und
aus der Abteilung Psychiatrie und Psychotherapie im Kindes- und Jugendalter der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
In-vivo-mikrodialytische Untersuchungen zur Wirkung von Sekretin auf die Neurotransmission im Gehirn der Ratte
Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.) durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Cornelia Rombach aus Freiburg im Breisgau
Hannover 2006
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Stephan Steinlechner Institut für Zoologie der
Tierärztlichen Hochschule Hannover
PD Dr. Hans-Willi Clement
Abteilung Psychiatrie und Psychotherapie im Kindes- und Jugendalter der
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
1. Gutachter: Univ.-Prof. Stephan Steinlechner 2. Gutachter: Jun.-Prof. Stefan Könemann
Tag der mündlichen Prüfung: 01.06.2006
Meinen Eltern in Dankbarkeit gewidmet
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung...1
1.1 Sekretin...1
1.1.1 Entdeckung...1
1.1.2 Struktur...2
1.1.3 Isolierung des Sekretins bei verschiedenen Tierarten...3
1.1.4 Wirkung von Sekretin außerhalb des ZNS...4
1.1.5 Sekretinrezeptor...5
1.1.6 Signaltransduktion von Sekretin...7
1.1.7 Sekretin im ZNS...8
1.2 Autismus...10
1.2.1 Geschichtlicher Hintergrund...10
1.2.2 Klinisches Bild...11
1.2.3 Therapie und Prognose...12
1.2.4 Epidemiologie und Komorbidität...14
1.3 Sekretin und Autismus...15
1.4 Veränderungen in Hippocampus und Amygdala beim Autimus...17
1.5 Der Hippocampus...18
1.5.1 Anatomie...18
1.5.2 Funktion...20
1.6 Die Amygdala...21
1.6.1 Anatomie...21
1.6.2 Funktion...21
1.7 Glutamat...23
1.7.1 Glutamat und Autismus...25
1.8 GABA...25
1.8.1 GABA und Autismus...27
1.9 Tiermodell...28
1.10 Applikationsweise des Sekretins...29
1.11 Fragestellung...30
2. Material...32
2.1 Besteck und Geräte...32
2.2 Verbrauchsmaterialien...34
2.3 Chemikalien...36
2.4 Lösungen...37
2.5 Software...38
2.6 Versuchstiere...39
3. Methoden...40
3.1 Mikrodialyse...40
3.2 Die stereotaktische Operation...43
3.2.1 Das Stereotaxiegestell...43
3.2.2 Vorbereitung der Sonde...45
3.2.3 Durchführung der Operation...45
3.2.4 Einlegen der Venenverweilkanüle...48
3.3 Die Probennahme...48
3.4 Die Histologie...49
3.5 Die Sekretinapplikation...54
3.6 Tandem-Massenspektrometrie...54
3.6.1 Durchführung der Messungen...58
3.7 HPLC-Messung von Aspartat, Glutamat und GABA...59
3.8 Statistik...59
4. Ergebnisse...61
4.1 Untersuchung mittels Tandem MS...61
4.1.1 Mittelwerte der extrazellulären Konzentration der Aminosäuren...61
4.1.2 Zu den gemessenen Aminosäuren...63
4.1.3 Phenylalanin in der Amygdala...64
4.1.4 Phenylalanin im Hippocampus...66
4.1.5 Alanin in der Amygdala...68
4.1.6 Alanin im Hippocampus...70
4.1.7 Methionin in der Amygdala...72
4.1.8 Methionin im Hippocampus...74
4.1.9 Glycin in der Amygdala...76
4.1.10 Glycin im Hippocampus...78
4.1.11 Ornithin in der Amygdala...80
4.1.12 Ornithin im Hippocampus...82
4.1.13 Arginin in der Amygdala...84
4.1.14 Arginin im Hippocampus...86
4.1.15 Tyrosin in der Amygdala...88
4.1.16 Tyrosin im Hippocampus...90
4.1.17 Valin in der Amygdala...92
4.1.18 Valin im Hippocampus...94
4.1.19 Leucin und Isoleucin in der Amygdala...96
4.1.20 Leucin und Isoleucin im Hippocampus...98
4.1.21 Citrullin in der Amygdala...100
4.1.22 Citrullin im Hippocampus...102
4.1.23 Aspartat, Glutamat/Glutamin und GABA in der Amygdala...105
4.1.24 Aspartat in der Amygdala...106
4.1.25 Glutamat in der Amygdala...108
4.1.26 GABA in der Amygdala...110
4.2 Vergleichende Untersuchung im Hippocampus mittels Tandem-MS und HPLC...112
4.2.1 Aspartat...112
4.2.2 Glutamat/Glutamin...112
4.2.3 GABA...113
4.2.4 Aspartat im Hippocampus bei jungen Ratten...114
4.2.5 Aspartat im Hippocampus bei adulten Ratten...116
4.2.6 Glutamat im Hippocampus bei jungen Ratten...118
4.2.7 Glutamat im Hippocampus bei adulten Ratten...120
4.2.8 GABA im Hippocampus bei jungen Ratten...122
4.2.9 GABA im Hippocampus bei adulten Ratten...124
4.3 Vergleich der Ergebnisse mit Vorversuchen...126
5. Diskussion...128
6. Zusammenfassung...144
7. Summary...146
8. Literatur...148
9. Anhang...176
9.1 Danksagung...176
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1.1: Struktur des Sekretinrezeptors ...7
Abbildung 1.2: Hippocampusformation schematisch dargestellt ...20
Abbildung 1.3: Lage von Hippocampus und Amygdala im menschlichen Gehirn ...22
Abbildung 1.4: Syntheseweg von Glutamat und GABA ...27
Abbildung 2.1: OP-Besteck ...32
Abbildung 2.2: CMA/120 System für frei bewegliche Versuchstiere ...33
Abbildung 2.3: Führungskanüle und Mikrodialysesonde...34
Abbildung 3.1: Prinzip der Mikrodialyse ...41
Abbildung 3.2: Das Stereotaxigestell ...44
Abbildung 3.3: Blick auf das OP-Feld ...47
Abbildung 3.4: Ratte in Freilaufapparatur ...47
Abbildung 3.5: Einstich der Dialysesonde in den Zentralkern der Amygdala einer adulten Ratte ...51
Abbildung 3.6: Einstich der Dialysesonde in den Zentralkern der Amygdala einer adulten Ratte ...51
Abbildung 3.7: Ausschnitt der Amygdala aus dem Atlas nach G. Paxinos & C. Watson ...51
Abbildung 3.8: Ausschnitt der Amygdala aus dem Atlas nach G. Paxinos & C. Watson ...51
Abbildung 3.9: Einstich der Dialysesonde in den Zentralkern der Amygdala einer juvenilen Ratte ...51
Abbildung 3.10: Einstich der Dialysesonde in den Zentralkern der Amygdala einer juvenilen Ratte ...51
Abbildung 3.11: Einstich der Dialysesonde in den Hippocampus einer adulten Ratte ...52
Abbildung 3.12: Einstich der Dialysesonde in den Hippocampus einer adulten Ratte ...52
Abbildung 3.13: Ausschnitt des Hippocampus aus dem Atlas nach G. Paxinos & C. Watson ...52
Abbildung 3.14: Ausschnitt des Hippocampus aus dem Atlas nach G. Paxinos & C. Watson ...52
Abbildung 3.15: Einstich der Dialysesonde in den Hippocampus einer juvenilen Ratte ...52
Abbildung 3.16: Einstich der Dialysesonde in den Hippocampus einer juvenilen Ratte ...52
Abbildung 3.17: Prinzip der Tandem-Massenspektrometrie ...56
Abbildung 3.18: Zerfall der Molekülionen in der Kollisionszelle ...57
Abbildung 4.1: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration von Phenylalanin in der Amygdala ...63
Abbildung 4.2: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration von Phenylalanin in der Amygdala ...64
Abbildung 4.3: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration von Phenylalanin im Hippocampus ...65 Abbildung 4.4: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Phenylalanin im Hippocampus ...66 Abbildung 4.5: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Alanin in der Amygdala ...67 Abbildung 4.6: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Alanin in der Amygdala ...68 Abbildung 4.7: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Alanin im Hippocampus ...69 Abbildung 4.8: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Alanin im Hippocampus ...70 Abbildung 4.9: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Methionin in der Amygdala ...71 Abbildung 4.10: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Methionin in der Amygdala ...72 Abbildung 4.11: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Methionin im Hippocampus ...73 Abbildung 4.12: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Methionin im Hippocampus ...74 Abbildung 4.13: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glycin in der Amygdala ...75 Abbildung 4.14: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glycin in der Amygdala ...76 Abbildung 4.15: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glycin im Hippocampus ...77 Abbildung 4.16: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glycin im Hippocampus ...78 Abbildung 4.17: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Ornithin in der Amygdala ...79 Abbildung 4.18: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Ornithin in der Amygdala ...80 Abbildung 4.19: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Ornithin im Hippocampus ...81 Abbildung 4.20: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von von Ornithin im Hippocampus ...82 Abbildung 4.21: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Arginin in der Amygdala ...83 Abbildung 4.22: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Arginin in der Amygdala ...84 Abbildung 4.23: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Arginin im Hippocampus ...85 Abbildung 4.24:Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Arginin im Hippocampus ...86 Abbildung 4.25: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Tyrosin in der Amygdala ...87 Abbildung 4.26: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Tyrosin in der Amygdala ...88 Abbildung 4.27: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Tyrosin im Hippocampus ...89
