Dettling, Michael: DIE KLINISCHE RELEVANZ VON STATE-, TRAIT- UND RESIDUALMARKERN FÜR DIE BIOLOGISCHE PSYCHIATRIE AM BEISPIEL NEUROENDOKRINER UND PHARMAKOGENETISCHER BEFUNDE

7

Kapitel 1. DEFINITION UND EINORDNUNG DES EIGENEN ARBEITSGEBIETES IN DEN STAND DER FORSCHUNG

1.1 Allgemeine Einleitung

In der psychiatrischen Forschung vollzog sich Mitte des 20. Jahrhunderts ein fundamentaler Wandel von bis dato vorherrschenden psychosozialen Erklärungsmodellen hin zu biologischen Aspekten psychiatrischer Erkrankungen. Neben den zeitgleich veröffentlichten Befunden der klinischen Pharmakologie bzw. Psychopharmakologie über die Wirkweise von Neuroleptika und Antidepressiva, war für diesen Wandel die Suche nach biologischen Markern und Risikofaktoren für Erkrankungen wie schizophrene Psychosen, Depressionen und Alkoholabhängigkeit maßgeblich, die aktuell auf einem vorläufigen Publikationshöhepunkt angekommen ist.

Die heutige Markerforschung basiert letztendlich auf Konzepten der frühen 50er und 60er Jahre Jahre, als (genetische) Begriffe wie “relatives Risiko“ in die Epidemiologie von Erkrankungen aufgenommen (Cornfield, 1951; Levin 1953) und erste genetische Marker für unterschiedliche Krankheitszustände in verschiedenen Disziplinen der Humanmedizin beschrieben wurden (Renwick, 1961).

Diese Konzepte wurden mit einer gewissen Zeitverzögerung auch in die Psychiatrie integriert und zählen heute zu den traditionellen Forschungskonzepten psychiatrischer Forschung. Die wohl wichtigste Konsequenz der Markerforschung bei psychiatrischen Erkrankungen war die Tatsache, daß damit das wissenschaftliche Denken innerhalb der Psychiatrie näher an die bereits vorhandenen Standards anderer Disziplinen herangeführt wurde. Dies beinhaltete eine Annäherung sowohl an die Grundlagenforschung als auch an Disziplinen wie moderne Pathologie und medizinische Genetik.

In den letzten Jahren zeigte sich jedoch, daß diese vermeintlich attraktiven Konzepte eine gewisse Überbeanspruchung erfahren haben. Es wurden bzw. werden mitunter wahllos unterschiedliche biologische Befunde mit psychiatrischen Erkrankungen assoziiert, ohne daß die Qualität der Marker und damit deren potentielle klinische Relevanz deutlich würde.

Dieser drohende wissenschaftliche Reputationsverlust der Markerforschung scheint nur durch eine genaue Definition der unterschiedlichen Markerqualitäten (z.B. in State-, Trait- und Residualmarker) und damit eine realitätsnähere Bewertung der entsprechenden Befunde aufzuhalten zu sein. Für eine solchermaßen wissenschaftlich fundierte Markerdefinition bieten


8

sowohl die Neuroendokrinologie für die Etablierung von State- und Residualmarkern als auch die Pharmakogenetik für die Bestimmung von Trait-Markern durch ihre etablierten Testverfahren gute Voraussetzungen.

1.2 Biologische Psychiatrie

Es ist zum größten Teil ein Verdienst der Markerforschung und der klinischen Pharmakologie bzw. der Psychopharmakologie die Psychiatrie den biologischen Wissenschaften angenähert zu haben. Hierbei steht die Psychopharmakologie bei Betrachten des historischen Ablaufes zeitlich und inhaltlich an erster Stelle, gründen sich doch auf deren Beobachtungen viele der heute noch gültigen, grundlegenden Hypothesen der biologischen Psychiatrie.

