgelb: keine Unterschiede zwischen : keine Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollen bzw. zwischen Patienten und Kontrollen bzw. zwischen zwei Bedingungenzwei Bedingungen

rot:rot: Proben von Patienten (SNP Analyse) Proben von Patienten (SNP Analyse) oder einer bestimmten Bedingung (Gen oder einer bestimmten Bedingung (Gen Expression)Expression)

grün:grün: Proben von gesunden Kontrollen Proben von gesunden Kontrollen (SNP Analyse) oder einer bestimmten (SNP Analyse) oder einer bestimmten anderen Bedingung (Gen Expression)anderen Bedingung (Gen Expression)

Ablesen eines DNA MicroassaysAblesen eines DNA Microassays

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Bis hier sind die Folien relevant für die Klausur.Bis hier sind die Folien relevant für die Klausur.

Alles, was ab hier kommt können sie sich natürlich Alles, was ab hier kommt können sie sich natürlich trotzdem gerne ansehen.trotzdem gerne ansehen.

Viele Grüße und gutes Gelingen!!!Viele Grüße und gutes Gelingen!!!

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Also: genomweite AssoziationsstudienAlso: genomweite AssoziationsstudienPapassotiropoulos et al., Papassotiropoulos et al., ScienceScience 2006 2006• Stichprobe: 341 junge Erwachsene (240 weiblich, 111

männlich; Alter: 22 Jahre (MW), range: 18-48 Jahre)– Lernen von 6 Wortlisten à 5 Wörtern– episodischer Gedächtnistest: freier Abruf (unangekündigt) nach

5 Min. und 24 h• US Kohorte: 256 gesunde Teilnehmer (171 weibl., 85

männl.; Alter: 55 Jahre (MW), range: 20-81 Jahre)– Auditory Verbal Learning Task– Buschke’s Selective Reminding Test– Wisconsin Card Sorting Test – Paced Auditory Serial Attention Task

• Schweizer Kohorte 2: 424 junge Erwachsene (316 weibl., 108 männl.; Alter: 21 Jahre, range: 18-28 Jahre)– Präsentation von 10 semantisch unähnlichen Worten free

recall nach 10 Min. (episodisches Ged.)– d2‘ Test (Aufmerksamkeit, Konzentration)– Digit Span Task (Arbeitsgedächtnis)

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• Genotypisierung anhand eines DNA Chips mit Genotypisierung anhand eines DNA Chips mit insgesamt 502,627 SNPs insgesamt 502,627 SNPs (synthetische Oligonukleotide, (synthetische Oligonukleotide, aufgetragen werden entnommene DNA Proben)aufgetragen werden entnommene DNA Proben)

– die statistische Analyse der „signifikanten“ SNPsdie statistische Analyse der „signifikanten“ SNPs• gemessen wird die Assoziation von SNPs mit dem gemessen wird die Assoziation von SNPs mit dem

episodischen Gedächtnisepisodischen Gedächtnis• Vergleich anhand der Testergebnisse: die besten 50% Vergleich anhand der Testergebnisse: die besten 50%

mit den schlechtesten 50% mit den schlechtesten 50% Gesamtstichprobe Gesamtstichprobe• Vergleich der besten 25% mit den schlechtesten 25% Vergleich der besten 25% mit den schlechtesten 25%

Extremwerte Extremwerte

2 SNPs, die signifikant mit Arbeitsgedächtnis 2 SNPs, die signifikant mit Arbeitsgedächtnis assoziiert sind assoziiert sind

rs17070145 (rs17070145 (KIBRAKIBRA); ); rs6439886 (CLSTN2)rs6439886 (CLSTN2)

Kohorte 1 (Schweiz)Kohorte 1 (Schweiz)

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• Träger des T Allels in KIBRA: Träger des T Allels in KIBRA: – 24% besser im freien Abruf nach 5 Min. (P=0.000004)24% besser im freien Abruf nach 5 Min. (P=0.000004)– 19% besser im freien Abruf 24 Stunden nach 19% besser im freien Abruf 24 Stunden nach

Präsentation der Wörter (P=0.0008) als Non-CarrierPräsentation der Wörter (P=0.0008) als Non-Carrier