Abbildung 4.28: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration von Tyrosin im Hippocampus ...90 Abbildung 4.29: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Valin in der Amygdala ...91 Abbildung 4.30: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Valin in der Amygdala ...92 Abbildung 4.31: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Valin im Hippocampus ...93 Abbildung 4.32: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Valin im Hippocampus ...94 Abbildung 4.33: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Leucin und Isoleucin in der Amygdala ...95 Abbildung 4.34: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Leucin und Isoleucin in der Amygdala ...96 Abbildung 4.35: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Leucin und Isoleucin im Hippocampus ...97 Abbildung 4.36: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Leucin und Isoleucin im Hippocampus ...98 Abbildung 4.37: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Citrullin in der Amygdala ...99 Abbildung 4.38: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Citrullin in der Amygdala ...100 Abbildung 4.39: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Citrullin im Hippocampus ...101 Abbildung 4.40: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Citrullin im Hippocampus ...102 Abbildung 4.41: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat in der Amygdala ...104 Abbildung 4.42: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat in der Amygdala ...105 Abbildung 4.43: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat in der Amygdala ...106 Abbildung 4.44: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat in der Amygdala ...107 Abbildung 4.45: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA in der Amygdala ...108 Abbildung 4.46: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA in der Amygdala ...109 Abbildung 4.47: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat im Hippocampus der jungen Ratte ...112 Abbildung 4.48: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat im Hippocampus der jungen Ratte ...113 Abbildung 4.49: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat im Hippocampus der alten Ratte...114 Abbildung 4.50: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Aspartat im Hippocampus der alten Ratte...115 Abbildung 4.51: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat im Hippocampus der jungen Ratte ...116 Abbildung 4.52: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat im Hippocampus der jungen Ratte ...117 Abbildung 4.53: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat im Hippocampus der alten Ratte ...118 Abbildung 4.54: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von Glutamat im Hippocampus der alten Ratte ...119 Abbildung 4.55: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA im Hippocampus der jungen Ratte ...120 Abbildung 4.56: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA im Hippocampus der jungen Ratte ...121 Abbildung 4.57: Auswirkung von 8,7 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA im Hippocampus der alten Ratte ...122 Abbildung 4.58: Auswirkung von 43,5 µg Sekretin auf die extrazelluläre Konzentration
von GABA im Hippocampus der alten Ratte ...123 Abbildung 4.59: Vergleich zur Literatur von 8,7 µg/kg Sekretin i.p. auf die extrazelluläre
Konzentration von Glutamat und GABA im Hippocampus
adulter Ratten ...125
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1.1: Aminosäuresequenz von Sekretin bei verschiedenen Tierarten...4 Tabelle 3.1: In-vitro-Versuche zur relativen Recovery ...43 Tabelle 4.1: Extrazelluläre Konzentrationen der untersuchten Aminosäuren
im Dialysat zum Zeitpunkt t = 0...61
Abkürzungsverzeichnis
ACTH adreno corticotropes Hormon
AMPA α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolpropionic acid APUD amine and precursor uptake and decarboxylation
° C Grad Celsius
CA cornu ammonis (Ammonshorn)
cAMP cyclic adenosine monophosphate cDNA copy deoxyribonucleic acid
CO2 Kohlendioxid
CU clinical units
DMSO Dimethylsulfoxid
EKG Elektrokardiogramm
g Gramm
GABA gamma amino butyric acid (γ-Aminobuttersäure)
GAD Glutaminsäuredekarboxylase
GHRF growth hormone releasing factor GHRH growth hormone-releasing hormone GIP gastric inhibitory peptide
GLP-1 glucagon-like-peptide-1 GLP-2 glucagon-like-peptide-2
h Stunde
H2O Wasser
H2O2 Wasserstoffperoxid
HPLC high performance liquid chromatography (Hochdruckflüssigkeitschromatographie) i.c.v. intracerebroventriculär
I.E. Internationale Einheiten
i.p. intraperitoneal
i.v. intravenös
IL-1 Interleukin-1
IU international units
k.E. klinische Einheiten
kg Kilogramm
L-DOPA Levo-3,4-Dihydroxyphenylalanin
LPS Lipopolysaccharid
LTP long term potentiation (Langzeitpotenzierung)
mA Milliampère
MDP Muramyldipeptid
Min. Minute
mm Millimeter
MRI magnetic resonance imaging
mRNA messenger ribonucleic acid
MW Mittelwert
NMDA N-methyl-D-Aspartat
p Wahrscheinlichkeit
PACAP pituitary adenylate cyclase activating peptide PDD pervasive developmental disorder
PHI peptide histidine methionine PHM peptide histidine methionine
PKC Proteinkinase C
RT-PCR reverse transcriptase polymerase chain reaction
s Sekunde
SD Standardabweichung
S.E.M. standard error of the mean (Standardfehler des Mittelwertes) SSRI selective serotonin reuptake inhibitor
Tandem-MS Tandem Massenspektrometrie
µl Mikroliter
µm Mikrometer
µmol Mikromol
VIP vasoactive intestinal peptide
ZNS Zentralnervensystem
1. Einleitung
Seit im Jahre 1998 die erfolgreiche Behandlung eines autistischen Jungen mit Sekretin veröffentlicht wurde, trat das weitgehend wenig beachtete Hormon wieder in den Focus der Öffentlichkeit (BBC News, 1998). Parker Beck, einem damals dreieinhalbjährigen Jungen aus den USA wurde aufgrund chronischer Diarrhoe zur Weitung der Pankreasgänge im Rahmen einer endoskopischen Untersuchung eine Injektion mit Sekretin verabreicht.
Der Junge war normal geboren worden und entwickelte sich zunächst völlig unauffällig. Mit 15 Monaten hörte er plötzlich auf zu sprechen und entwickelte eine chronische Diarrhoe.
Nach eben der Behandlung mit Sekretin begann er wieder zu sprechen und machte weitere Fortschritte in seiner Entwicklung. Sein Wortschatz erstreckte sich nun auf über einhundert Wörter, er sprach in kurzen Sätzen und beantwortete Fragen. Seit 1997 behandeln die Eltern ihren Sohn nun täglich mit Sekretin, das sie mit Hilfe von DMSO transdermal applizieren.
Aufgrund dieser Veröffentlichung wurden eine Vielzahl von Studien durchgeführt, die einen Nachweis zur Wirksamkeit des Sekretin erbringen sollten. Bislang gibt es allerdings keinen endgültigen Beweis für die Wirksamkeit dieses Hormons.
Die Firma Repligen aus den USA hat das Patent auf die Applikation von Sekretin zur Behandlung autistischer Symptome erworben, obwohl bis heute unklar ist, ob tatsächlich irgendwelche Effekte mit dieser Substanz zu erzielen sind.
Nichts desto trotz wurde das Interesse an diesem doch seit langer Zeit bekannten Hormon wieder neu geweckt und es bedarf noch viel Forschung, um dem Geheimnis des Sekretins als Neuromodulator auf die Spur zu kommen.
1.1 Sekretin
1.1.1 Entdeckung
Im Jahre 1851 bewies der deutsche Physiologe Carl F. W. Ludwig (1816-1895), dass Nervenimpulse die Sekretion der Speicheldrüsen regulieren. Der bekannte russische Physiologe Ivan Petrovich Pavlov (1849-1936) untersuchte die Reflexmechanismen, die die Sekretion von Magensäure nach der Nahrungsaufnahme regulieren. Pavlov entwickelte die
allgemein anerkannte Theorie der nervösen Regulation der Speichel- und Verdauungsdrüsen.
Darauf basierend untersuchte der englische Arzt und Physiologe Ernest Henry Starling (1866- 1927) in Zusammenarbeit mit dem Physiologen William Maddoc Bayliss (1860-1924) in einer Reihe von Experimenten von 1902-1905 die pankreatische Sekretion bei einem Hund, bei dem die Nervenfasern des Verdauungstraktes durchtrennt waren. Sobald der säurehaltige Nahrungsbrei das Duodenum erreichte, sezernierte das Pankreas Verdauungsfermente. Dabei stellten sie außerdem fest, dass die intravenöse Injektion eines Extraktes aus duodenaler Schleimhaut und einer schwachen Säure, eine starke Freisetzung von Pankreassekret zur Folge hatte. Sie nannten die Substanz, welche über den Blutkreislauf den erregenden Effekt am Pankreas auslöste „Sekretin“.