Hierbei spielte die Entdeckung der Neuroleptika eine entscheidende Rolle. Bereits unmittelbar nach dem 2. Weltkrieg wurden in Frankreich im Rahmen umfangreicher Forschungsarbeiten über anthistaminisch wirksame Substanzen auch die schon länger bekannten Phenothiazine untersucht. Diese waren aber generell zu toxisch, um klinisch angewandt werden zu können. Durch systematische Strukturabwandlungen entstanden in den folgenden Jahren jedoch mehrere Phenothiazinderivate, darunter auch das Chlorpromazin, die ein wesentlich günstigeres Nebenwirkungsprofil aufwiesen. 1951 wurde dann das erste Derivat, das Chlorpromazin von Laborit in die Klinik eingeführt (Laborit et al., 1951). Aufgrund ihrer klinischen Beobachtungen konnten Delay und Deniker 1952 belegen, daß durch die alleinige Verabreichung von Chlorpromazin manische und schizophrene Psychosen nachhaltig zu beeinflußen waren (Delay et al., 1952). Ähnliche Wirkungen wurden ein Jahr später auch dem Rauwolfia-Alkaloid Reserpin zugeschrieben, so daß diese Substanz 1954 ebenfalls als Antipsychotikum empfohlen wurde (Kline et al., 1954). Während diese Substanzen heutzutage keine Rolle mehr spielen, gelten die Butyrophenone mit ihrem Hauptvertreter Haloperidol, die 1958 entdeckt wurden, noch heute als potente antipsychotisch wirksame Arzneimittel und werden klinisch sehr häufig eingesetzt (Janssen et al., 1961).

Nahezu zeitgleich entdeckte der Schweizer Psychiater Kuhn die therapeutische Wirksamkeit des Imipramins bei depressiven Patienten und stellte bei depressiven Patienten unter Imipraminmedikation eine reduzierte depressive Gehemmtheit und eine aufgehellte Stimmung fest (Kuhn et al., 1957). Die amerikanischen Psychiater Loomer, Saunders und Kline vollzogen die gleiche Beobachtung bei der Anwendung von Iproniazid, einem Monoaminooxidasehemmer, der bei der Entwicklung neuer Tuberkulostatika entdeckt wurde (Saunders et al., 1957). So wurden durch einen glücklichen Umstand nahezu zeitgleich zwei unterschiedliche


9

Wirkungsprinzipien für die medikamentöse antidepressive Therapie nachgewiesen.

In den darauffolgenden Jahren vollzog die Psychopharmakologie eine rasante Entwicklung und wurde nicht nur als Pharmakologie im engeren Sinne, sondern auch als experimentelle Pharmakologie betrieben. Man erhoffte sich von ihr eine gezielte psychiatrische Ätiologieforschung. Dies führte bei zeitgleicher Entwicklung leistungsfähiger biochemischer Methoden und vielversprechenden Tiermodellen zur Formulierung von für die Psychiatrie wichtigen Ätiologiehypothesen, die durch pharmakologische Wirkmechanismen erklärt wurden. Entsprechend formulierten Schildkraut 1965 die Katecholamin-, Coppen 1967 die Serotonin- und Janowski 1972 die Acetylcholinhypothese der Depression als deren ätiologisches Erklärungsmodell (Schildkraut et al., 1965; Janowski et al., 1972; Meltzer et al., 1987). All diese Modelle gingen von Transmitterveränderungen an den jeweiligen Synapsen während einer Depression aus. Trotz der nach wie vor gültigen und gut belegten Tatsache, daß es im Rahmen einer Depression Mangelzustände bestimmter zentraler Neurotransmitter an den Synapsen und im ungekehrten Sinne einen dopaminergen Überschuß bei der Schizophrenie (Snyder et al., 1972) gibt, geht man heute davon aus, daß die damaligen monokausalen Neurotransmittererklärungen der Komplexität hirnphysiologischer Regelkreise bzw. durch Erkrankung veränderter Regelkreise nicht gerecht werden und allenfalls noch heuristischen Wert haben.

