Title Participants "Klinische en genetische aspecten van de ziekte van Huntington met late aanvangsleeftijd" "David Crosiers" "Predictieve test voor de ziekte van Huntington in Vlaanderen" "Gerry Kiebooms, Wim Vandenberghe, Jean-Pierre Frijns" "Het nut van waanzin. Essays over darwinisme en psychiatrie" "Pieter Adriaens" "Geestesziekten zijn van alle tijden. Een van de oudste medische documenten, het Egyptische Ebers Papyrus, gewaagt bijvoorbeeld al van vormen van waanzin die wij tegenwoordig depressie en psychose zouden noemen. Geestesziekten zijn bovendien overerfbaar. Dat wil zeggen dat onze genen op een of andere manier een rol spelen in de vatbaarheid voor zulke ziekten. Geestesziekten komen ook betrekkelijk vaak voor – veel vaker dan erfelijke aandoeningen als taaislijmziekte of de ziekte van Huntington. En ten slotte vormen ze een aanslag op het sociale en seksuele leven van patiënten die eraan lijden. Geestesziekten confronteren ons dus met een wonderlijke darwinistische ongerijmdheid. Hoe kan het dat de genen die een rol spelen in onze vatbaarheid voor zulke ziekten al die tijd aan natuurlijke selectie wisten te ontsnappen? Kan men dan niet verwachten dat zulke genen na verloop van tijd uit de genenpoel zouden verdwijnen? Of hebben geestesziekten misschien ook ongekende voordelen? Om dit raadsel te ontwarren werd in de voorbije decennia een gloednieuwe darwinistische discipline uit de grond gestampt: de evolutiepsychiatrie. Het Nut van Waanzin is een kritische inleiding in deze verrassende discipline, en richt zich tot een breed publiek van leken en specialisten die op een of andere manier geïnteresseerd zijn in de wondere wereld van de psychiatrie." "Synthesis and biological evaluation of radioligands for in vivo visualization of type 2 cannabinoid receptor using positron emission tomography" "Nele Evens" "De cannabinoid receptor type 1 (CB1R) en cannabinoid receptor type 2 (CB 2R) zijn onderdeel van het endocannabinoid systeem, dat ook endogene lig anden zoals anandamide en 2- arachidonoyl glycerol omvat, samen met meta bolisatie- en transportproteïnen. De CB1R wordt tegenwoordig uitgebreid onderzocht omwille van zijn betrokkenheid in de therapeutische en psycho actieve effecten van cannabinoïden in het centraal zenuwstelsel. De CB2R is gerelateerd aan het immuunsysteem en wordt ondere andere geëx primeerd in milt, lymfeknopen en amandelen. In het centraal zenuwstelsel werd slechts lage CB2R expressie waargenomen. Bij sommige ziekteb eeldenwordt de CB2R echter overgeëxprimeerd, voornamelijk in geactiveerd e microglia. Perifere CB2R overexpressie werd waargenomen in tumor en, inflammatie van het endometrium en in humane en muis atherosclerotis che plaques. In het centraal zenuwstelsel is CB2R overexpressie gerelateerd aan neuro inflammatie. CB2R overexpressie in geactiveerde microglia werd ond er andere waargenomen in de ß-amyloid plaques in de hersenen v an Alzheimer patiënten, in actieve en chronisch actieve plaques in de he rsenen van multiple sclerose patiënten en in het gekwetste striatum van een rat model voor de ziekte van Huntington. Niet-invasieve beeldvorming geeft informatie over receptor kwantiteit en lokalisatie. De hoeveelheid aan geïnjecteerde radioligand is laag en oefent dus geen invloed uit op het bestudeerde biologische systeem.& nbsp; Positronemissie tomografie is een zeer gevoelige techniek met een goede ruimtelijke resolutie. De beschikbaarheid van een radio ligand met affiniteit voor de CB2R zou toelaten om deze te visualiseren in de bovenstaand beschreven neuroinflammatoire condities, om de diagnos e van bepaalde (neuro)inflammatoire aandoeningen te verbeteren en om de evaluatie van nieuwe CB2R liganden met mogelijk toekomstig gebruik als t herapeutisch middel te vergemakkelijken. In deze studie werden vijf verschillende radioliganden met affiniteit vo or de CB2R ontwikkeld en biologisch geëvalueerd. [11C]Sch225336 heeft hoge in vitro affiniteit voor de CB2R, maar vertoon de geen bloed-hersenbarrière penetratie of in vivo CB2R binding in de mi lt in een biodistributiestudie in muizen. Deze radioligand zal dus niet gebruikt kunnen worden voor visualisatie van de CB2R in neuroinfla mmatoire ziektebeelden. [11C]GW405833 en [18F]FE-GW405833 vertoonden beide veelbelovende ra dioligand eigenschappen. Ze hebben beide een laag nanomolaire affi niteit voor de CB2R in vitro en zijn zeer selectief ten opzichte van de CB1R. Hun hersenopname is hoog in een muis biodistributiestudie.