1905 gaben Bayliss und Starling dem neuen regulatorischen Prinzip, das auf dem Blutweg transportiert wird, den Namen „Hormon“. Das aus dem Griechischen stammende Wort bezeichnet eine Substanz, die auslöst, antreibt, einleitet, reizt und stimmuliert (Henriksen und Schaffalitzky de Muckadell, 2000).
Es folgten einige Jahre des erfolglosen Forschens, da sich die Isolation des Hormons als schwierig erwies. Erst in den sechziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts wurde Sekretin mit Hilfe chromatographischer Techniken isoliert und später synthetisiert (Henriksen und Schaffalitzky de Muckadell, 2002). Letztendlich gelang es Jorpes und Mutt 1961 das Hormon aus dem porcinen Gastrointestinaltrakt zu isolieren und zu reinigen (Jorpes und Mutt, 1961).
In den folgenden Jahren wurde auch die Struktur des Sekretin im selben Institut aufgeschlüsselt. Um 1 µmol Sekretin zu erhalten, benötigte man Dünndarm von 3000 Schweinen (Mutt und Jorpes, 1971).
1.1.2 Struktur
Das porcine Sekretin, das 1961 von Jorpes und Mutt erstmals isoliert wurde, ist ein aus 27 Aminosäuren bestehendes Peptid. 14 dieser 27 Aminosäuren sind in der selben Position wie die im porcinen Glukagon (Mutt et al., 1970). Ebenso strukturell ähnlich sind außerdem Vasoaktives intestinales Peptid (vasoactive intestinal peptide, VIP), gastric inhibitory peptide (GIP) und growth hormone-releasing factor (GHRF), deren N-terminale Aminosäuren denen
des Sekretins entsprechen (Bell, 1986). Die Übereinstimmung der Aminosäuresequenz von Sekretin mit anderen Peptiden des ZNS und des Intestinaltraktes zeigte, dass es zu einer Familie sogenannter „brain-gut peptides“ gehört, zu denen neben VIP und GIP, auch pituitary adenylate cyclase activating peptide (PACAP), growth hormone-releasing hormone (GHRH), peptide histidine isoleucine (PHI) oder peptide histidine methionine (PHM), Glukagon, glucagon-like-peptide 1 (GLP-1) und, glucagon-like-peptide 2 (GLP-2) zählen. Diese Familie von Peptiden wird als Sekretin/Glukagon/VIP-Superfamilie bezeichnet (Ng et al., 2002). Die Struktur des Sekretins wurde 1967 von Bodanszky et al. bestätigt (Bodanszky et al., 1967).
Das 1998 entdeckte Hypocretin weist ebenfalls eine ähnliche Struktur, wie Sekretin und seine Analoga auf (de Lecea et al., 1998).
1.1.3 Isolierung des Sekretins bei verschiedenen Tierarten
Sekretin wurde zum ersten mal von Jorpes und Mutt aus dem porcinen Dünndarm aufgereinigt (Jorpes und Mutt, 1961). Es folgten die Isolierung und Sequenzierung beim Huhn (Nilsson et al., 1980), beim Rind (Carlquist et al., 1981), beim Menschen (Carlquist et al., 1985), beim Hund (Shinomura et al., 1987) und bei der Ratte (Gossen et al., 1989). Im Verlauf der Evolution der Säugetiere blieb Sekretin derart stabil, dass es nur Veränderungen an den Aminosäurepositionen 14, 15 und 16 gab.
Holtmann und seine Mitarbeiter erkannten, dass Sekretinrezeptoren von Ratten VIP mit ähnlicher Affinität binden wie ihren eigentlichen Liganden, das Sekretin. Jedoch ist diese Tatsache für menschliche Sekretinrezeptoren nicht charakteristisch (Holtmann et al., 1996).
Das Sekretingen des Menschen wurde auf Chromosom 11 p 15.5 lokalisiert (Whitmore et al., 2000).
Man geht davon aus, dass die PACAP/Glucagon/Sekretin-Familie bei den Säugetieren die gleichen „Vorfahren“ hat, da ein Grossteil der Gensequenzen miteinander übereinstimmt. Bei Vögeln, Reptilien und Amphibien kann man dagegen nicht von einer solchen Gemeinsamkeit sprechen, da hierfür auch zu wenige Gensequenzen bekannt sind (Sherwood et al., 2000).
Tabelle 1.1: Aminosäuresequenz von Sekretin bei verschiedenen Tierarten (nach Sherwood et al., 2000).
Farbig dargestellt sind die Aminosäuren, die von der Aminosäurensequenz des Menschen abweichen.
Aminosäuresequenz von Sekretin bei verschiedenen Tierarten
Mensch HSDGTFTSELSRLREGARLQRLLQGLV
Schwein/ Schaf/Kuh /Meerschwein HSDGTFTSELSRLRDSARLQRLLQGLV
Hund HSDGTFTSELSRLRESARLQRLLQGLV
Kaninchen HSDGTLTSELSRLRDRARLQRLLQGLV
Ratte HSDGTFTSELSRLQDSARLQRLLQGLV
Huhn HSDGLFTSEYSKMRGNAQVQKFIQNLM
1.1.4 Wirkung von Sekretin außerhalb des ZNS
Das Hormon Sekretin wird von hoch spezialisierten endokrinen Zellen, den so genannten S- Zellen des proximalen Dünndarmes produziert (Wheeler et al., 1992). S-Zellen gehören zum Amine and Precursor Uptake and Decarboxylation (APUD)-Zellsystem des Verdauungs- traktes. APUD-Zellen sind in der Lage, Peptide mit Hormoneigenschaften zu bilden, sowie biogene Amine zu produzieren und aufzunehmen und Vorstufen von biogenen Aminen zu decarboxylieren (Leonhardt, 1990). Wahrscheinlich sind APUD-Zellen neuroektodermalen Ursprungs und weisen den Charakter eines Paraneurons auf (Liebich, 1993), d.h. es sind Zellen, die Neuronen nahe stehen. Sie sezernieren auf einen Reiz hin einen Wirkstoff, der entweder als Hormon auf dem Blutweg entfernte Zielzellen erreicht oder auf benachbarte Zellen einwirkt (parakrine Wirkung).
Im weiteren wird Sekretin von insulin-produzierenden B-Zellen des sich entwickelnden Pankreas exprimiert (Weehler et al., 1992). Ferner wird das Vorkommen von Sekretin im Herzen, der Lunge, den Nieren und den Hoden (Otha et al., 1992) beschrieben.
Sekretin ist sozusagen die Antwort auf Magensäure und Fettsäuren des ankommenden Nahrungsbreis, sowie Gallensäure (Meyer et al., 1970, Wantanabe et al., 1986). Deshalb ist es
der wichtigste hormonelle Stimulant für die Freisetzung von Bikarbonat, Wasser und Elektrolyten aus dem Ductus pancreaticus (Rausch et al., 1985). Hohe Konzentrationen von Sekretin können auch zur gastrischen Freisetzung von Pepsinogen beitragen. (Ulrich et al., 1998). Der wichtigste Stimulus für die Freisetzung von Sekretin ist ein niedriger pH-Wert.
Der Schwellenwert liegt bei einem pH-Wert von 4,5. In Kombination mit dem Schleim und den Bikarbonationen die aus dem Darmepithel freigesetzt werden, bildet das Pankreassekret eine protektive alkalische Schicht, die die Duodenalschleimhaut vor Ulzerationen schützt (Allen et al., 1986). Ziel ist dabei die gastrische Säure zu neutralisieren, bevor sie den Dünndarm erreicht.
Sekretin potenziert außerdem den stimulatorischen Effekt des Cholezystokinins auf die Enzymsekretion der Azinuszellen des Pankreas (Rausch et al., 1985) und fördert das Pankreaswachstum (Dembinski und Johnson, 1980).
Weiterhin ist Sekretin auch an anderen gastrointestinalen Vorgängen beteiligt. Am Magen hemmt es die postprandiale Entleerung, sowie die Freisetzung von Magensäure (Valenzuela und Defilippi, 1981; Kleibeuker et al., 1984; You und Chey, 1987; Raybould und Holzer, 1993; Jin et al., 1994). An der Gallenblase fördert Sekretin den Gallenfluß und bewirkt eine Zunahme der Bikarbonatkonzentration im Gallensaft (McGill et al., 1994). Im Duodenum erleichtert Sekretin die Sekretion von Schleim, Bikarbonat und epidermalem Wachstumsfaktor aus den Brunner´schen Drüsen (Olsen et al., 1994).
An der Niere reguliert Sekretin die Diurese und aktiviert die Adenylatzyklase (Charlton et al., 1986).
Am Herzen stimuliert Sekretin die Kontraktion und die Akkumulation von cAMP in den Kardiomyozyten (Bell und McDermott, 1994).
1.1.5 Sekretinrezeptor
1991 gelang es erstmals die für den Sekretinrezeptor codierende cDNA zu klonieren (Ishihara et al., 1991). Bisher wurden von drei Spezies die cDNA der Sekretinrezeptoren kloniert: der Ratte, dem Menschen und dem Hasen (Dong und Miller, 2002).
