Studien zeigen, dass sowohl die genetische Prädisposition als auch Umweltfaktoren zu häufigen Erkrankungen - wie Schmerzerkrankungen oder psychiatrischen Störungen - beitragen. Molekulargenetische Studien legen nahe, dass ein Teil der Erblichkeit in häufigen genetischen Varianten zu finden ist. Die Untersuchung des Zusammenwirkens dieser Faktoren kann das Verständnis der Ätiologie dieser Erkrankungen erweitern, und neue Präventions- und Behandlungsansätze hervorbringen. In der vorliegenden Arbeit werden vier Studien präsentiert, in denen Umwelt- und genetische Risikofaktoren für psychische Erkrankungen und Schmerz untersucht wurden: In der ersten Studie (Kapitel II) wurden mögliche Wirkmechanismen von etablierten Risikofaktoren für psychiatrische Störungen " das Aufwachsen und Leben in städtischer Umgebung " mit bildgebenden Verfahren untersucht. Einen möglichen Mechanismus stellt der erhöhte soziale Stress in städtischer Umgebung dar. In dieser Studie unterliefen zwei Stichproben von gesunden Probanden zwei verschiedene soziale Stressparadigmen für die Anwendung im fMRT, wovon eines im Rahmen dieser Doktorarbeit entwickelt wurde (ScanSTRESS). Hierbei zeigte sich eine erhöhte Amygdalaaktivität bei Probanden, welche aktuell in der Stadt lebten, während die Aktivität des perigenualen anterioren Cingulums mit dem Aufwachsen in der Stadt assoziiert war. Diese Befunde legen nahe, dass die akute Stressverarbeitung durch Umweltfaktoren in sensiblen Phasen der Entwicklung des Nervensystems beeinflusst wird. In der zweiten Studie (Kapitel III), wurde die Modulierung des Einflusses der städtischen Umwelt auf die Stressverarbeitung durch eine Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP; rs324981) im Gen, welches für den Neuropeptid S (NPS) Rezeptor kodiert (NPSR1), untersucht. In einer Stichprobe, welche das ScanSTRESS-Paradigma absolvierte, konnte gezeigt werden, dass rs324981 " in Interaktion mit städtischem Aufwachsen " die Aktivität der rechten Amygdala beeinflusste. Diese Resultate legen nahe, dass das NPS-System in der menschlichen Stressreaktion involviert ist, und diese in Interaktion mit Umweltfaktoren beeinflusst. In der dritten Studie (Kapitel IV), wurde der Effekt der genetischen Variation von NPSR1 auf die zentralnervöse und endokrine Stressverarbeitung weitergehend untersucht. Da sowohl die Stressregulation, als auch psychiatrische Störungen stark geschlechtsspezifische Ausprägungen aufweisen, wurde die Interaktion von genetischer Variation in NPSR1 mit dem Geschlecht berücksichtigt. Hierfür wurde eine Stichprobe von 277 Probanden mit dem Trierer Sozialen Stresstest (TSST) und eine Stichprobe von 65 Probanden mit dem ScanSTRESS-Paradigma untersucht. Die Analyse zeigte die geschlechtsspezifische Assoziation einer Allel-Kombination (Haplotyp) von drei funktionalen SNPs (rs2530547, rs324981 und rs727162) mit der Cortisolantwort auf den TSST, und einen geschlechtsspezifischen Effekt von rs324981 auf die zentralnervösen Aktivierungsmuster. Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Geschlecht die Effekte von genetischer Variation im NPS-System auf die Stressregulation moduliert. In der vierten Studie (Kapitel V), wurde der Einfluss der genetischen Prädisposition und Umweltfaktoren auf chronischen Schmerz nach einer Amputation untersucht. Hierfür wurde eine Studie an 122 Individuen durchgeführt, bei welchen zwei Gliedmaßen amputiert wurden. Das Auftreten und die Intensität von sowohl Phantom- als auch Stumpfschmerzen zeigten einen starken Zusammenhang mit der Ausprägung des selben Schmerztyps zwischen den beiden amputierten Körpergliedern, es waren aber nur moderate Zusammenhänge zwischen den beiden Schmerzarten zu beobachten. Dieses Ergebnis legt den Einfluss von sowohl spezifischen, als auch gemeinsamen (potentiell genetischen) Risikofaktoren für beide Schmerztypen nahe.

Memory consists of multiple anatomically and functionally distinct systems. Animal studies suggest that stress modulates multiple memory systems in a manner that favors nucleus caudatus-based stimulus-response learning at the expense of hippocampus-based spatial learning. The present work aimed (i) to translate these findings to humans, (ii) to determine the involvement of the stress hormone cortisol in this effect, and (iii) to assess whether the use of stimulus-response and spatial strategies is a long lasting person characteristic. To address these issues we developed a new paradigm that differentiates the use of spatial and stimulus-response learning in humans. Our findings indicate that (i) psychosocial stress (Trier Social Stress Test) modulates the use of spatial and stimulus-response learning in humans, (ii) cortisol plays a key role in this modulatory effect of stress, and (iii) the use of spatial and stimulus-response learning is affected by situational rather than long lasting person factors.

