Kalziumsignale und Opioide in der Temporallappenepilepsie

Die Epilepsie als eine der häufigsten neurologischen Erkrankungen betrifft ca. 80 000 Menschen alleine in Österreich. Ein Großteil dieser Patienten leidet an einer Temporallappenepilepsie (TLE), die so genannt wird, weil die Anfälle von einer umschriebenen Region im Temporallappen, meist dem Hippocampus, ihren Ausgang nehmen. Da bis zu 50% dieser Patienten nicht befriedigend auf antiepileptische Medikamente ansprechen, besteht in einer chirurgischen Entfernung des Anfallsfokus, d.h. der epileptogenen Zone, die derzeit einzige (und insgesamt recht gute) Chance auf Heilung. Langfristig wäre es jedoch das Ziel, wirksamere antiepileptische Medikamente zu entwickeln, um den Patienten den epilepsiechirurgischen Eingriff ersparen oder die Entwicklung der Temporallappenepilepsie überhaupt verhindern zu können. Voraussetzung dafür ist jedoch ein besseres Verständnis der molekularen Grundlagen der Epilepsie. Obwohl gerade in den letzten Jahren wichtige tierexperimentelle Studien die Epilepsieforschung sehr bereichert haben, ist doch die Umsetzung dieser Erkenntnisse auf das wesentlich kompliziertere menschliche Gehirn problematisch. Ziel dieses Projektes ist es daher, einige wichtige molekulare und zelluläre Mechanismen direkt im menschlichen, hippocampalen Gewebe zu untersuchen, das aus therapeutischen Gründen reseziert werden muß. Wir wollen uns in dieser Studie auf zwei eng miteinander verbundene Aspekte zellulärer Funktion konzentrieren, die in der Temporallappenepilepsie wahrscheinlich eine zentrale Stellung einnehmen, nämlich (i) die intrazelluläre Signalkaskade, die durch den Einstrom von Kalzium in die Nervenzelle ausgelöst wird und weitreichende sekundäre Veränderungen bewirkt und (ii) das endogene Opioidsystem, da endogene Opioidpeptide als Überträgersubstanz zwischen hippocampalen Nervenzellen fungieren und die Hemmschwelle für epileptische Entladungen beeinflussen. Technisch werden wir uns in dieser Studie eines hochauflösenden konfokalen Mikroskops und der Methode der Immunhistochemie bedienen, die es ermöglicht, die genaue Lokalisation von relevanten Molekülen im Gewebe und innerhalb der Zelle zu bestimmen. Nach der Bestimmung der Verteilung von Kalziumkanälen, kalziumabhängigen Enzymen, Opioidpeptiden und Opioidrezeptoren werden wir das Färbemuster einerseits mit nichtepileptischem postmortem Normalgewebe vergleichen andererseits zur Erhöhung der Aussagekraft auch mit einer Reihe von Parametern aus der klinischen Untersuchung bzw. des Krankheitsverlaufes korrelieren.

Ziel dieses FWF-Projektes war es genetische und molekulare Ursachen der Temporallappenepilepsie, dem häufigsten Epilepsiesyndrom, zu untersuchen. Es konnten zwei wichtige Ergebnisse erzielt werden. Veränderte Expression von Calciumkanal Alpha1 Untereinheiten in der Temporallappenepilepsie (Neuroscience, 2002, 111:57-69) Zusammenfassung: Calciumkanäle, für Calciumionen durchlässige Poren in der Zellmembran, sind aus mehreren Untereinheiten zusammengesetzte Moleküle, die regelnd auf fast alle Zellfunktionen eingreifen können. Bei histologischen Untersuchungen im Hippocampus von Patienten mit Temporallappenepilepsie fanden eine deutlich veränderte Expression dieser Moleküle im Vergleich zum Normalgewebe. Diese Ergebnisse lassen auf die funktionelle Bedeutung von Calciumkanälen auf die Krankheitsentwicklung der Temporallappenepilepsie schließen. Methodik: Bei therapieresistenten Formen der Temporallappenepilepsie stellt die chirurgische Entfernung des Hippocampus, der Anfallsursprungszone im Gehirn, die beste Chance auf Heilung dar. Mittels der Immunhistochemie-Technik gelang es uns spezifisch einzelne Calciumkanaluntereinheiten (Alpha1 A bis E) in diesem Gewebe darzustellen und das Expressions- oder Färbemuster mit normalen Autopsiegewebe zu vergleichen. Ergebnisse: Wir fanden eine Aufregulierung der Untereinheiten A, B, D und E im Gyrus dentatus, einer Region mit zentraler Bedeutung für die epileptisch gesteigerte Erregung. In den vom Zelltod betroffenen Hippocampus- Pyramidenzellen zeigte sich ein gegenläufiges Expressionsmuster der A und C Untereinheiten. Schließlich konnten wir erstmals am Menschen zeigen, daß nicht-neuronale Stützzellen (Astrozyten) im "Streß" der Epilepsie ebenfalls Calciumkanäle (spezifisch für die C Untereinheit) ausbilden. Diese Ergebnisse sind wichtige Bausteine im Verständnis der molekularen Veränderungen in der Temporallappenepilepsie. Assoziation eines funktionellen Polymorphismus im Prodynorphin Gen mit der Temporallappenepilepsie (Annals of Neurology, 2002, 51:260-263) Zusammenfassung: Das Prodynorphin Gen kodiert für das körpereigene morphinähnliche Molekül Dynorphin, einer wichtigen regulatorischen Botensubstanz im Gehirn mit vermutlich anti-epileptischen Eigenschaften. Etwa 10% aller Menschen weisen in beiden geerbten Kopien dieses Gens Variationen mit niedrigem Aktivitätsniveau auf. Solche Individuen neigen bei zusätzlichem familiären Risiko eher zur Entwicklung einer Temporallappenepilepsie. Außerdem verläuft die Erkrankung in diesen Patienten schwerer, mit erhöhtem Risiko für einen Status epilepticus (ein lebensbedrohlicher Dauerkrampf). Dies ist die erste Assoziation eines spezifischen Gens mit dem Auftreten oder der Schwere der Temporallappenepilepsie. Fragestellung: Das Epilepsie Kandidaten Gen Prodynorphin existiert in zwei Varianten, die entweder mit hoher oder niedriger Dynorphin Produktion einhergehen (H Allel bzw. L Allel). Um einen möglichen Einfluß dieses Gen- Polymorphismus auf die Temporallappenepilepsie aufzuzeigen, erhoben wir die Frequenzen dieser beiden Allele in Patienten mit Temporallappenepilepsie und in einer gesunden Vergleichsgruppe. Weiters beurteilten wir den Schweregrad der Epilepsie in L homozygoten Patienten (zwei L Allele) im Vergleich zu Patienten mit mindestens einem H Allel. Ergebnisse: Patienten mit familiärer Temporallappenepilepsie (d.h. ein weiterer Patient mit Epilepsie in der Verwandtschaft) sind mehr als doppelt so oft L homozygot (23%) als gesunde Kontrollen (9%). Unabhängig vom familiären Risiko erleiden L homzygote Patienten mit zwei- bis dreifacher Wahrscheinlichkeit einen Status epilepticus, häufige generalisierte Krampfanfälle oder kindliche Fieberkrämpfe.