1.3 Markerdiskussion in der Psychiatrie

Das in Beziehungsetzen von biologischen Korrelaten zu psychopathologischen Auffälligkeiten wird bei historischer Betrachtung in der deutschprachigen Psychiatrie bereits seit Kraepelin durchgeführt, so daß eigentlich bereits seit dieser Zeit von Markerforschung oder für die damalige Zeit zutreffender von Indikatoren-Forschung gesprochen werden kann.

In den 50er Jahren wurde der Begriff Marker exklusiv auf die genetischen Marker begrenzt. Er erfuhr im Laufe der Jahre jedoch eine begriffliche Erweiterung, um der Vielzahl von Befunden bei psychiatrischen Erkrankungen eine begriffliche Definition zuzuschreiben. Dies führte in der Psychiatrie im folgenden dazu, daß nahezu jede beobachtbare bzw. meßbare biologische Veränderung als Trait-, State- oder Residualmarker bezeichnet wurde.

Diese begriffliche Erweiterung des ursprünglich rein genetisch definierten Markerbegriffes ist eigentlich unscharf, da bei der Beschreibung z.B. veränderter Serumkonzentrationen oder Proteinstrukturen als potentielle Marker zunächst in der Regel nicht bekannt ist, ob die gemessene Veränderung genetisch determiniert ist, ob sie überhaupt eine Rolle für die


10

Pathogenese der Erkrankung spielt (Buchsbaum et al., 1983) oder ob sie lediglich einen Marker für eine Disposition darstellt (Schuckit et al., 1987). Trotzdem hat sich die Verwendung der erweiterten Markerdefinition in der Psychiatrieforschung durchgesetzt und wird generell beschrieben als meß- und quantifizierbarer biologischer Indikator einer psychiatrischen Erkrankung (Usdin et al., 1982).

Unter State-Markern versteht man zustands- bzw. zeitabhängige Variablen, die nur während aber nicht vor und/oder nach der Krankheitsepisode nachweisbar sind; Trait-Marker sind hingegen lebenslang beobachtbare Merkmale, die hinsichtlich ihrer Ausprägung variieren können. Als Residualmarker sind diejenigen Befunde zu definieren, die sich im Laufe einer chronischen bzw. oftmals auftretenden Erkrankung ausbilden können, nicht-reversibel sind und somit persistieren. Residualmarker sind also als eine Art “biologische Narbe“ aufgrund häufiger Krankheitsepisoden zu verstehen.

Es gibt theoretisch mindestens drei bedeutsame Argumente für die psychiatrische Markerforschung, die alle potentiell zu einem Informationsgewinn führen: erstens, die Identifizierung von State- und Trait-Markern ist ein wichtiger Schritt hin zum Verstehen der Ätiologie und Art der Vererbung einer psychiatrischen Erkrankung. Zweitens, verschiedene biologische Indikatoren, seien es metabolische Produkte, Befunde neuroendokriner Stimulationsteste oder akute neurophysiologische Reaktionen, sind möglicherweise klinisch relevant und nützlich für die Forschung. Dieser Nutzen reicht von der Möglichkeit, das Fortschreiten einer psychiatrischen Erkrankung zu beschreiben bis hin zu einer Diagnosenvalidierung und der Entwicklung rationaler Therapieleitlinien. Und drittens, das Erkennen von Risikofaktoren, die eine Vulnerabiliät für eine Erkrankung voraussagen, stellt möglicherweise einen Fortschritt für Präventionsprogramme jeglicher Art dar (Gershon, 1980).

