Das Brain-derived neurotrophic factor (BDNF)-Gen ist eines von mehreren Genen, welches die kortikale Morphologie und die kortikale Plastizität modulieren kann. So sichert BDNF das Überleben von Nervenzellen und unterstützt ebenso das Wachstum und die Differenzierung von neuen Neuronen und Synapsen im zentralen Nervensystem.
Von großer Bedeutung ist der Val66Met-Polymorphismus des BDNF-Gens, da dieser Einfluss auf kognitive Funktionen bei gesunden Probanden hat, aber auch in Zusammenhang mit der Pathogenese verschiedener neuropsychiatrischer Erkrankungen wie etwa der Depression und der Schizophrenie gebracht wird. Trotz teilweise widersprüchlicher bisheriger Studienergebnisse gibt es zunehmend Anhaltspunkte für eine funktionelle Relevanz des Val66Met-Polymorphismus, der Veränderungen der Gehirnfunktion und -morphologie bedingt.
Unklar ist bisher jedoch, ob und wie sich die durch den Val66Met-Polymorphismus bedingten strukturellen Veränderungen des Gehirns auch in Veränderungen der neuronalen Plastizität niederschlagen, da die meisten der bisherigen Studien sich entweder auf Aspekte der strukturellen oder der funktionellen neuronalen Plastizität fokussiert haben.
In dieser Studie kombinierten wir daher Voxel-basierte morphometrische Kernspintomographie (VBM) mit Messparametern der kortikalen Exzitabilität unter Zuhilfenahme der transkraniellen Magnetstimulation (TMS), um die Einflussnahme des BDNF-Val66Met-Polymorphismus auf die kortikale Gehirnfunktion und -morphologie in einer gesunden, jungen Studienpopulation zu untersuchen.
Die VBM-Daten wurden in einer Stichprobe von 57 gesunden Probanden mit einem Durchschnittsalter von 27.2±6.9 Jahren erhoben. Davon erhielten wiederum 30 Probanden mittels transkranieller Magnetstimulation eine Messung der kortikalen Exzitabilitätsparameter (RMT, CSP, ICI, ICF) im linken primären Motorkortex. Probanden mit einer oder zwei Kopien des Met-Allels im BDNF-Gen (N=27) zeigten im Vergleich zu Versuchspersonen mit der homozygoten Variante mit zwei Val-Allelen (Wildtypvariante) eine signifikante Reduktion der grauen Substanz im linken dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) (p<0.001, unkorrigiert). In Bezug auf die neuronale Exzitabilität zeigte sich eine Erhöhung der RMT (p=0.01) und eine Verlängerungstendenz der CSP (p<0.05) bei den Met-Allel-Trägern im Vergleich zur Wildtypvariante. Nach Korrektur bezüglich des Geschlechts blieben nur die Effekte auf die RMT grenzwertig signifikant mit p=0.05. Auf die intrakortikale Inhibition (ICI) oder die intrakortikale Fazilitation (ICF) konnte kein signifikanter Einfluss festgestellt werden. Weiterhin fanden sich weder signifikante Korrelationen zwischen den Parametern der kortikalen Exzitabilität und den gefunden morphologischen Veränderungen, noch ließen sich morphologische Veränderungen im Bereich des primären motorischen Kortex nachweisen.
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass sich in Übereinstimmung mit anderen Untersuchungen in unserer Studie ein Einfluss des Val66Met-Polymorphismus auf die Gehirnmorphologie auch bei jungen, gesunden Probanden nachweisen lässt, nämlich eine signifikante Abnahme der grauen Substanz im linken DLPFC bei BDNF-Met-Allel-Trägern. Die in anderen Studien gezeigten Veränderungen im Bereich des Hippocampus fanden sich in diesem Kollektiv jedoch nicht, was sich möglicherweise durch die zu kleine Stichprobengröße erklären lässt. Der Val66Met-Polymorphismus beeinflusst in diesem Studienkollektiv aber nicht nur die Hirnmorphologie, sondern es fanden sich auch signifikante Veränderungen der neuronalen Exzitabilität als Ausdruck einer veränderten Neurotransmission, ohne dass sich ein direkter Zusammenhang zwischen den morphologischen Veränderungen und der kortikalen Exzitabilität nachweisen ließ.
Auch ohne den Nachweis eines direkten Zusammenhangs zwischen den gefundenen funktionellen (Veränderungen der kortikalen Exzitabilität) und morphologischen Veränderungen kann vermutet werden, dass das Met-Allel im BDNF-Gen eine verringerte BDNF-Produktion im neuronalen System bedingt, was zu einer Modulation der Neurotransmission und gehirnstrukturellen Veränderungen auch bei gesunden Probanden führt, die über eine dadurch bedingte Alteration zentralnervöser Funktionen einen möglichen Risikofaktor für die Entwicklung neuropsychiatrischer Störungen darstellt.

The brain-derived neurotrophic factor (BDNF) supports survival of existing neurons and encourages the growth and differentiation of new neurons and synapses in the central nervous system. The val66met polymorphism is a single nucleotide polymorphism in the BDNF gene. Even if several studies reveal conflicting results, there is increasing evidence for a functional relevance of the BDNF val66met polymorphism as evidenced by alterations in brain function and morphology. In this study we combined voxel-based morphometry (VBM) with measurements of cortical excitability by means of transcranial magnetic stimulation (TMS) to get further impact of the BDNF val66met polymorphism on cortical brain function und morphology in a young healthy study population. Using voxel-based morphometry (VBM), we calculated grey matter volumes in a sample of 57 healthy volunteers. Of these, 30 underwent transcranial magnetic stimulation for evaluation of neuronal excitability. Carriers of the met-allele featured significant reduced grey matter in the left dorsolateral prefrontal cortex when compared with non-carriers. The morphological alterations were accompanied by increased motor threshold and a trend to prolonged cortical silent period in the met-allele-carrier-group compared to non-carrier-group. Upon correcting for gender, only effects on the resting motor threshold retained borderline significance. This study provides further evidence for a functional relevance of the BDNF-val66met polymorphism by demonstrating an impact on both structure and function.