• für SNP rs6439886 in dieser Stichprobe ähnliche für SNP rs6439886 in dieser Stichprobe ähnliche Resultate, aber insgesamt geringere Resultate, aber insgesamt geringere Unterschiede, als für den KIBRA SNPUnterschiede, als für den KIBRA SNP

• keine Unterschiede im direkten Abruf keine Unterschiede im direkten Abruf (Wiederholen der Wörter) (Wiederholen der Wörter) keine keine Konfundierung mit Aufmerksamkeit, MotivationKonfundierung mit Aufmerksamkeit, Motivation

Kohorte 1 (Schweiz)Kohorte 1 (Schweiz)

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Kohorte 2 (US Amerikaner)Kohorte 2 (US Amerikaner)

• signifikante Unterschiede zwischen Trägern des signifikante Unterschiede zwischen Trägern des T-Allels des KIBRA SNP und Non-Carriern in T-Allels des KIBRA SNP und Non-Carriern in – Auditory Verbal Learning Task– Buschke’s Selective Reminding Test

• keine Unterschiede in:keine Unterschiede in:– Wisconsin Card Sorting Test (exekutive Funktionen)– Paced Auditory Serial Attention Task

(Arbeitsgedächtnis)

Unterschiede nur in Aufgaben, die sich auf das Unterschiede nur in Aufgaben, die sich auf das episodische Gedächtnis beziehenepisodische Gedächtnis beziehen

in dieser (älteren) Kohorte keine in dieser (älteren) Kohorte keine Zusammenhänge mitZusammenhänge mit rs6439886 (CLSTN2)rs6439886 (CLSTN2)

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Kohorte 3 (Schweiz)Kohorte 3 (Schweiz)

• Präsentation von 10 semantisch unähnlichen Präsentation von 10 semantisch unähnlichen Worten Worten freier Abruf nach 10 Min. freier Abruf nach 10 Min. (episodisches Ged.)(episodisches Ged.)nur bei diesem Test signifikante Unterschiede

zwischen Trägern des selteneren Allels und Homozygoten Trägern des häufigeren Allels

• d2‘ Test (Aufmerksamkeit, Konzentration)d2‘ Test (Aufmerksamkeit, Konzentration)• Digit Span Task (Arbeitsgedächtnis) Digit Span Task (Arbeitsgedächtnis)

keine Unterschiede zwischen den genetischen Gruppen

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Imaging GenomicsImaging Genomics

• das seltenere Allel des SNPs in KIBRA ist assoziiert mit das seltenere Allel des SNPs in KIBRA ist assoziiert mit einer schlechteren Leistung in Tests zum episodischen einer schlechteren Leistung in Tests zum episodischen GedächtnisGedächtnis

• Leistung in Tests zum episodischen Gedächtnis Leistung in Tests zum episodischen Gedächtnis korreliert mit Aktivität des Hippocampuskorreliert mit Aktivität des Hippocampus

ist also vielleicht der KIBRA Genotyp mit der Aktivität ist also vielleicht der KIBRA Genotyp mit der Aktivität des Hippocampus assoziiert?des Hippocampus assoziiert?

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Gen Expressions AnalyseGen Expressions Analyse

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Gen Expressions AnalyseGen Expressions AnalyseSegman et al. 2005Segman et al. 2005• Untersuchung an einer Stichprobe von Menschen, die Untersuchung an einer Stichprobe von Menschen, die

ein akutes Trauma erlitten haben ein akutes Trauma erlitten haben hohe Prävalenz für hohe Prävalenz für die Entwicklung einer die Entwicklung einer Post Traumatic Stress DisorderPost Traumatic Stress Disorder (PTSD)(PTSD)

• Lebenszeit Prävalenz für PTSD: 9-14% Lebenszeit Prävalenz für PTSD: 9-14% • gekennzeichnet durch:gekennzeichnet durch:

– Wiedererleben des traumatischen ErleignisWiedererleben des traumatischen Erleignis– Vermeidung Vermeidung – erhöhte Wachsamkeit und Erregbarkeiterhöhte Wachsamkeit und Erregbarkeit

• im Tierversuch kann nachgewiesen werden, dass akute im Tierversuch kann nachgewiesen werden, dass akute Stressbelastung andauernden Einfluss auf eine Vielzahl Stressbelastung andauernden Einfluss auf eine Vielzahl biologischer Mechanismen nimmt (auch im Gehirn)biologischer Mechanismen nimmt (auch im Gehirn)

• Stress beim Menschen?Stress beim Menschen?