Dennoch ist die aktuelle Situation in der psychiatrischen Markerforschung wenig vielversprechend. Nur wenige Marker haben sich herauskristallisiert, die eindeutig als krankheits- bzw. stadienspezifisch angesehen werden können. Alle Bestrebungen einzelne Marker in das “Diagnostische Manual für psychiatrische Erkrankungen“ als diagnosespezifisch aufzunehmen sind bis heute gescheitert. Dies hat mindestens vier Ursachen: erstens, psychiatrische Erkrankungen sind multifaktoriell. Kein einzelner ätiologischer oder pathogenetischer Faktor ist notwendig und ausreichend ihr Auftreten zu erklären. Hierfür sind wohl insbesondere komplexe Interaktionen zwischen genetischen - und Umwelteinflüßen verantwortlich, die zudem noch durch Alter, Geschlecht und auch z.B kulturelle Zugehörigkeit


11

modifiziert werden. Zweitens, psychiatrische Klassifikationssysteme haben eine relativ geringe Reliabilität. Drittens, die statistische Power der Studiendesigns, insbesondere bei der Erforschung von Trait-Markern, ist relativ niedrig. Viertens, unser Wissen über den pathophysiologischen Hintergrund psychiatrischer Erkrankungen, über veränderte cerebrale Strukturen und Funktionen im Rahmen dieser Erkrankungen ist noch sehr unvollständig. Auch hat die biologische Psychiatrie vice versa kein Erklärungsmodell dafür, wie sich aus cerebralen organischen Veränderungen psychopathologische Symptome generieren (Rothpearl et al., 1981).

1.4 Neuroendokrinologie innerhalb der biologischen Psychiatrie

Nachdem Laignel-Lavastine bereits in den 20er Jahren erste Beobachtungen zu der Beziehung einer von ihm so beschrieben "inneren Sekretion" und dem Nervensystem beschrieben hatte, bewiesen Berta und Ernst Scharrer 1939, daß bestimmte hypothalamische Zellen sekretorische Eigenschaften aufwiesen und etablierten damit das Prinzip der Neurosekretion. Manfred Bleuler war der erste deutschsprachige Wissenschaftler, der sich umfassend der Bedeutung der Neuroendokrinologie innerhalb der Psychiatrie widmete.

Basierend auf dem Konzept, daß psychische Störungen, wie z.B. die Depression, durch veränderte hirnphysiologische Abläufe bedingt sind, begann Bleuler bereits Ende der 40er Jahre, endokrine Erkrankungen und potentiell daraus resultierende Gemütsveränderungen zu beobachten. Er beschrieb z.B. schon damals genau die Vergesellschaftung einer Hypothyreose mit psychischen Defekten (Kretinismus). Bleuler hypostasierte, daß sich “psychische und endokrine Steuerungen ergänzen und in hohem Maße vereinigen“, eine Behauptung, die er aus der Beobachtung ableitete, daß das Krankheitsgeschehen bei Psychosen häufiger mit Zeiten endokriner Umstellung (z.B. Menopause, post-partem) zusammenfällt. Bleuler erkannte, daß endokrine Erkrankungen jedweder Art im allgemeinen von Störungen der Stimmung, der Vitalgefühle und der Libido begleitet sind (Bleuler, 1948). Besondere Aufmerksamkeit erhielt in diesem Zusammenhang das Hypophysen-Zwischenhirnsystem. Nach dem Stand der damaligen Kenntnisse setzte Bleuler arbeitshypothetisch voraus, daß “die Zusammengehörigkeit der endokrinen und hirnlokalen Psychosyndrome nicht nur eine äußerlich erscheinungsbildliche, sondern auch eine biologisch bedingte“ sei. Die Frage nach der tatsächlichen Bedeutung des Endokriniums für Auslösung, Verlauf und Remission psychiatrischer Erkrankungen sah er als die wesentliche Aufgabe der von ihm so genannten “endokrinologischen Psychiatrie“.

Harris erkannte etwa zeitgleich, daß das venöse portale System, das Hypothalamus und


12

Hypophyse verbindet, an der Regulation der Hypophysenhormone beteiligt ist, und zwar mittels der Sekretion von hypothalamischen und hypophysären Hormonen (Harris et al., 1948).