&n bsp; Voor het fluor-18 gemerkte derivaat werd echter de aanwezigheid van radiometabolieten en een trage hersenklaring vastgesteld. Wegens het feit dat er geen in vivo binding aan milt CB2R in muis of rat werd w aargenomen, werd in vivo binding van [11C]GW405833 aan de humane CB 2R bewezen in een rat model met lokale humane CB2R overexpressie in het rechter striatum. De hersenkinetiek van [11C]GW405833 werd oo k onderzocht in een µPET study in een primaat. De radioligand vertoonde ook hier een hoge hersenopname, maar de uitwas was veel trage r vergeleken met de resultaten van de muis biodistributiestudie. Twee 2-oxochinoline afgeleiden werden radioactief gemerkt met respectiev elijk koolstof-11 ([11C]NE40) en fluor-18. Deze radioliganden vert oonden de hoogste hersenopname in muizen van alle bestudeerde radioligan den, maar de hersenopname van [11C]NE40 in ratten was slechts half zo hoog. Om de penetratie van [11C]NE40 over de bloed-hersenb arrière te bevestigen, werd een µPET studie in een rhesus aap uitge voerd. Deze radioliganden waren de enigen die in vivo binding aan de CB2R in muis en rat milt vertoonden. Bovendien werd binding aan de humane CB2R bevestigd in een rat model met lokale humane CB2R overex pressie in het rechter striatum. Verschillende derivaten van NE40 werden gesynthetiseerd om de structuur- activiteitsrelatie van deze 2-oxochinoline afgeleiden te onderzoeken.&nb sp; Het uiteindelijke doel is het vinden van een molecule met subnanomol aire affiniteit voor de CB2R en ideale radioligand eigenschappen. We kunnen besluiten dat [11C]NE40 de meest interessante radioligand eigenschappen bezit, omwille van zijn specifieke CB2R binding in muis e n rat milt, zijn hoge hersenopname en snelle hersenuitwas in een rhesus aap en zijn in vivo binding aan de humane CB2R. Verdere studies in diermodellen voor neuroinflammatie en humane klinische studies zullen d e waarde van deze radioliganden voor de visualisatie van CB2R verder moe ten aantonen." "Humane studies over de rol van de cannabinoidreceptoren en fosfodiesterase 10A enzyme in neurodegeneratieve ziekten." "1. Background and achievements of our research group The endocannabinoid system (ECS) is strongly involved in various physiological central nervous system (CNS) functions including motor activity, cognition, behaviour and immune response 1. CB1 receptors (CB1R) are the most widely expressed G-coupled receptors in the brain and directly or indirectly modulate major neurotransmitters such as glutamate, GABA and dopamine. CB2 receptors (CB2R) are present in only small quantities in the healthy human brain but are overexpressed on activated microglia and therefore in neuroinflammation 2. There is accumulating evidence that the endocannabinoid system (ECS) is involved in the pathogenesis and clinical expression of neurodegenerative disorders 3,4. In vitro and preclinical studies have demonstrated a potential neuroprotective role of the ECS in neurodegenerative disease, which involves pathways through both receptors 4,5. Depending on the clinical question, selective cannabinoid agonists and antagonists without psychoactive side-profile may be useful in counteracting the neurodegenerative process or in providing symptomatic improvement of cognitive and/or behavioural disturbances 6. Until recently, positron emission tomography (PET) of the ECS