Die Analyse der cDNA ergab, dass es sich beim Sekretinrezeptor um ein Protein aus 449 Aminosäuren handelt, mit einem errechneten Molekulargewicht von 48696 Dalton. Er enthält eine N-terminale Signalpeptidsequenz, 5 mutmaßliche Orte für N-Glykosylierung, 10 Cysteine, die aller Voraussicht nach in der extrazellulären Domäne liegen, 7 transmembrane Domänen und 3 intrazelluläre Orte zur Phosphorylierung durch die Proteinkinase C (PKC) (Ulrich et al., 1998). Der menschliche Sekretinrezeptor ist ein Glykoprotein, bestehend aus 440 Aminosäuren. Das N-terminale Ende schließt 6 Cysteinreste ein, die zu drei Disulfidbrücken innerhalb der Domäne beitragen, die wichtig sind für die Bindung und Rezeptoraktivierung (Dong und Miller, 2002).
Die Klonierung des Sekretin Rezeptors des menschlichen Pankreas zeigt eine Übereinstimmung von 81 % mit dem der Ratte, die Orte der N-Glykosylierung und die Cysteine blieben erhalten (Jiang und Ulrich, 1995).
Sekretinrezeptoren haben eine relativ hohe Bindungsaffinität für radioaktiv markiertes Sekretin, mit annähernd 50% spezifisch gebundenem 125 I-Sekretin, das jedoch von 1 nmol/l Sekretin oder 1 µmol/l VIP verdrängt wird (Ulrich et al., 1998).
Solche konkurrierenden Bindungsaffinitäten konnten sowohl im gesamten menschlichen Pankreas, als auch im Gehirn, Magen, Pankreas und Gallengang der Ratte, sowie im Pankreas des Meerschweinchens nachgewiesen werden (Jensen et al., 1983; Bissonnette et al., 1984;
Robberecht et al., 1988). Es ist bemerkenswert, dass es einen Unterschied in der strukturellen Spezifität des Sekretinrezeptors bei der Ratte und beim Menschen gibt. Der menschliche Rezeptor bindet Sekretin mit hoher Affinität, VIP dagegen mit niedriger Affinität. Dagegen bindet der Sekretinrezeptor der Ratte Sekretin und VIP mit ähnlich hoher Affinität, jedoch bewirkt nur die hochaffine Bindung des Sekretin eine biologische Antwort. VIP ruft am Sekretinrezeptor der Ratte nur eine biologische Antwort hervor, wenn die Bindung an einer niedrigaffinen Bindungsstelle stattfindet (Holtmann et al., 1996).
Die am umfangreichsten untersuchten und am besten verstandenen Rezeptoren aus der Familie der G-Protein gekoppelten Rezeptoren, sind aus der rhodopsin/β-adrenergen Rezeptor-Familie. Hierzu zählt auch der Sekretinrezeptor, der jedoch weniger als 12%
Sequenzhomologien aufweist. Aber er besitzt immer noch die gleiche molekulare Struktur mit sieben transmembranen Helices (Ulrich et al., 1998). Außer Sekretin und VIP zählen
ebenfalls zur Sekretinrezeptorfamilie PACAP, Glucagon, GLP-1, GLP-2, GHRF, PHM und glucose-dependent insulinotropic polypeptide.
Durch die spätere Klonierung der Rezeptoren für Calcitonin und Parathormon und ihrer offensichtlichen Ähnlichkeit mit der Sequenz des Sekretinrezeptors, wurde klar, dass diese Rezeptoren einen neuen Ast am phylogenetischen Baum der G-Protein gekoppelten Rezeptorsuperfamilie bilden (Ulrich et al., 1998).
Abbildung 1.1: Generelle strukturelle Motive der beiden Hauptfamilien G-Protein gekoppelter Rezeptoren.
(A) die Familie der β-adrenergen und Rhodopsinrezeptoren; (B) die Familie der Sekretinrezeptoren; beide weisen 7 transmembranäre Helices und eine prominente Disulfidbrücke zwischen den ersten beiden extrazellulären Schleifendomänen auf.
Beachtenswert ist der lange N-Terminus der Rezeptoren vom Typ (B), der 6 hochkonservierte Cysteinreste aufweist.
(Quelle: Ulrich et al., 1998)
1.1.6 Signaltransduktion von Sekretin
Die Wirkungsweise von Sekretin auf die Zielorgane beruht primär auf der Aktivierung der Adenylatzyklase mit Bildung von adenosin-3´-5´-zyklischem Monophosphat (cAMP) und Aktivierung von cAMP-abhängiger Proteinkinase A (McGill et al., 1994; Robberecht et al., 1976). Im Allgemeinen kann man sagen, dass die Konzentrationsabhängigkeit der
Aktivierung der Adenylatzyklase durch Sekretin und damit verbundener Peptide gut mit ihrer relativen Rezeptorbindungsaffinität übereinstimmen.
Hohe Konzentrationen von Sekretin können auch die Bildung von Inositol 1,4,5- Triphosphat (IP3) mit intrazellulärer Freisetzung von Kalzium und Aktivierung von Proteinkinase C (PKC) anregen (Trimble et al., 1987).
1.1.7 Sekretin im ZNS
Lange war die Bedeutung des Sekretins als Neuropeptid verkannt. Einen neuerlichen Aufschwung erhielt es durch den Behandlungserfolg eines autistischen Jungen (Horvath et al., 1998).
Während man früher annahm, dass die meisten Peptide entweder nur im Gehirn oder nur im Gastrointestinaltrakt lokalisiert sind, weiß man heute, dass sie in beiden Regionen eine Rolle spielen. 1979 entdeckten bereits Mutt und seine Mitarbeiter eine sekretinähnliche Bioaktivität im Gehirn von Schweinen (Mutt et al., 1979) und O´Donohue und seine Mitarbeiter fanden eine Immunoreaktivität im Gehirngewebe von Ratten und Schweinen (O´Donohue et al., 1981). Trotzdem ist die Funktion von Sekretin im Gehirn immer noch Gegenstand vieler Spekulationen, obwohl es Hinweise gibt, die darauf hindeuten, dass Sekretin im zentralen und peripheren Nevensystem aktiv ist. Bei der Ratte führten intracerebroventriculäre Injektionen von Sekretin zu physiologischen und metabolischen Veränderungen, sowie Verhaltensänderungen, einschließlich hypothalamischer Tyrosinhydroxylase-Aktivität (Babu und Vijayan, 1983), Dopamin-Metabolismus (Fuxe et al., 1979) und Defäkation (Charlton et al., 1983). Es hemmte die Prolaktinfreisetzung (Samson et al., 1984), die Respiration und die Aktivität beim Freilaufen und beim Erkunden neuer Gegenstände (Charlton et al., 1983). Am superioren Cervicalganglion (Ip et al., 1982) und bei PC-12-Phäochromozytomzellen stimuliert Sekretin die Aktivität der Tyrosinhydroxylase (Wessels-Reiker et al., 1993), ein geschwindigkeitsbestimmendes Enzym in der Synthese der Katecholamine (Roskoski et al., 1989). Fremeau et al. beschreiben die Akkumulation von cAMP, stimuliert durch Sekretin in Teilen des Gehirns und van Calker et al. beschreiben das selbe für Hirnzellkulturen (Fremeau
et al., 1986; van Calker et al., 1980). Zusammengenommen lassen diese Fakten darauf schließen, dass Sekretin im Gehirn wie ein Neuropeptid wirkt.
Um als Neuropeptid wirken zu können, muß Sekretin im Nervensystems synthetisiert werden, wo es dann als Neurotransmitter oder Neuromodulator fungieren kann. Allerdings wird sowohl die Anwesenheit (Itho et al., 1991; Kopin et al., 1991), als auch die Abwesenheit (Kopin et al., 1990, Ishihara et al., 1991) von Sekretin im Gehirn kontrovers diskutiert.
Sekretinähnliche Immunoreaktivität wurden in Hirngewebe von Ratten und Schweinen nachgewiesen (Mutt et al., 1979; O´Donohue et al., 1981). Die Identifikation dieser Zellen erwies sich allerdings als schwierig, da Sekretinantikörper mit verwandten Peptiden kreuzreagieren könnten. So wurden zum Beispiel mittels RT-PCR Sekretin-Transcripte in bestimmten Regionen wie Hypothalamus, Hirnstamm, Kortex, Thalamus, Hippocampus und Medulla oblongata gefunden (Itho et al., 1991; Kopin et al., 1991). Köves et al. fanden heraus, dass sekretin-immunoreaktive Zellen im menschlichen Hippocampus und der Amygdala, sowie in sensorischen Neuronen dritter Ordnung des auditorischen Systems der Ratte zu finden sind. Bei der Katze beobachteten sie Sekretin lediglich in den Spinalganglien (Köves et al., 2004).