Mitte der 70er Jahre wurde ein bis dato psychiatrischerseits wenig beachteter endokriner Parameter direkt in Zusammenhang mit psychischen Störungen gebracht. Es zeigte sich, daß Patienten mit Hypercortisolismus auf dem Boden einer Cushing-Erkrankung häufiger auch affektive Störungen aufwiesen (Whybrow et al., 1978). Dies bewirkte, in Kombination mit der klinischen Beobachtung, daß depressive Patienten typischerweise Symptome zeigen, die auf eine hypothalamische Fehlfunktion hindeuten, nämlich Schlafstörungen, Appetitstörungen, Libidoverlust, cirkadiane Auffälligkeiten und eine autonome Dysregulation, daß damit begonnen wurde das hypothalamisch-hypophysäre Nebennierenrinden-System (HHN-System) intensiv zu untersuchen. Heute gilt das HHN-System als bedeutendster hormoneller Regelkreis der biologischen Psychiatrie.

Die moderne Depressionsforschung etablierte in den darauffolgenden Jahren va. Fragestellungen, die sich dem kausalen Bedingungsgefüge zwischen Effekten peripherer Hormone wie Cortisol auf das Gehirn (sog. upstream-Effekte) und Effekten der endokrinen Sekretion auf das Verhalten (Psychopathologie) widmeten (sog. downstream-Effekte). Diesen Fragestellungen liegt ein impliziertes Modell der Bidirektionalität zwischen zentralem Nervensystem (ZNS) und peripherer Hormonsekretion in dem Sinne zugrunde, als daß eine veränderte periphere Hormonsekretion nicht nur zentrale Regulationsstörungen reflektiert, sondern selbst wieder in zentrale Mechanismen eingreift, was sich wiederum in beobachbarem Verhalten abbildet. Diese Bidirektionalität verläuft aber nicht nur wie beschrieben vertikal, sondern auch horizontal zwischen verschiedenen Systemen wie z.B. dem endokrinen - und dem Immunsystem (Keller et al., Strausbaugh et al., 1992).

1.5 Pharmakogenetik und biologische Psychiatrie

Die Bedeutung der Genetik einschließlich der Pharmakogenetik für die Medizin ist in den letzten beiden Jahrzehnten durch die Entwicklung neuer molekularer Techniken wie dem Restriktions-fragment-Längen-Polymorphismus (RFLP) und der Polymerasenketten-Reaktion (PCR) sowie das Erkennen einer genetischen Ätiologie bei vielen Erkrankungen deutlich gestiegen und hat auch dazu beigetragen ätiologische Pathomechanismen verschiedener Erkrankungen zu identifizieren. Ein klassisches Beispiel hierfür sind die Untersuchungen zur Primaquin-induzierten Hämolyse, die zur Entdeckung der Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase und im weiteren zur Entdeckung einer anlagebedingten Defizienz dieser Dehydrogenase führten


13

(Polednak, 1992). Basierend auf diesen Entdeckungen wurden die entscheidenden Hinweise zur Identifierung der molekularen Mechanismen auch verwandter hämolytischer Arzneimitteleffekte gefunden.

Im Bereich der Psychopharmaka haben v.a. klinische Beobachtungen schwerer toxischer Arzneimittelnebenwirkungen und Befunde, die deutlich interindividuelle Unterschiede (intra-und interethnischer Ätiologie) in den therapeutischen Effekten von Psychopharmaka beschrieben, wesentlich zu der hohen Bedeutung der pharmakogenetischen Forschung für die biologische Psychiatrie beigetragen.

Ein bedeutsames Beispiel hierfür war die Identifizierung verschiedener Mutationen des Cytochrom P450 (CYP 450), ein hepatisches Enzymsystem, das wesentlich an der Metabolisierung verschiedener Psychopharmaka beteiligt ist, und damit potentiell zu unerwünschten Nebenwirkungen beitragen kann. Ein anderes Beispiel war die Identifizierung verschiedener Neurotransmitter-Rezeptorpolymorphismen, die ebenfalls eine hohe Bedeutung für das Ansprechen auf Psychopharmaka haben (Arranz et al., 1998).