was hampered by poor performance or unavailability of radioligands for in vivo quantitative assessment of the CB1R and CB2R. Our research team has successfully imaged and quantified the CB1R in the human brain using [18F]MK-9470 PET, a potent CB1R inverse agonist with 0.7 nM binding affinity for the human CB1R and a 60-fold selectivity for CB1R over CB2R 7-10. The group has related its expression to fundamental human behavioral traits 11 and used it in drug development for CB1R inverse agonists 12. Pilot studies in movement disorders have been carried out and it was found that in early and advanced Parkinsons disease (PD) regional decreases in CB1R binding are present in the substantia nigra (SN), and that by contrast increased binding occurs in the basal ganglia (BG) and primary motor cortex that correlates with clinical motor impairment 11. In Huntingtons disease (HD), a pilot study was carried out where we have shown substantial cortical and subcortical decreases in CB1R binding in vivo. In the frontal cortex this decrease correlates with disease burden, as quantified by number of CAG repeat [(CAGn) 35.5] x age 13. For AD we recently demonstrated that a lower [18F]MK-9470 availability is associated with cognitive impairment (manuscript under preparation). 1. Aim of the study In the present project, we want to build on the previous work by studying the contribution of the CB1R and CB2R as key effectors of the ECS in the pathophysiology and clinical expression of neurodegeneration in human PD, HD and AD. These three diseases are characterized by deficits in cerebral functions in which the CB1R is known to play a crucial modulatory role: cognitive deficits, behavioural impairment, as well as motor impairment in HD and PD. Also, (regional) neuroinflammation is an essential component of the disease burden 5. The relative importance of CB1 and CB2 in neurodegeneration is currently unknown, but needs to be identified in order to provide proof-of-mechanism for possible ECS-based therapies based on modulation of endogenous agonists or selective exogenous agonists or antagonists 16. We will investigate quantitatively the regional distribution of activated microglia using CB2 overexpression by [11C]-NE40 PET in PD, HD and AD, compare this to historical and post-mortem literature data to assess the utility of the CB2 target for quantifying the extent of neuroinflammation. The signal derived from TSPO ligands (which bind to the mitochondrial located protein) as in previous PET imaging studies of neuroinflammation may be weaker than CB2 receptor upregulation (membrane expression), hence allowing a potentially stronger biomarker for regional neuroinflammation. We will also study this CB2R signal in relation to regional CB1 receptor availability and neurocognitive performance in patients. Next to behaviour and imaging,we also want to link these data to genetic single nucleotide polymorphisms (SNPs) which may be involved in the response of the ECS in the face of chronic neurotoxic protein deposition as seen in these three disorders. In an ongoing study in healthy volunteers, the SNPs for CB1R are being related to functional (regional) CNS expression. The following general hypotheses will be tested: 1. Do regional changes of CB1R availability relate to behavioral abnormalities in AD, PD andHD ? Aside from cognitive, executive and motor domains, also psychiatric domains (depression, psychosis and impulse control loss) will be included. 2. Is increased CB2R availability present in AD, PDand HD and does the (regional) intensity of this CB2R expression dependon disease burden ? For AD, regional disease load will be measured by simultaneous 11C-PIB amyloid imaging 17,18, for PD by 123I-FPCIT dopamine transporter imaging 19, for HD using 18F-FDG PET 20. 