Northern Blot Analysen deuten darauf hin, dass ein niedriger Spiegel von Sekretin mRNA in den meisten Hirnregionen exprimiert wird (Whitmore et al., 2000). Im Gegensatz dazu sind die Befunde hinsichtlich der Expression des Sekretinrezeptors im Gehirn divergierend. Bei 125 I-markiertem Sekretin wurden Bindungen mit einer hohen Affinität zu Membranen des Gehirns entdeckt (Fremeau et al., 1983). Nozaki und seine Mitarbeiter untersuchten mittels Autoradiographie die Rezeptorbindungsorte mit Hilfe von 125 I-Sekretin. Sie beobachteten die höchste Bindung im Nucleus tractus solitarii, gefolgt vom laterodorsalen Thalamuskern und Nucleus accumbens. Schwächere Bindungen waren unter anderem im Kortex, Putamen, Hippocampus, Amygdala und Cerebellum zu finden. Das niedrigste Bindeverhalten konnten sie im Corpus callosum feststellen. (Nozaki et al., 2002). Auf der anderen Seite konnten mittels Northern Blot Analysen Sekretinrezeptor mRNA nicht im gesamten Gehirn gefunden werden (Ishihara et al., 1991; Chow, 1995). Die Expression von Sekretin und seinem Rezeptor in verschiedenen Regionen des Gehirns der Ratte, inklusive Kortex, Hippocampus, Hypothalamus, Hirnstamm, Striatum und Thalamus wurde von Ng und seinen Mitarbeitern mittels Northern Blot Analyse überprüft. Sie fanden heraus, dass der Sekretinrezeptor in allen
überprüften Regionen exprimiert wird. Jedoch konnte Sekretin selbst in einer messbaren Konzentration nur im Hirnstamm und im Cerebellum nachgewiesen werden (Ng et al., 2002).
Die gleiche Gruppe fand heraus, dass innerhalb des cerebellaren Kortex sowohl Sekretin, als auch der Sekretinrezeptor in Purkinjezellen und Korbzellen exprimiert werden. Dabei setzen Purkinjezellen Sekretin in die somato-dentritische Region frei. Sekretin bindet an seinem Rezeptor an der präsynaptischen Membran oder an Purkinjezellen an. Dadurch aktiviert Sekretin die Adenylatzyklase und bewirkt eine Zunahme des cAMP-Spiegels in den präsynaptischen Korbzellen. Der ansteigende cAMP-Spiegel erleichtert die GABA- Freisetzung aus den Korbzellen. Sie gehen davon aus, dass Sekretin als retrograder Messenger fungieren könnte (Ng et al., 2002). Lee und seine Mitarbeiter beschreiben in einer neueren Studie, dass die Expression des Sekretinrezeptorgenes nur bei einer kleinen Zahl von Korbzellen im menschlichen Cerebellum gefunden wurden, was bedeuten könnte, dass nicht alle Korbzellen den Sekretinrezeptor exprimieren (Lee et al., 2004).
1.2 Autismus
1.2.1 Geschichtlicher Hintergrund
Schon im Jahr 1799 untersuchte und studierte der Arzt Itard einen verwilderten Jungen, der im Wald gefunden worden war. Seine Berichte lassen vermuten, dass der Junge autistische Verhaltensweisen zeigte. Mitte des 18. Jahrhunderts publizierte unter anderem Kraepelin erste Arbeiten über psychische Erkrankungen im Kindesalter. Bleuler prägte 1911 als erster den Begriff „Autismus“, abgeleitet vom griechischen „autos“ = selbst, in seiner Schizophrenie- monographie „Dementia praecox“. Seiner Ansicht nach bedeutete Autismus Schlaffheit im logischen Denken, in Verbindung mit einem Stadium des in-sich-geschlossen-seins. Es folgten weitere Studien durch De Sanctis, Potter, Lutz und Bender (siehe Walter, 2001). 1943 war es schließlich der amerikanische Kinderpsychiater Kanner, der als erster den Autismus als eigenständiges Krankheitsbild auffasste (Kanner, 1943). Unabhängig davon veröffentlichte der Wiener Pädiater Asperger seine Beobachtungen autistischer Verhaltensweisen, was zu einer Unterscheidung zwischen Kanner- und Asperger-Autisten
führte (Asperger, 1944). Erst van Krevelen verwendete den Begriff „Autismus infantum“ (van Krevelen, 1960).
1.2.2 Klinisches Bild
Das autistische Krankheitsbild wird unterschieden in frühkindlicher Autismus und Asperger- Syndrom.
Der frühkindliche Autismus wird durch drei Merkmale definiert: beeinträchtigte Sozialbeziehungen, Kommunikationsauffälligkeiten und ritualistische Phänomene. Hinzu kommen eine Reihe kognitiver Störungen.
Die beeinträchtigten Sozialbeziehungen werden vor allem darin deutlich, dass Autisten emotional nicht erreichbar sind. Sie reagieren wenig oder kaum auf Zuwendungen und suchen wenig Kontakt zu den primären Bezugspersonen. Der Blickkontakt wird zuweilen vermieden oder ist fehleingesetzt. Mit fortschreitendem Alter bilden sich diese Beziehungsauffälligkeiten teilweise zurück, jedoch bleiben soziale Störungen in Hinblick auf das Gruppenverhalten weiter bestehen.
Die Störung der Sprache ist meist durch eine spät eingesetzte Sprachentwicklung geprägt.
Schon in der Säuglingsphase fällt auf, dass autistische Kinder weniger plappern als normale Kinder. Auch die Ausprägung der Gestik und Mimik sind mangelhaft. Das Sprechverhalten zeigt sich in Echolalie, Pronominalumkehr und Neologismen.
Die ritualistischen und stereotypen Phänomene sind gekennzeichnet durch zwanghaftes Bestehen auf Gleicherhaltung der Umwelt und den alltäglichen Abläufen. Ausgedrückt wird dieses Phänomen in der frühen Kindheit durch eine Störung des Spielverhaltens, das sich in Phantasielosigkeit und mangelnde Variation des Spielens äußert. Später stellen sich motorische Stereotypien wie Händewedeln und Drehbewegungen des Körpers ein.
Die auch für das Asperger-Syndrom charakteristische Beziehungsstörung beginnt in der Regel später als die des frühkindlichen Autismus. Grundsätzlich erreicht der Schweregrad des Asperger-Syndroms nicht den des frühkindlichen Autismus. Er beginnt in der Regel erst nach 36 Monaten. Die sozialen Defizite äußern sich in Humorlosigkeit, Mangel an Einfühlungsvermögen und Distanzlosigkeit und werden oft erst im Schulalter problematisch.
Die Intelligenz ist durchschnittlich bis überdurchschnittlich. Das klinische Bild ist gekennzeichnet durch Sonderinteressen, motorische Ungeschicklichkeit und zwanghaft- pedantische Züge (Steinhausen, 2002).
1.2.3 Therapie und Prognose
Zur Therapie des Autismus gibt es mittlerweile eine Vielzahl von Möglichkeiten:
• Psychoanalytisch orientierte Therapieverfahren
• Non-direktive Therapieverfahren
• Verhaltenstherapie
• Haltetherapie
• Sensorische Therapie
• Musiktherapie
• Interaktionstherapien
• Therapien mit alternativen Kommunikationsmitteln
• Tiertherapien
• Tanztherapien
• Ernährungstherapien
• Medikamentöse Therapien
Unter den medikamentösen Therapien stehen zur Auswahl:
Serotonin-ähnliche Stoffe: Fenfluramin, Clomipramin, Fluoxetin, Fluvoxamin, Sertralin, Buspiron
Dopamin-ähnliche Stoffe: Haloperidol, Pimozid, L-DOPA, Amisulpride und Bromocriptine
Epinephrin- und Norepinephrin-ähnliche Stoffe: Desipramin, β-Blocker, Clonidin
Neuropeptid-verwandte Stoffe: Opiat-Antagonisten, Adrenocorticotropes Hormon Analogon
Stoffe mit vielfältiger Neurotransmitterfunktion: Stimulanzien, Risperidon, Clozapin, Imipramin, Tetrahydrobiopterin
Unter den serotonin-ähnlichen Stoffen zählen Clopmipramin, Fluoxetin, Fluvoxamin und Sertralin zu den Serotoninwiederaufnahmehemmern (SSRI). Sie wirken relativ gut gegen Depressionen und bei Zwängen sowie Stereotypien, Aggression und ritualistische Handlungen. Nachteile sind unter anderem Hyperaktivität, Agitation, Rastlosigkeit, Schlafstörungen und Appetitlosigkeit. Fenfluramin und Buspiron sind Serotonin-Agonisten.
Sie bewirken eine Verbesserung des Verhaltens und einen Rückgang der Angstzustände, der Hyperaktivität und der Stereotypien. Allerdings können als Nebenwirkung kardiovaskuläre Störungen auftreten. Allen gemeinsam ist, dass über ihre Wirkungen und Nebenwirkungen bei autistischen Patienten relativ wenige Studien vorliegen.