Pars pro toto werden im folgenden kurz die drei wichtigsten Bereiche pharmakogenetischer Forschung, deren klinische Implikationen und Nutzen im Sinne der Definition von Trait-Markern am Beispiel des CYP 450 2D6 dargestellt. Erstens, im Bereich der Arzneimittelmetabolisierung sind die klinischen Implikationen bisher am überzeugendsten beschrieben. Da Konzentration und Funktion eines Enzyms sehr häufig von der Metabolisierung seiner Substrate abhängen, haben genetische und/oder umweltbedingte Unterschiede in der Enzymaktivtät Einfluß auf die Pharmakokinetik der Substrate des Enzyms. Diese Unterschiede in der Pharmakogenetik können den individuellen therapeutischen Effekt und die Toxizität von Psychopharmaka bei betroffenen Mutationsträgern beeinflußen (Cholerton et al., 1992, Coutts et al., 1994). Es gibt sogar zentralnervös wirkende Substanzen (z.B Codein), die pharmakologisch inaktiv und deren analgetische Wirkung erst durch eine 2D6-abhängige Umwandlung (Codein in Morphin) einsetzen kann. Personen, die 2D6-Defienzen aufweisen sind dann z.B. nicht in der Lage Codein in Morphin umzuwandeln. Diese Personen brauchen also eine zunehmend höhere Dosierung des Codein wegen fehlender analgetischer Wirkung, und nicht weil sie Codein-abhängig sind (Mortimer et al., 1990). Aus diesem Beispiel wird klar ersichtlich, daß pharmakogenetische Bestimmungen hilfreich bei der Einschätzung des therapeutischen Erfolges bzw. Mißerfolges medikamentöser Strategien sind und mitunter auch differentialdiagnostisch wertvolle Hinweise für klinische Symptome liefern können.


14

Die zweite wichtige klinische Implikation pharmakogenetischer Forschung besteht für den Bereich der Interaktionen von Psychopharmaka, was anhand der oftmals in der Psychiatrie anzutreffenden medikamentösen Kombinationstherapie besonders interessant (und klinisch relevant) ist. Sowohl die Induktion von Arzneimitteln als auch deren Hemmung führt zu Wechselwirkungen zwischen Medikamenten, wobei beim CYP 450 2D6 der Mechanismus der kompetitiven Hemmung die Hauptrolle spielt. Dieses Phänomen ist z.B. verantwortlich für erhöhte Serumspiegelkonzentrationen eines Neuroleptikums und eines tricyclischen Antidepressivums, wenn beide zusammen gegeben werden (Llerena et al., 1993). Ähnliche Interaktionen bestehen auch zwischen chemisch unterschiedlichen Antidepressiva, z.B. tricyclischen Substanzen und Serotonin-Wiederaufnahmehemmern (Ciraulo et al., 1990).

Die dritte wichtige Bereich Bereich pharmakogenetischer Forschung befaßt sich mit potentiellen Assoziationen von 2D6 Mutationsträgern und Erkrankungen wie tardive Dyskinesien (Arthur et al., 1995), malignes neuroleptisches Syndrom (Iwahashi et al., 1994), aber auch Suchterkrankungen (Sellers et al., 1995, Tucker et al., 1995). Möglicherweise können diese bisher nicht gut verstandenen Nebenwirkungen von Psychopharmaka oder die Entwicklung von Suchtverhalten bei Einnahme bestimmter suchterzeugender Substanzen zumindestens partiell aufgrund eines bestimmten CYP 450 2D6 Genotypus erklärt werden.

1.6 Methoden der neuroendokrinen und pharmakogenetischen Forschung

Die Regulation der glandotropen Hormone ist seit Anfang der 80er Jahre Gegenstand intensiver Forschung. Die Regulation hypothalamisch-hypophysärer endokriner Systeme wird bzgl. intrahypothalamischer und extrahypothalamischer (via biogener Transmittersysteme) Mechanismen untersucht. Die neuroendokrine Forschung bedient sich hierbei v.a. Stimulationstests und des sogenannten Drug Challenge-Paradigmas (Russel et al., 1987).