3. Do genetic polymorphisms of the CB1R and CB2R affect differential receptor expression in ageing and do these modulate the ECS response to neurodegeneration? PD is a progressive neurodegenerative disease with motor and non-motor symptoms. Altered CB1R-coupled neurotransmission in the basal ganglia may be responsible, at least partially, for motor symptomatology in PD 21. mRNA expression of the CB1R is altered in PD and an increased binding capacity has been described inpost-mortem tissue 22, in correspondence with our groups recent in vivo data (Van Laere et al, Neurobiol Aging, under 2nd revision). Furthermore, there is a strong functional interaction between the CB1R and dopaminergic dysfunction 23. Recently, more attention has also been given to non-motor pathology in PD, such as mood and behavioural disturbances, also cognitive and executive function disturbances 24. Our previous [18F]MK-9470 PET experiments in PD patients suggest that cognitive dysfunction and loss of initiative in PD correlate with regional CB1R binding in the limbic and prefrontal cortex.The current study will dissect these possible relationships in more detail. Early microglial activation has also been observed in PD 25 and is more widespread than the substantia nigra, where dopaminergic neurons of the substantia nigra are particularly vulnerable to oxidative and inflammatory attack. HD is an autosomal dominant, progressive neurodegenerative disorder characterized by widespread neuronal dysfunction especially in the basal ganglia and prefrontal cortex, as well as neuroinflammation 26. The clinical picture of HD encompasses motor features related to basal ganglia dysfunction,but also various non-motor features including cognitive and psychiatricdeficits and subtle changes in personality and cognition are already present in the presymptomatic stage. One of the earliest neurochemical alterations observed in HD patients is the loss of CB1R binding in the basal ganglia 27 which precedes the development of any identifiable structural pathology. Using [18F]MK-9470 PET, we demonstrated in vivo that this dysregulation extends to the neocortex and relates to disease burden in the prefrontal cortex in symptomatic patients 13. Microglial activation has been observed in HD in vivo, andis related to disease severity in the striatum in symptomatic patients 28, and even before the onset of symptoms 29. Upregulation of the CB2R is also present in animal models of HD 30 and is thought to be part of an endogenous mechanism of defense that limits the toxic influence of microglia on neuronal homeostasis 31. AD is characterized by beta-amyloid peptide (Aβ) deposition as one of its pathological hallmarks, the senile plaque. Activated microglia clusters at senile plaques contribute to the ongoing inflammatory process and to the progression of the disease 25. An immunohistochemical post-mortem AD study showed consistent CB1R immunoreactivity in cortical plaques along with markers of microglial activation, suggesting a direct involvement in the noxious effects of microglia, with a significant reduction of CB1R bindingin the frontal cortex 32. In animal models, stimulation of CB1R/CB2Rs has been shown useful against Aβ neurotoxicity by attenuation of the toxic effects of these fibrilogenic peptides 32,33. The ECS may play a crucial role in synaptic dysfunction of AD patients (34) and disruption of this processes may partially account for memory deficits in AD 4. Furthermore, several clinical aspects of β-amyloid deposition in vivo have been studied in patients with AD, mild cognitive impairment (MCI) and healthy controls, using the Pittsburgh Compound (11C-PIB) (17) and novel 18F-labelled tracers have been evaluated in phase I and II studies 34. Thus, the in vivo measurement of CB1 and CB2R expression in relation to regional amyloid deposits will be feasible for the first time. 2. Materials and methods · Step 1: safety and dosimetry of 11C-NE40 in 6 healthy volunteers · Step 2: Kinetic modeling of 11C-NE40 in 5 control (≥55 years) and 5 patients with PD using arterial sampling and metabolite determination. · Step 3: Test-retest stability of full kinetic model parameters for CB2R availability in 5 controls subjects and 5 patients with PD, and evaluation of using simplified measures. · Step 4: Patient study (if possible using simplified parametric measures) for CB1R and CB2R imaging in: o Presymptomatic HD (15 presymptomatic carriers, 15 non-carrier siblings) o Symptomatic HD (15 symptomatic patients) o Symptomatic PD (40 patients) o AD (20 additional patients) o 20 controls (these subjects may be shareable between clinical populations) Study subjects will receive a single dose of 370 MBq [11C]-NE40 and a single dose of 185 MBq [18F]MK-9470. Scans will be performed on a HiRez Biograph 16 slice PET/CT camera (Siemens). Aside from in vivo multitracer imaging, subjects will also undergo MRI volumetric imaging (to exclude other disorders and for partial volume correction using A-MAP reconstruction 35). Blood genetic testing as described above and extensive neuropsychological will be done (as will be described in the full project proposal). 3. Perspectives and feasibilityof the study From the first-user perspective (patients and families), our research will provide insights into potential targets for interventions aimed at enhancing cannabinoid neurotransmission and cognitive/behavioral/motor function for these three major neurodegenerative disorders for which only symptomatic treatment is available so far. This project fits in the CNS biomarker imaging project of the department of nuclear medicine, where as one of themain research lines several aspects of the endocannabinoid system in neurodegenerative processes are being studied, including translational imaging in preclinical models and patients. The necessary infrastructure, expertise, guidance and facilities are present to allow the complete chain of patient recruitment to data acquisition, analysis and interpretation. 4. Reference List 1. Katona I et al. Nat. Med. 2008; 14: 923-930. 2. Van Sickle MD et al. Science 2005; 310: 329-332. 3. Pazos MRet al. Curr Pharm Des 2008; 14: 2317-2325. 4. Bisogno T et al. Curr Pharm Des 2008; 14: 2299-3305. 5. Centonze D et al. TrendsPharmacol. Sci. 2007; 28: 180-187. 6. Di Marzo V et al. Nat. Rev. Drug Discov. 2008; 7: 438-455. 7. Burns HD et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A 2007; 104: 9800-9805. 8. Van Laere K et al. J. Nucl. Med. 2008; 49: 439-445. 9. Van Laere K et al. Neuroimage. 2008; 39: 1533-1541. 10. Sanabria-Bohorquez S et al. Eur J Nucl Med Mol. Imaging 2009 11. Van Laere K et al. Arch. Gen. Psychiatry 2009; 66: 196-204. 12. Addy C et al. Cell Metab2008; 7: 68-78. 13. Van Laere K. et al. J. Nucl. Med. 2010. 14. Evens N et al. Nucl Med Biol. 2008; 35: 793-800. 15. EvensN et al. Nucl Med Biol. 2009; 36: 455-465. 16. Paradisi A et al. Curr. Drug Targets. 2006; 7: 1539-1552. 17. Nelissen N et al. Brain 2007; 130: 2055-2069. 18. Nunez E et al. Neuroscience 2008; 151: 104-110. 19. Van Laere K et al. J Nucl Med 2006; 47: 384-392. 20. Young AB et al. Ann. Neurol. 1986; 20: 296-303. 21. Kreitzer AC et al. Nature 2007; 445: 643-647. 22. Lastres-Becker I et al. Eur J Neurosci. 2001; 14: 1827-1832. 23. Giuffrida A et al. Nat Neurosci. 1999; 2: 358-363. 24. Poewe W. Eur. J Neurol. 2008; 15 Suppl 1: 14-20. 25. Edison PNeurobiol. Dis. 2008; 32: 412-419. 26. Walker FO. Lancet 2007; 369: 218-228. 27. Glass M et al. Neuroscience 2000; 97: 505-519. 28. Pavese N et al. Neurology 2006; 66: 1638-1643. 29. Tai YF et al. Brain Res. Bull. 2007; 72: 148-151. 30. Fernandez-Ruiz J et al. Trends Pharmacol. Sci. 2007; 28: 39-45. 31. Fernandez-Ruiz J, et al. Mol. Cell Endocrinol. 2008. 32. Ramirez BG et al.J. Neurosci. 2005; 25: 1904-1913. 33. Eubanks LM et al. Mol. Pharm. 2006; 3: 773-777. 34. Koole M et al. J Nucl Med 2009; in press. 35. Baete K et al. Neuroimage. 2004; 23: 305-317."