In der Gruppe der dopamin-ähnlichen Stoffe ist Haloperidol am besten untersucht. Es verbessert die Koordination, reduziert Stereotypien, Hyperaktivität und Temperamentsausbrüche und bewirkt eine Zunahme der sozialen Beziehungen. Die Wirkung ist bei älteren Kindern besser als bei jungen. Nebenwirkungen sind hauptsächlich Dyskinesien, die aber reversibel sind. Die Wirkungsweise von Pimozid entspricht der des Haloperidols, allerdings treten Nebenwirkungen in Form von Sedation, parkinsonähnlichen Symptomen und Veränderungen der T-Welle im EKG auf. Deshalb sollte vor der Therapie unbedingt eine labordiagnostische Untersuchung inklusive EKG gemacht werden (Tsai, 1999). Die wenigen für L-Dopa vorliegenden Studien haben alle ein negatives Ergebnis (Ritvo et al., 1971; Campbell et al., 1976). Amisulpride und Bromocriptine haben ein ähnliches Wirkungsspektrum wie Haloperidol und Pimozide.
Die Gruppe der Adrenalin- und Noradrenalin-ähnlichen Stoffe zeigen vereinzelt positive Effekte im Verhalten bei autistischen Personen, größere Studien liegen allerdings nicht vor (Tsai, 1999).
Bei den neuropeptid-verwandten Stoffen bewirkt Naltrexon als Opiat-Antagonist einen positiven Effekt auf Hyperaktivität, Aufmerksamkeit, Sozialverhalten und Selbstverletzung.
Es treten kaum Nebenwirkungen auf (Herman et al., 1987; Herman et al., 1991; Kolmen et al., 1995; Leboyer et al., 1992; Borghese et al., 1991). Allerdings konnten andere Autoren keine Effekte nachweisen (Gillberg, 1995; Zingarelli et al., 1992). Buitelaar und seine
Mitarbeiter beschreiben für das ACTH-Analogon Org 2766 einen aktivierenden und stimulierenden Effekt auf das Verhalten, sowie eine Abnahme der Stereotypien. Außerdem konnten sie keine Nebenwirkungen beobachten (Buitelaar et al., 1990).
Innerhalb der Stoffe mit vielfältiger Neurotransmitterfunktion, zu denen auch Sekretin zählt, bewirkt Risperidon eine Reduzierung der Hyperaktivität, der Aggression, sowie der Frequenz und Intensität der Temperamentsausbrüche. Allerdings sind schleichende Dyskinesien zu erwarten. Zuddas und seine Mitarbeiter untersuchten in einer open-label Studie an Kindern mit Autismus, Hyperaktivität, Zappeln und Aggressivität die Wirkung von Clozapin. Sie konnten dabei positive Effekte beobachten. Als Nebenwirkungen traten Sedation und Bettnässen auf (Zuddas et al., 1996). An anderer Stelle wird auch die Agranulozytose als risikoreiche Nebenwirkung beschrieben. Auch hier sollten unbedingt labordiagnostische Untersuchungen im Verlauf der Therapie stattfinden. Für die anderen Substanzen dieser Gruppe wie die Stimulanzien, Imipramin und Tetrahydrobiopterin fehlen kontrollierte Studien weitgehend, jedoch können auch hier vereinzelt positive Aspekte hinsichtlich Verhalten und Sprache beobachtet werden (Tsai, 1999).
1.2.4 Epidemiologie und Komorbidität
Epidemiologische Studien begannen bereits Mitte der sechziger Jahre des vorigen Jahrhunderts in England (Lotter, 1966; 1967) und wurden seither in vielen Ländern fortgeführt. In 23 durchgeführten Studien in den Jahren 1966-1998 betrug die mittlere Prävalenzrate von autistischen Erkrankungen 5,5/10000 Einwohner. Die nach 1989 durchgeführten Studien gaben sogar eine Prävalenzrate von 7,2/10000 Einwohner an (Fombonne, 1999). Gillberg geht sogar von weitaus höheren Zahlen aus (Gillberg, 1997).
Allerdings unterscheidet er nicht zwischen Autismus und anderen pervasiven Entwicklungsstörungen. Trotzdem ist unklar, ob nicht ein wirklicher Anstieg der Prävalenzrate zu verzeichen ist (Bryson und Smith, 1998; Gillberg, 1999; Wing und Potter, 2002). Eine groß angelegte Studie aus Kalifornien ergab bei 4,5 Millionen Geburten zwischen 1987 und 1994 eine autistische Erkrankung bei ca. 5000 Kindern, was einer Prävalenzrate von
11/10000 Geburten entspricht. Dabei gab es keine Unterschiede hinsichtlich Alter der Mutter, Rasse, Erziehung, Geschlecht des Kindes oder Mehrlingsgeburten (Croen et al., 2002).
Bei der Geschlechterverteilung sind Jungen viermal häufiger betroffen als Mädchen.
Als Ursachen für die Entwicklung des frühkindlichen Autismus gelten:
• genetische Prädispositionen
• Schädigungen und Funktionsstörungen des zentralen Nervensystems
• biochemische Faktoren
• Störung kognitiver Prozesse und der Sprachentwicklung
• Störung der emotionalen Entwicklung
• Wechselwirkung dieser Faktoren untereinander
Für die Entwicklung des Asperger Syndroms werden neben genetischen Faktoren, zerebralen Schädigungen und Funktionsstörungen auch neuropsychiologische Defizite diskutiert (Remschmidt, 2002).
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass 75% der Autisten geistig zurückgeblieben sind.
25-30% weisen Komorbiditäten auf. Dazu zählen vor allem eine Trübung des Sensoriums, wie Blindheit und Hörstörungen, tuberöse Sklerose, Neurofibromatose und Epilepsie.
Zusätzlich treten emotionale Störungen wie Angst und Depression, sowie Schlafstörungen auf (Bryson und Smith, 1998; Steinhausen, 2002).
1.3 Sekretin und Autismus
Einen neuerlichen Aufschwung erhielt Sekretin 1998 durch eine unkontrollierte Fallstudie von Horvath et al. Danach wurde 3 Patienten mit autistischen Symptomen Sekretin i.v.
appliziert. Grund für die Sekretingabe war eigentlich die Diagnostik gastrointestinaler Symptome. Der Effekt dieser diagnostischen Sekretingabe war sowohl eine deutlich erhöhte pankreatobilläre Antwort, als auch eine dramatische Verhaltensänderung inklusive Zunahme des Augenkontaktes, der Aufgewecktheit und expressiver sprachlicher Fähigkeiten (Horvath et al., 1998).
Der Gebrauch von Sekretin lieferte Berichte über Besserungen in der Sprache, des Verhaltens, die Antwortreaktion auf andere, und somatische Besserung von Schlaf und gastrointestinaler
Symptomatika. Da das autistische Krankheitsbild sehr vielfältig ist, überrascht es nicht, dass unterschiedliche Therapien bei verschiedenen Kindern auch unterschiedliche Resultate liefern (Lamson und Plaza, 2001).
Mittlerweile wurden zahlreiche Studien durchgeführt, die die Wirkung von Sekretin bei autistischen Störungen untersucht haben. Allerdings gab es in den meisten Fällen keine signifikante Verbesserung der Verhaltensweisen. (Coniglio, 2001; Corbett et al., 2001; Dunn- Geier et al., 2000; Molloy et al., 2002; Sandler et al., 1999; Unis et al., 2002). In einer kontrollierten Studie waren Eltern von Autisten nicht in der Lage, Verhaltensänderungen durch Sekretin von Placeboeffekten zu unterscheiden (Coplan et al., 2003). Bisher wurden außer von Horvath und seinen Kollegen nur von Kern et al. sowie von Sponheim et al. über positive Effekte nach Sekretinapplikation berichtet (Kern et al., 2002; Sponheim et al., 2002).
Kern et al. beschreiben eine Veränderung im Verhalten bei Applikation von Sekretin bei Kindern mit chronischer Diarrhoe. Keinen Effekt zeigten Kinder ohne gastrointestinale Symptome. Der scheinbare Zusammenhang zwischen Autismus und gastrointestinalen Problemen ist nicht neu. Bereits 1998 beschrieben Wakefield et al. ileal-lymphoid-noduläre Hyperplasien und unspezifische Ileitiden bei Kindern mit Pervasive Developmental Disorder (PDD) (Wakefield et al., 1998). D’Eufemia et al. (1996) beschreiben die veränderte intestinale Permeabilität bei 9 von 21 (43%) autistischen Patienten, im Gegensatz dazu keine Veränderung bei 40 Kontrollpersonen. Horvath et al. (1999) berichten über gastrointestinale Ungewöhnlichkeiten bei Kindern mit autistischen Störungen und Furlano et al. (2001) beschreiben epitheliale Veränderungen im Darm von autistischen Kindern. Ebenso konnten Lamson und Plaza über positive Effekte mit transdermal verabreichtem Sekretin berichten (Lamson und Plaza, 2001). In einer Studie beschreiben Ratliff-Schaub et al. eine transdermale Applikation von Sekretin bei 15 Kindern (Ratliff-Schaub et al., 2005). Allerdings gab es hier keine signifikanten Veränderungen in der Sprache, im Sozialverhalten, in der Sensorik und im Gesundheitsergebnis. Letzendlich wird es wohl noch einiger Studien bedürfen, um die Zusammenhänge von Sekretin und Autismus hinreichend zu klären.