Die Sekretion der glandotropen Hormone der Adenohypohyse wird durch entsprechende releasing- und inhibiting-Faktoren des Hypothalamus gesteuert. Deren Steuerung erfolgt nicht nur über Rückkopplungsmechanismen durch die Hormone der peripheren endokrinen Organe, sondern auch über zentrale Transmittersysteme bzw. eine pharmakologische Beeinflußung dieser Systeme (Rolandi et al, 1984, Feldmann et al., 1985). Zu den üblichen Testverfahren im Rahmen spezifischer Stimulationstests zählt der Dexamethason/Corticotropin-Relasing Hormone-Test (DEX/CRH-Test; Holsboer et al., 1987, siehe 2.2.1.1.). Dieser Test ermöglicht es, die physiologischen bzw. pathologischen Regulationsmechanismen des wichtigsten streßregulatorischen Systems des Menschen, des hypothalamisch-hypophysären


15

Nebennierenrinden-Systems (HHN-System) zu untersuchen. Das HHN-System reguliert u.a. die basale - und streßinduzierte Cortisol-Freisetzung aus der Nebennierenrinde (Stalla et al., 1984) und wird selbst durch eine Vielzahl von Neurotransmittern, Neuromodulatoren und Hormonen beeinflußt, wobei der Hypothalamus (via corticotropin-releasing hormone (CRH)) und die Hypophyse (via Adrenocorticotropin (ACTH) die Integration zentralnervöser und endokriner “Informationen“ gewährleisten. ACTH wird in den basophilen Zellen des Hypophysenvorderlappens aus der Vorstufe Pre-Proopiomelanocortin gebildet. Die ACTH-Sekretion erfolgt pulsatil mit 5-8 Pulsen in 24 Stunden (Axelrod et al., 1984).

Das Drug Challenge-Paradigma bedient sich der Hypothese, daß eine Störung zentralnervöser Regulationen mittels der Gabe möglichst wirkungsreiner Substanzen, deren pharmakodynamische Mechanismen aus Tierpharmakologie und in-vitro-Experimenten bekannt sind darstellbar ist. Dabei werden endokrine Parameter engmaschig über die Zeit bestimmt, und es wird somit möglich indirekt Aussagen über in-vivo Funktionen von Rezeptoren und biochemische Effekte zu treffen. Prinzipiell wird diese Strategie für akute pathophysiologische (State-) und genetische (Trait)-Fragestellungen eingesetzt. Der bekannteste neuroendokrine Test im Rahmen des Drug Challenge-Paradigmas ist die dopaminerg induzierte Wachstumshormonsekretion aus dem Hypophysenvorderlappen. Das Wachstumshormon (HGH) unterliegt, ebenso wie Cortisol, einem circadianen Rhythmus mit einem Sekretionsmaximum in der Einschlafphase, die basalen Spiegel sind sehr niedrig. Direkte Dopaminagonisten, wie Apomorphin, stimulieren die HGH-Sekretion (Meltzer et al., 1978). Die Apomorphin-induzierte HGH-Sekretion wird deshalb schon seit Mitte der 70er Jahre als klinisch handhabbare Möglichkeit angesehen, zentrale dopaminerge Zustände (Rezeptorensensitivität und nachgeschaltete post-Rezeptorenprozesse) bei verschiedenen psychiatrischen Erkrankungen peripher abzubilden (Rotrosen et al, 1978, Meltzer et al., 1981).

