Parkinson´s disease is the second most common neurodegenerative disease, which was already described in detail in 1817 by the British physician James Parkinson. This includes the four main symptoms of resting tremor, slowing of movements, postural instability and rigidity. The incidence of Parkinson´s increases significantly with age which is why the importance especially raises in the aging society. The underlying mechanisms of the disease are not yet completely decoded; especially the initial phase with non-specific symptoms is of great interest in investigations. In the following work, disease-relevant mechanisms were systematically investigated. In focus of the analyses were on the one hand essential trace elements and on the other hand compounds of the metabolism. The analyses were carried out in human cerebrospinal fluid. This material is closely linked to the brain and indicates most clearly changes due to neurodegenerative diseases. The concentration of the trace elements Cu, Fe, Mn, and Zn measured by ICP-MS, indicated only slight changes. A detailed investigation of these trace elements was performed with species characterization by SEC-ICP-MS. This showed especially for Cu significant changes in size fractions. However, these results were not only considered separately, but also in relation to each other. Numerous unbalanced size ratios between the individual trace elements turned out. In particular the Cu amino acid fraction crystallized out to be extremely interesting. Furthermore, a Se-speciation as well as a speciation of the redox forms of Fe were carried out. Both studies indicated unspecific changes for the corresponding species. Due to the special position of the amino acid fraction in the results of SEC-ICP-MS, the amino acids were extensively investigated. In connection to that, an increase of serine was observed in comparison to the controls. Amino acid fractions were also analyzed for their content of Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Sr, and Zn by ICP-MS. In the process several differing concentrations in amino acid fractions could be measured. Since amino acids occur in the enantiomeric forms D and L, these have also been investigated. An increase in the D-alanine concentration was identified. In addition, a non-targeted study with FT-ICR-MS revealed changes in different metabolic pathways indicating increased oxidative stress and neuro-inflammation. The results of trace element-based and metabolic-based studies were subsequently analyzed using data integration to uncover connections between metallomics and metabolomics. In summary, this work has substantiated existing studies on Parkinson´s disease and added new knowledge as well as in-depth investigation.      «

Parkinson´s disease is the second most common neurodegenerative disease, which was already described in detail in 1817 by the British physician James Parkinson. This includes the four main symptoms of resting tremor, slowing of movements, postural instability and rigidity. The incidence of Parkinson´s increases significantly with age which is why the importance especially raises in the aging society. The underlying mechanisms of the disease are not yet completely decoded; especially the initial...     »

Die Erkrankung Parkinson ist die zweithäufigste neurodegenerative Krankheit. Bereits im Jahr 1817 wurde diese vom britischen Arzt James Parkinson detailliert beschrieben. Darunter auch die 4 Hauptsymptome Ruhetremor, Bewegungsverlangsamung, Haltungsinstabilität und Starrheit. Die Inzidenz von Parkinson steigt mit dem Alter deutlich an und hat daher eine zunehmende Wichtigkeit und der alternden Gesellschaft. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Krankheit sind noch nicht komplett entschlüsselt, v.a. die Anfangsphase mit unspezifischen Symptomen ist daher in Untersuchungen von großem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurden krankheitsrelevante Mechanismen von der chemisch-analytischen Perspektive systematisch untersucht. Hierbei standen einerseits essentielle Spurenelemente und anderseits Verbindungen des Stoffwechsels im Fokus der Untersuchungen. Die Analysen wurden in Human-Cerebrospinalflüssigkeit (Liquor) durchgeführt. Dieses Material steht in Verbindung zum Gehirn und zeigt daher Änderungen durch neurodegenerative Erkrankungen am deutlichsten an. Die Konzen¬tration der Spurenelemente Cu, Fe, Mn und Zn, die mit Hilfe von ICP-MS gemessen wurden, zeigten nur leichte Änderungen des Konzentrationsprofiles an. Eine detaillierte Untersuchung dieser Spurenelemente erfolgte durch eine Speziescharakterisierung mit SEC-ICP-MS. Dabei zeigten sich v.a. bei Cu deutliche Änderungen der Größenfrakt¬ionen. Diese Ergebnisse wurden jedoch nicht nur gesondert voneinander betrachtet, sondern auch im Verhältnis zueinander. Dabei zeigten sich zahlreiche unausgewogene Größenverhältnisse zwischen den einzelnen Spurenelementen. Im speziellen kristallisierte sich die Cu-Aminosäure-Fraktion als besonders interessant heraus. Weiterhin wurden sowohl eine Se-Speziation, als auch eine Speziation der Redoxformen von Fe durchgeführt. Beide Untersuchungen zeigten nicht-spezifische Änderungen der entsprechenden Spezies an. Aufgrund der besonderen Stellung der Aminosäure-Fraktion bei den Ergebnissen der SEC-ICP-MS wurden die Aminosäuren umfassend untersucht. Dabei konnte eine Erhöhung von Serin im Vergleich zu den Kontrollen beobachtet werden. Fraktionen der Aminosäuren wurden außerdem mit Hilfe von ICP-MS auf ihren Gehalt an Cu, Fe, Mg, Mn, Ni, Sr und Zn untersucht. Dabei konnten sechs signifikant unterschiedliche Konzentrationen in unterschiedlichen Aminosäurefraktionen gemessen werden. Da Aminosäuren in den enantiomeren Formen D und L auftreten, wurden auch diese untersucht. Es konnte ein Anstieg der D-Alanin Konzentration ermittelt werden. Zudem zeigte eine nicht-zielgerichtete Untersuchung mit FT-ICR-MS Änderungen in verschiedenen Stoffwechselwegen, welche auf erhöhten oxidativen Stress und Neuroinflammation hindeuten. Die Ergebnisse der Spurenelementbasierten und Stoffwechselbasierten Untersuchungen wurden anschließend anhand von Datenintegration untersucht, um Zusammenhänge zwischen Metallomics und Metabolomics aufzudecken. Zusammenfassend konnten durch diese Untersuchungen bestehende Studien zur Parkinson Erkrankung untermauert werden und neues Wissen und vertiefende Untersuchungen hinzugefügt werden.     «

Die Erkrankung Parkinson ist die zweithäufigste neurodegenerative Krankheit. Bereits im Jahr 1817 wurde diese vom britischen Arzt James Parkinson detailliert beschrieben. Darunter auch die 4 Hauptsymptome Ruhetremor, Bewegungsverlangsamung, Haltungsinstabilität und Starrheit. Die Inzidenz von Parkinson steigt mit dem Alter deutlich an und hat daher eine zunehmende Wichtigkeit und der alternden Gesellschaft. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Krankheit sind noch nicht komplett entschlüsselt, v...     »