In this psycho-neuro-endocrine study the molecular basis of different variants of steroid receptors as well as highly conserved non steroidal receptors was investigated. These nuclear receptors (NRs) are important key regulators of a wide variety of different physiological and pathophysiological challenges ranging from inflammation and stress to complex behaviour and disease. NRs control gene transcription in a ligand dependent manner and are embedded in the huge interaction network of the neuroendocrine and immune system. Two receptors, the glucocorticoid receptor (GR) and the chicken ovalbumin upstream promoter-transcription factorII (Coup-TFII), both expressed in the immune and nervous system, were investigated regarding possible splice variants and their implication in the control of gene transcription. Both NRs are known to interact and modulate each other- target gene regulation. This study could be shown that both NRs have different splice variants that are expressed in a tissue specific manner. The different 5-´alternative transcript variants of the human GR were in silico identified in other species and evidence for a highly conserved and tightly controlled function was provided. Investigations of the N-terminal transactivation domain of the GR showed a deletion suggesting an altered glucocorticoid-dependent transactivation profile. The newly identified alternative transcript variant of Coup-TFII leads to a DNA binding deficient Coup-TFII isoform that is highly expressed in the brain. This Coup-TFII isoform alters Coup-TFII target gene expression and is suggested to interact with GR via its ligand binding domain resulting in an impaired GR target gene regulation in the nervous system. In this thesis it was demonstrated that NR variants are important for the understanding of the enormous regulatory potential of this receptor family and have to be taken into account for the development of therapeutic strategies for complex diseases such as stress related and neurodegenerative disorders.

Im querschnittlichen Vergleich zwischen 10- bis 18-jährigen Mädchen mit Major Depression und gleichaltrigen gesunden Probandinnen wiesen die depressiven Mädchen mehr Probleme, mehr körperliche und psychische Stresssymptome, erhöhte Cortisolsekretion sowie eine ungünstigere Stressverarbeitung auf. Im Längsschnitt zeigte sich die Bedeutsamkeit von psychischer Stressbelastung und der Einfluss von Bewältigungsstrategien auf den Verlauf der Depression.

There is a lot of evidence for the impact of acute glucocorticoid treatment on hippocampus-dependent explicit learning and memory (memory for facts and events). But there have been few studies, investigating the effect of glucocorticoids on implicit learning and memory. We conducted three studies with different methodology to investigate the effect of glucocorticoids on different forms of implicit learning. In Study 1, we investigated the effect of cortisol depletion on short-term habituation in 49 healthy subjects. 25 participants received oral metyrapone (1500 mg) to suppress endogenous cortisol production, while 24 controls received oral placebo. Eye blink electromyogram (EMG) responses to 105 dB acoustic startle stimuli were assessed. Effective endogenous cortisol suppression had no effect on short-term habituation of the startle reflex, but startle eye blink responses were significantly increased in the metyrapone group. The latter findings are in line with previous human studies, which have shown that excess cortisol, sufficient to fully occupy central nervous system (CNS) corticosteroid receptors, may reduce startle eye blink. This effect may be mediated by CNS mechanisms controlling cortisol feedback. In Study 2, we investigated delay or trace eyeblink conditioning in a patient group with a relative hypocortisolism (30 patients with fibromyaligia syndrome/FMS) compared to 20 healthy control subjects. Conditioned eyeblink response probability was assessed by EMG. Morning cortisol levels, ratings of depression, anxiety and psychosomatic complaints as well as general symptomatology and psychological distress were assessed. As compared to healthy controls FMS patients showed lower morning cortisol levels, and trace eyeblink conditioning was facilitated whereas delay eyeblink conditioning was reduced. Cortisol measures correlate significantly only with trace eyeblink conditioning. Our results are in line with studies of pharmacologically induced hyper- and hypocortisolism, which affected trace eyeblink conditioning. We suggest that endocrine mechanisms affecting hippocampus-mediated forms of associative learning may play a role in the generation of symptoms in these patients.rnIn Study 3, we investigated the effect of excess cortisol on implicit sequence learning in healthy subjects. Oral cortisol (30 mg) was given to 29 participants, whereas 31 control subjects received placebo. All volunteers performed a 5-choice serial reaction time task (SRTT). The reaction speed of every button-press was determined and difference-scores were calculated as a proof of learning. Compared to the control group, we found a delayed learning in the cortisol group at the very beginning of the task. This study is the first human investigation, indicating impaired implicit memory function after exogenous administration of the stress hormone cortisol. Our findings support a previous neuroimaging study, which suggested that the medial temporal lobe (including the hippocampus) is also active in implicit sequence learning, but our results may also depend on the engagement of other brain structures.