Die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) wurde Mitte der 80er Jahre entwickelt. Diese DNA-Technik erlaubt eine Vermehrung (oder Amplifikation) von bestimmtem DNA-Sequenzen und ist derart empfindlich, daß man ein einziges, definiertes DNA-Molekül in einer Untersuchungsprobe nachweisen kann. Aus diesem Grund fand diese Technik verstärkt Eingang in die medizinische Diagnostik, da schon geringe Materialien Erbmaterial (sogar das Erbmaterial einer einzigen Zelle) für einen Nachweis, z.B von Virusnukleinsäuren oder defekten Genen, ausreichen. Durch die Entwicklung der PCR-Diagnostik wurde die Forschung somit unabhängig von der Menge der für eine Untersuchung zur Verfügung stehenden DNA. Das Prinzip der PCR-Diagnostik ist hierbei die Fähigkeit von DNA-Polymerasen mittels eines RNA-Einzelstranges als Matrize einen


16

DNA-Doppelstrang herzustellen, sofern ein kurzer doppelsträngiger Bereich als Startpunkt vorhanden ist. Im Prinzip gleicht also die PCR dem natürlichen Vermehrungsmechanismus der DNA , mit dem Unterschied, daß der Mechanismus in diesem Fall im Reagenzglas stattfindet. Voraussetzung für die Durchführung einer PCR ist, daß man Teile der zu vervielfältigenden Nukleotidsequenz kennt, und zwar die Randbereiche, welche die interessierende Sequenz einschließen. Komplementär hierzu werden im folgenden zwei Primer (Startermoleküle für die DNA-Synthese) synthetisiert. Ein PCR-Zyklus läuft folgendermaßen ab: zunächst erfolgt eine Denaturierung der doppelsträngigen DNA bei hohen Temperaturen; danach erfolgt eine Zugabe der Oligonukleotid-Primer im Überschuß, diese lagern sich an die DNA-Einzelstränge an (Hybridisierung). Zuletzt erfolgt die DNA-Synthese-Reaktion in Gegenwart von DNA-Nukleotiden. Für eine ausreichende Vermehrung von DNA-Sequenzen sind mindestens 25 Reaktionszyklen erforderlich. 30 automatisierte Reaktionszyklen benötigen etwa vier Stunden Reaktionszeit, was eine, im Gegensatz zur DNA-Klonierung, relativ schnelle Klonierungszeit darstellt (Hames et al., 1985; Ibelgaufts, 1990). Eine andere DNA-Technik derer sich die Pharmakogenetik bedient ist der Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus (RFLP). Diesem liegt folgendes Prinzip zugrunde: die Basensequenzen vieler Abschnitte der genomischen DNA weisen interindividuelle Sequenzunterschiede auf. Solche meist harmlosen Sequenzveränderungen treten häufig durch den Austausch einzelner Basen auf, können aber auch durch Umlagerungsprozesse längerer DNA-Abschnitte verursacht werden. Diese individuellen Sequenzunterschiede werden nach den Mendelschen Gesetzen weitervererbt, sofern sie in Keimzellen auftreten. Viele dieser Sequenzunterschiede betreffen die Erkennungs-und Schneidesequenzen von Restriktionsenzymen. Der Austausch von Basen in einer solchen Seuquenz kann einerseits bewirken, daß das betreffende Restriktionsenzym diese Sequenz nicht mehr erkennt und nicht mehr schneiden kann (Verschwinden von Restriktionsenzymschnittstellen), andererseits kann durch eine Sequenzänderung eine neue Schnittstelle geschaffen werden (Auftreten von Restriktionsenzymschnittstellen). Spaltet man nun genomische DNA mit einem Restriktionsenzym, so zeigt sich das Verschwinden oder Auftreten von Schnittstellen in einer Verkürzung oder Verlängerung der DNA-Fragmente und damit in für dieses Restriktionsenzym unterschiedliche DNA-Fragmentmuster. Dieses Phänomen bezeichnet man als Restriktionsfragment-Längenpolymorphismus. Liegen diese unterschiedlichen Fragmentmuster im Bereich defekter Gene vor, kann man den RFLP zur Diagnose genetisch bedingter Erkrankungen einsetzen (Polak et al., 1990; Sambrook et al., 1989).

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Wed Sep 4 11:59:09 2002