1.4 Veränderungen in Hippocampus und Amygdala beim Autimus
DeLong postulierte 1992, dass kognitive und motivationale Defizite des Autismus sich auf eine hippocampale Dysfunktionen beziehen. Studien über den Autismus lassen darauf schließen, dass der Hippocampus eine umfassende Rolle in der Entwicklung von kognitiven Funktionen, Sprache und pragmatischem Verhalten spielt. DeLong geht davon aus, dass der Hippocampus eine Verarbeitungsfunktion inne hat. In der normalen Entwicklung des Kindes ist der Hippocampus notwendig für die Syntax, Semantik und Pragmatik der Sprache, der Fähigkeit zur Kreativität und Generativität in der Sprache und im Verhalten, für die Integration der motivationalen Zustände und für die Konstruktion einer komplexen, nützlichen und flexiblen Denkstruktur. Die Funktion des Hippocampus in der Entwicklung ist bislang wenig bekannt. In Tierexperimenten fand man heraus, dass Ratten mit beschädigtem Hippocampus sehr langsam darin sind, Benachteiligungen zu verstehen, hingegen speichern sie Gedächtnisaufgaben scheinbar ohne Verlust. Bei Abwesenheit des Hippocampus wird das Verhalten komplett durch externe Stimuli kontrolliert und das Lernen wird durch Gewohnheit vollzogen. Die Effekte von Hippocampusläsionen werden deutlich, wenn komplexe Aufgaben involviert sind. Der Hippocampus wird benötigt für adäquates Verhalten und Lernen, wo komplexe, konfliktreiche, viele oder motivationale Stimuli überwunden werden müssen (DeLong, 1992; Bachevalier et al., 1994).
Veränderungen an Hippocampus und Amygdala beschrieben Sparks et al. in einer durchgeführten MR-Untersuchung an autistischen Kindern. Dabei fanden sie bilaterale Vergrößerungen beider Hirnregionen, die aber proportional waren zur Zunahme des gesamten zerebralen Volumens (Sparks et al., 2002). Auch Schumann und seine Mitarbeiter konnten eine Vergrößerung von Amygdala und Hippocampus beim Autismus feststellen. Allerdings waren im Falle der Amygdala nur Kinder betroffen, beim Hippocampus waren sowohl Kinder, als auch Erwachsene betroffen (Schumann et al., 2004). Hingegen fanden Aylward und seine Mitarbeiter kleinere Volumina an Hippocampus und Amygdala (Aylward et al., 1999). Eine Verkleinerung der CA4 Neurone im Gebiet von Perikaryon und eine Verringerung der CA1 und CA4 Neurone in dentritischen Verzweigungen fanden Raymond und seine Mitarbeiter (Raymond et al., 1996). Piven et al. konnten mit Hilfe von MR-Studien dagegen keinerlei Veränderungen am Hippocampus autistischer Personen feststellen (Piven et
al., 1998). In einer autoradiographischen Studie konnte Blatt und seine Mitarbeiter eine signifikante Reduktion von GABAergen Rezeptoren im Hippocampus von Autisten zeigen (Blatt et al., 2001). Baron-Cohen und seine Mitarbeiter gehen davon aus, dass die Ursache für Autismus in der Amygdala zu suchen ist. Er stützt seine Theorie auf folgende Befunde:
Zunahme der Zelldichte in der Amygdala bei post-mortem Studien; ein Tiermodell für Autismus beinhaltet die Entfernung der Amygdala bei Rhesusaffen (Bachevalier, 1991);
Patienten mit Amygdalaläsion zeigen soziale Auffälligkeiten, die wie ein erworbener Autismus erscheinen; in Fällen mit tuberöser Sklerose, bei der der Temporallappen betroffen ist, tritt als Komorbidität Autismus auf; MRI-Studien belegen eine Abnahme des Amygdalavolumens beim Autismus und Single-Photonen-Emissions-Computer- Tomographien zeigen eine signifikante Reduktion des Blutflusses im Temporallappen bei Patienten mit autistischen Erscheinungen (Baron-Cohen et al., 2000). Carper und Courchesne beobachteten eine Hypertrophie des Lobus frontalis oder parietalis, bei gleichzeitiger Atrophie des Cerebellums bei autistischen Patienten. In der gleichen Studie beschreiben sie Ansammlungen unentwickelter Zellen in Hippocampus und Amygdala (Carper und Courchesne, 2000). Der Grund für die Abnormitäten von Amygdala und Hippocampus ist aber gegenwärtig noch unbekannt.
1.5 Der Hippocampus 1.5.1 Anatomie
Der Hippocampus, auch bezeichnet als Ammonshorn, Corpus ammonis, gehört neben dem Gyrus parahippocampalis, dem Gyrus dentatus, der Fimbria hippocampi und der Fornix zur sogenannten Hippocampusformation. Sie stellt einen Teil des limbischen Systems dar, der den Hirnstamm spangenartig umgibt. Der Hippocampus erscheint bei den Haussäugetieren an seiner Oberfläche glatt und nicht wie beim Menschen gegen die Spitze des Unterhorns pfotenartig zum Pes hippocampi verbreitert. Beim Menschen sind außerdem noch Digitationes vorhanden. Beim Pferd kann der Übergang von der Pars centralis ins Unterhorn der Seitenventrikel mit deren Dach verwachsen sein. Die S-förmige Einrollung des Hippocampus ist durch den tief einschneidenden Sulcus hippocampi entstanden. Diese
Einrollung ist bei den Haussäugetieren weniger stark vorhanden, als beim Menschen (Nickel et al., 1992).
Grundsätzlich wird der Hipocampus eingeteilt in:
• Hippocampus proper, auch Ammonshorn genannt (bestehend aus: CA1, CA2, CA3 und CA4)
• Gyrus dentatus, das Subiculum, das Präsubiculum, das Parasubiculum und der entorhinale Cortex, die zusammengefasst werden als hippocampale Formation
Sie zeichnen sich durch eine C-förmige Struktur im Gehirn aus. Die Hippocampusformation zieht von den rostrodorsal gelegenen Septumkernen des basalen Vorderhirnes über und hinter das Diencephalon nach ventrocaudal in den Temporallappen (Amaral und Witter, 1989). Eine Besonderheit der hippocampalen Formation liegt im schichtartigen Aufbau der axonalen Verbindungen. Außerdem liegen die oben genannten Regionen hintereinander, was zur Ausbildung eines Schaltkreises führt.
Die Hippocampusformation und die angrenzenden perirhinalen Areale die, z.T. auch unter Einschluss der Amygdala, als parahippocampale Region bezeichnet werden, bilden unter funktionellen Gesichtspunkten eine übergeordnete Einheit. Bereits 1911 führte Ramón y Cajal Golgi-Studien durch, die Auskunft gaben über die Projektionen der hippocampalen Formation, wie auch die Untersuchungen von Lorente de Nó (Lorente de Nó, 1933; 1934), von dem die transversale Einteilung des Ammonshorns in vier Sektoren (CA1-CA4) stammt.
Es folgten Arbeiten von Blackstad et al. (1970), Hjorth-Simonsen (1973) und Amaral und Witter (1989), die ebenfalls zum weiteren Verständnis der hippocampalen Formation mit ihrem zellulären Aufbau und ihren axonalen Verbindungen beitrugen.
Abbildung 1.2: Hippocampusformation schematisch dargestellt.
(Quelle: www.chiron.valdosta.edu)
1.5.2 Funktion
Der Hippocampus und die damit assoziierten corticalen Regionen bilden den Boden des temporalen Horns des lateralen Ventrikels. Zusammen sind diese Strukturen verantwortlich für die Gestaltung des Langzeitgedächtnisses. Schäden am Hippocampus haben gezeigt, dass die Menschen nicht mehr fähig waren, neue Gedächtnisinhalte zu speichern, jedoch waren alte Gedächtnisinhalte nicht signifikant beeinträchtigt (Kandel et al., 2000). Seine Aufgabe liegt also im Einschreiben und Abrufen von Gedächtnisinhalten, wobei eine wichtige Rolle dabei die so genannte Langzeitpotenzierung (LTP) darstellt. Hierbei werden die großen Pyramidenzellen der CA1-Region über spezifische Afferenzen und erregende Synapsen aktiviert. Man geht davon aus, dass darin der Schlüssel für einen Lernvorgang im Gehirn liegt (Dudel, 1993). Hirsh glaubte, dass der Hippocampus cognitive Aspekte des Gedächtnisses vermittelt, nicht jedoch assoziative Aspekte (Hirsh, 1975). Die Hippocampusformation ist essentiell für den Erwerb, die Einlagerung und das Zurückholen von „konfigurierten Assoziationen“ innerhalb von Ereignissen (Sutherland und Rudy, 1989). Tatsächlich weiß
man, dass bei bilateraler Amputation des Hippocampus beim erwachsenen Menschen neues Lernen auf einem anspruchsvollen Niveau nicht möglich ist (Corkin, 1984; Zola-Morgan et al., 1986). Der Hippocampus ist notwendig für die normale Entwicklung der Syntax, der Semantik und der Pragmatik der Sprache des Kindes (DeLong, 1992).