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GlucocorticoideZellmembran

GR

HSP GR

HSP

Kernmembran

„An- und Abschalten“ der Gentranskription

Der aktivierte GRDer aktivierte GR verändert das Ablesen der DNA verändert das Ablesen der DNA

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SchlafstörungenDepression

Gastrointestinale Erkrankungen

Posttraumatische Belastungsstörung

Anorexia Nervosa

Chronisches Müdigkeitssyndrom

Burnout

Fibromyalgie

Rheumathoide Arthritis

Atopische Dermatitis

Kardiovaskuläre Erkrankungen

Metabolisches Syndrom

Einschub: Gesundheitsstörungen mit Stress-Einschub: Gesundheitsstörungen mit Stress-BezugBezug

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FragestellungFragestellung::

Kann man beim Menschen in Kann man beim Menschen in mononuklearen Zellen aus peripherem mononuklearen Zellen aus peripherem Blut ein „Expressions Muster“ von Genen Blut ein „Expressions Muster“ von Genen finden, welches spezifisch für die finden, welches spezifisch für die Entwicklung oder Aufrecherhaltung von Entwicklung oder Aufrecherhaltung von PTSD ist?PTSD ist?

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StichprobeStichprobe• Überlebende von Unfällen (45-130 Min. nach Überlebende von Unfällen (45-130 Min. nach

dem Ereignis)dem Ereignis)• 18-65 Jahre18-65 Jahre• Gruppe PTSD: nur die Personen, die in der Gruppe PTSD: nur die Personen, die in der

Notaufnahme, nach einem Monat und/oder nach Notaufnahme, nach einem Monat und/oder nach vier Monaten bei den Nachfolgeuntersuchungen vier Monaten bei den Nachfolgeuntersuchungen eine PTSD (nach DSMIV) aufwiesen eine PTSD (nach DSMIV) aufwiesen N=24 N=24

• Kontrollgruppe: Überlebende, die zu keinem Kontrollgruppe: Überlebende, die zu keinem Zeitpunkt eine diagnostizierbare PTSD Zeitpunkt eine diagnostizierbare PTSD aufwiesenaufwiesen

• Methoden:Methoden:– diagnostisches Interview zu PTSD in der diagnostisches Interview zu PTSD in der

Notaufnahme und nach 1 Woche, 1 Monat, 4 Notaufnahme und nach 1 Woche, 1 Monat, 4 MonatenMonaten

– Blutabnahme zu jedem dieser ZeitpunkteBlutabnahme zu jedem dieser Zeitpunkte

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Gen Expressionsprofile:Gen Expressionsprofile:

4512 aktive Gene

bei diesen Genen sieht man Unterschiede in der Expressionsrate zwischen Gesunden und Kontrollen (Richtung der Veränderung ist an der Farbe zu erkennen)

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Zusammenfassung der ErgebnisseZusammenfassung der Ergebnisse

• Es gibt eine Reihe von Genen, die nach dem Erleben Es gibt eine Reihe von Genen, die nach dem Erleben eines Unfalls in ihrer Transkriptionsrate verändert eines Unfalls in ihrer Transkriptionsrate verändert werden.werden.

• Es gibt unterschiedliche Expressionsmuster, durch die Es gibt unterschiedliche Expressionsmuster, durch die man zwischen Menschen, die in Folge eines Unfalls eine man zwischen Menschen, die in Folge eines Unfalls eine PTSD entwickeln und denen, die trotz Unfall keine PTSD PTSD entwickeln und denen, die trotz Unfall keine PTSD entwickeln, unterscheiden kann.entwickeln, unterscheiden kann.

• Außerdem gibt es Gene, die in ihrer Expressionsrate mit Außerdem gibt es Gene, die in ihrer Expressionsrate mit der Schwere der PTSD korrelierender Schwere der PTSD korrelieren

• Viele dieser Gene haben eine Bedeutung für die Viele dieser Gene haben eine Bedeutung für die Regulation endokriner und neuronaler ProzesseRegulation endokriner und neuronaler Prozesse