Expression of interneuron markers in the dorsolateral prefrontal cortex of the developing human and in schizofrenia. S.J. Fung, et al. Am J Psychiatrie 2010; 167: Referaat P.C. Vulink, jan 2011

Inleiding (1) Ontstaan symptomen van schizofrenie in late adolescentie impliceert een neuronaal ontwikkelingstraject voor schizofrenie. Tekorten in corticale GABA neurotransmissie zijn de meest consistente resultaten uit schizofrenie onderzoek waardoor dit mogelijk zou bijdragen aan de pathologie van de ziekte.

Inleiding (2) Postmortem studies: reductie van GAD67-mRNA (primaire enzym voor GABA synthese), in 1/3 van de GABAerge neuronen Reductie van parvalbumine en GABA transporter 1 wijzen op chandelier –cellen in cortical layer III en IV. GAD67 deficits in layer II en V, mogelijk ook andere cell-typen met veranderde functie: reductie van mRNA van somatostatin, neuropeptide Y, CCK.

Martinotti cell

Andere GABAerge cellen

Inleiding (3) Doel van de studie: 1. Het ontwikkelingspatroon van interneuronen in de DLPFC vast te stellen in gezonde controles. 2. Zijn er afwijkingen in SC, die op stoornissen in specifieke ontwikkelingsperiodes wijzen.

Inleiding (4) mRNA van 7 calciumgebonden eiwitten en neuropeptiden die tot uitdrukking gebracht worden door GABA’erge inter-neuronen zijn gemeten. Parvalbumine, cholecystokinine, calbindine, vasoactief intestinaal peptide, somatostatine, calretinine en neuropeptide Y.

Methode (1) Post mortem dorsolaterale prefrontale cortex weefsel: Ontwikkelingscohort: leeftijd 6 weken tot 49 jaar (N=68), University of Maryland. 7 groepen: neonaten (11), peuters (14), kleuters (9), schoolieren (9), tieners (8), jong volwassenen (9) en volwassenen (8).

Methode (2) Post mortem dorsolaterale prefrontale cortex weefsel: Patiënten met schizofrenie of een schizoaffectieve stoornis (N=37) en gematchte controlegroep (N=37) uit Sydney (niet duidelijk hoe de diagnose is gesteld). Gematcht op weefsel pH, post mortem interval, RNA integriteitnummer en leeftijd.

Methode (3) Quantitatief Reverse transcription-polymerase chain reaction analyse: Totaal RNA verkregen via TRIzol RNA kwaliteit onderzocht middels electroforese, RNA integrity woordt bepaald (RIN) cDNA gesynthetiseerd met een synthese kit Transcriptie levels gemeten door transcriptie-PCR Bij metingen groter dan 30% van het gemiddelde werden uitschieters verwijderd en het gemiddelde hernieuwd berekend.

Methode (4) Western Blot analyse voor eiwit concentratie in het wefsel: In duplicaat voor ontwikkelingssamples en triplicaat voor schizofrenie en vergelijking samples.

Methode (5) Statistische analyse: Samples met RNA integriteitnummers kleiner dan 5.8 werden geëxcludeerd uit de ontwikkelingsdata (N=57), uitschieters werden verwijderd. Gekeken naar schizofrenie en vergelijkingsgroep van alle casussen en na verwijdering van uitschieters. Alle data waren normaal verdeeld en homogeen.

Resultaten (1) Verandering in expressie van interneuron marker mRNA’s gedurende ontwikkeling geïdentificeerd door microarray: Toename in expressie gedurende postnatale leven

Resultaten (2) Initiële up-regulatie in vroeg postnatale jaren en verlaging/ plateau rond schoolleeftijd

Resultaten (3) Verlaging gedurende postnatale leven

Resultaten (4) Ontwikkelingsverandering geverifieerd door ‘quantative reverse transcription-polymerase chain reaction’ * p<.05 to neonates, # p<.05 to infants, + p<.05 to toddlers, ∧ p<.05 to adults

Resultaten (5) * p<.05 to neonates, # p<.05 to infants, + p<.05 to toddlers, ∧ p<.05 to adults

Resultaten (6) * p<.05 to neonates, # p<.05 to infants, + p<.05 to toddlers, ∧ p<.05 to adults

Significantieniveau moet worden gecorrigeerd voor herhadelijke metingen, p =.05/7 = 0.007

Resultaten (7) Expressie van interneuron marker mRNA’s in schizofrenie. Significante reductie van mRNA van CCK (10,1%; p=0.015) en SST (24,6%; p=0.001), maar bij corrigeerde p alleen maar SST. PV en VIP verlaagd wanneer uitschieters niet meegenomen werden in de analyse (resp. 17%, p=0.004; 21.3%, p=0.003).

Resultaten (9)

Resultaten (8) CR en NPY significant verlaagd wanneer uitschieters niet meegenomen (resp. 14,1%, p=0.021 en 21,1%, p=0.024), maar niet met gecorrigeerde p-waarde. Expressie van calbindine was met 14,9% toegenomen bij patiënten met schizofrenie (p= 0.038), maar niet met gecorrigeerde p-waarde.

Discussie (1) Markers van interneuronen laten drie leeftijdsafhankelijke expressie kurven zien, met een toename gedeeltelijk tot volwassenheid (CCK). 5 van de 7 biochemische mRNA markers voor GABA-erge interneuronen gereduceerd zijn met % in de DLPFC bij patienten met schizofrenie. Met name somatostatine mRNA, maar bij strenge signifikantie-eisen alleen 3.

Discussie (2) Op basis van hun bevindingen worden 3 hypotheses gegenereerd. 1. De meest aangedane interneuronen zijn afkomstig van dezelfde afwijkende voorloper populatie. 2. Er is een gemeenschapelijk pad van ontwikkeling, en de neuronen met een langere ontwikkeling zijn het meest gealtereerd. 3. Een gemeenschappelijke groeifactoor voor GABA- erge neuronen is in SC verstoord.

Discussie (3) Ad 1: In de embryonal tijd zijn er drie ganglionaire hoogtes (lateral, medial, caudal). PV en SST uit de mediale, VIP uit de caudale.

Ganglionic eminence

Discussie (4) Ad 2: alleen PV heeft een peak in adolescentie, SST is 50% laager dan bij geboorte.

Discussie (5) Ad 3: BDNF de zijn receptor (thyroninkinase TrKB) zijn gereduceerd in SC. BDNF stimuleert de expressie van CCK, NPY and SST. Mogelijk ook voor GAD en parvalbumin.

Conclusie UItkomsten van dit onderzoek zijn er suggestief voor dat tekorten in GABA-erge interneuronen gezamenlijk gekoppeld zijn door ‘upstream pathways’ die hun differentiatie reguleren, zoals BDNF-TrkB signalering. Er zijn in de toekomst meer onderzoeken nodig deze hypothese te ondersteunen.