1.6 Die Amygdala 1.6.1 Anatomie
Das Corpus amygdaloidem (Mandelkernkomplex, Amygdala) stellt eine Ansammlung verschiedener Kerngebiete im vorderen Abschnitt des Temporallappens, medial des Unterhorns der Seitenventrikel dar, welche in vier Hauptgruppen angeordnet sind: In den basolateralen, den zentromedialen und den olfaktorischen Komplex, der auch die kortikalen Anteile umfasst (Sanfilippo et al, 2002). Die Amygdala unterhält weitreichende Verbindungen: über die Area entorhinalis mit der Hippocampusformation, über die Stria terminalis mit den medialen und vorderen Hypothalamuskernen sowie über das mediale Vorderhirnbündel mit der Formatio Reticularis des Mittel- und Rautenhirns, über das ventrale Striatum mit dem Frontalhirn, über den Hypothalamus via Fasciculus longitudinalis mit dem Hirnstamm, über die Stria medullaris zum Nc. habenulae und weitere Verbindungen zu mediofrontalen, temporalen Hirnanteilen. Es besteht ein intensiver intraamygdaloider Ausstausch, so dass von einem intraamygdaloidem Assoziationssystem gesprochen werden kann (Tueth, 1995).
1.6.2 Funktion
In den letzten Jahren ergaben Arbeiten vornehmlich an Ratten, dass die Amygdala in der Vermittlung von emotionalem Verhalten, besonders der Furcht verwickelt ist (Ledoux, 1995).
Die Amygdala ist die zentrale Schaltstation zwischen kortikalen Arealen, die mit Funktionen wie Lernen, Erinnern, Motivation und Emotion befasst sind, und hypothalamischen und Hirnstammzentren, die endokrine und viszerale, sowie somatomotorische Prozesse steuern
(Amaral, 2002). Sie erhält ihre Nachrichten direkt aus dem sensorischen System und projiziert sie zurück auf den Neocortex, die Basalganglien, den Hippocampus und weitere subcorticale Strukturen inklusive den Hypothalamus (Kandel et al., 2000).
Die Amygdala ist eine Schutzvorrichtung, die Gefahr erkennt und abwägt. Eine primäre Funktion der Amygdala ist es, die Gegenstände und Organismen in der Umgebung einzuschätzen, noch bevor es zu einer Interaktion mit ihnen kommt. So sind speziestypische Reaktionen durch die Amygdala koordiniert. Innerhalb der Primaten scheint die soziale Funktion der Amygdala von besonderer Bedeutung. Einige Primatenarten leben in hoch organisierten sozialen Gruppen, die durch stabile hierarchische Beziehungen unter den Individuen charakterisiert sind, die sich äußern in dynamischen Mustern sozialer Interaktion und subtilen Formen der Kommunikation. Hierbei fungiert die Amygdala als Schutzvorrichtung. Sie wird immer dann mit einbezogen, wenn eine Gefahr für das Indivuduum besteht. Deshalb scheint es nahe liegend, dass Dysfunktionen der normalen Amygdala zu sozialen Ängsten und Phobien führen (Amaral, 2002). Auch MRI-Studien belegen eine Veränderung in der Amygdala autistischer Patienten (Aylward et al., 1999).
Abbildung 1.3: Lage von Hippocampus und Amygdala im menschlichen Gehirn.
(Quelle:www.brainconnection.com)
Amygdala
Hippocampus
1.7 Glutamat
Neben Aspartat ist Glutamat der wichtigste erregende Neurotransmitter. Für die Synthese des Neurotransmitters Glutamat in Nervenendigungen ist Glutamin das wichtigste Vorläufermolekül (Bradford et al., 1978; Szerb und O'Regan, 1985). Bei seiner Bereitstellung kommt den Astrozyten eine zentrale Rolle zu (Schousboe und Hertz, 1981). Mit ihren Fortsätzen umschließen oder kontaktieren sie die Synapsen und nehmen neuronal freigesetztes Glutamat über spezifische Transporter auf (Lehre und Danbolt, 1998). Ungefähr 75% davon werden dann physiologischerweise dem Glutamin-Zyklus zugeführt und dienen somit dem Wiederaufbau von Glutamat, der Rest wird oxidativ metabolisiert, sprich in den Citratzyklus eingespeist und zur Energiegewinnung eingesetzt (Hertz et al., 1999).
Zur Terminierung der glutamatergen Neurotransmission erfolgt die Aufnahme des Transmitters sowohl in umgebendes Gliagewebe, als auch in das Zytosol des präsynaptischen Neurons. In der Nervenendigung kann Glutamat erneut vesikulär gespeichert werden, während nach Aufnahme in gliale Zellen der so genannte Glutaminzyklus durchlaufen wird.
Die nur in Glia vorkommende Glutamin-Synthetase aminiert zunächst Glutamat zu Glutamin, welches membrangängig aus der Gliazelle in die glutamaterge Nervenendigung transportiert werden kann. Dort erfolgt mitochondrial die Desaminierung von Glutamin in Glutamat durch das Enzym Glutaminase, welches nun erneut als spezifischer Neurotransmitter zur Verfügung steht (Peng et al., 1993).
Zu einem kleineren Anteil erfolgt die Neusynthese von Glutamat aus Glucose durch die Aminierung der aus dem Citratzyklus stammenden α-Ketoglutarsäure in den Mitochondrien von Astroglia und Neuronen (Peng et al., 1993).
Glutamat löst seine zentralnervösen Effekte größtenteils dadurch aus, dass es Rezeptoren ansteuert, die sich in den prä- und postsynaptischen, sowie Astrozytenmembranen befinden.
Es gibt zwei Gruppen von Glutamatrezeptoren: ionotrope und metabotope Glutamatrezeptoren.
Die ionotropen Rezeptoren werden in 3 Typen unterteilt, die jeweils nach einem selektiven Agonisten benannt wurden, N-methyl-D-aspartat (NMDA), Kainat und α-Amino-3-hydroxy- 5-methyl-4-isoxazolpropionsäure (AMPA).
Der an den NMDA-Rezeptor gekoppelte Ionenkanal ist für Ca2+, sowie für Na+ und K+ durchlässig. Er wird einerseits durch Glutamat aktiviert und ist zusätzlich vom Membranpotential abhängig. Beim Ruhepotential blockiert Mg2+ den Rezeptorkanal. Dieser kann nur unter Depolarisation freigegeben werden, wie sie beispielsweise infolge der Aktivierung von nicht-NMDA-Rezeptoren durch Glutamat auftritt (Kandel, 1996). Dadurch hat der NMDA-Rezeptor eine Funktion als so genannter Koinzidenzdetektor inne, er verrechnet den Membranaktivierungszustand und die Glutamatkonzentration, ein einfacher Mechanismus, dem aber eine wichtige Rolle in der Informationsverarbeitung des ZNS zukommen soll (Freitas da Rocha et al., 2001).
AMPA-Rezeptoren setzen sich als Heteromer aus den vier Untereinheiten GluR1-4 zusammen. Sie sind im wesentlichen für die schnelle erregende synaptische Transmission im ZNS verantwortlich. Es handelt sich um einen Ionenkanal mit Leitfähigkeiten für Na+, K+ und Ca2+.
AMPA-, wie auch NMDA-Rezeptoren befinden sich vorwiegend in der postsynaptischen Membran (Meldrum, 2000).
Kainat-Rezeptoren werden aus den Untereinheiten GluR5-7 und KA1-2 aufgebaut und wurden früher zusammen mit AMPA-Rezeptoren als non-NMDA-Rezeptoren klassifiziert.
Neben ihrem Einfluss auf das postsynaptisch gelegene Neuron modulieren sie die präsynaptische Transmitterfreisetzung (Lerma, 2001).
Bisher konnten insgesamt acht Subtypen (mGluR1-8) des metabotropen Glutamatrezeptors identifiziert werden, welche entsprechend der Übereinstimmung ihrer Aminosäuresequenz in drei Gruppen (I-III) eingeteilt werden (Anwyl, 1999). Metabotrope Glutamatrezeptoren sind verknüpft mit verschiedenen second-messenger-Kaskaden, wobei prinzipell G-Protein- gekoppelt das Enzym Phospholipase C aktiviert, bzw. eine Adenylatcyclase negativ moduliert wird. Die Aktivierung eines metabotropen Glutamatrezeptors führt letztlich zu einer verminderten Leitfähigkeit für K+-Ionen, so dass hieraus eine verstärkte Erregbarkeit des Neurons resultiert.
