Dijagnostički potencijal amiloidogenih proteina 3. dio

4.5. Kombinirana detekcija

Neurodegenerativne bolesti dijele mnoge simptome i patološke mehanizme. Konkretno, agregati istog amiloidogenog proteina mogu postojati u ljudi pogođenih različitim oblicima neurodegeneracije [151].

Kako ljudi stare, njihovo fizičko zdravlje postupno pokazuje znakove opadanja i starenja. Među njima, neurodegenerativna bolest je ozbiljna bolest koja utječe na fizičke funkcije ljudi, razinu inteligencije i sposobnost pamćenja. No, ne trebamo biti frustrirani i bojati se jer postoji mnogo načina kako odgoditi pojavu neurodegenerativnih bolesti. Istovremeno, vrlo je važno prilagoditi svoj mentalitet i zadržati pozitivan stav prema životu. Ovaj će članak istražiti odnos između neurodegenerativnih bolesti i pamćenja te pružiti neke učinkovite načine za poboljšanje pamćenja kako bismo mogli imati zdrav, sretan i ispunjen život.

Neurodegenerativne bolesti su bolesti koje zahvaćaju živčani sustav, poput Alzheimerove bolesti, Parkinsonove bolesti i Huntingtonove bolesti. Ove bolesti obično utječu na pamćenje ljudi, manifestiraju se kao zaboravljanje nedavnih stvari, ponavljanje istih zadataka i postupno gubljenje kontrole nad svakodnevnim poslovima. Kako bismo izbjegli pojavu ovih simptoma, moramo poduzeti neke aktivne mjere, kao što su:

1. Čuvajte dobro zdravlje. Dobra fizička kondicija jedan je od najboljih načina prevencije neurodegenerativnih bolesti. Umjerena tjelovježba može poboljšati fizičku funkciju i održati opskrbu mozga krvlju i kisikom. Osim toga, vrlo su važne i zdrave prehrambene navike koje mogu osigurati dovoljno hranjivih tvari i energije za održavanje zdravlja tijela.

2. Aktivno vježbajte mozak. Ako želimo održati pamćenje, moramo redovito vježbati mozak. To može uključivati ​​učenje novih stvari, igre i aktivnosti koje izazivaju kognitivne sposobnosti mozga ili čak stimulirati mozak sudjelovanjem u društvenim aktivnostima. Ove aktivnosti mogu pospješiti stvaranje novih neuronskih veza i održati mozak fleksibilnim i otpornim.

3. Zadržite pozitivan stav prema životu. Psihološki čimbenici također imaju ključnu ulogu u dugoročnoj prevenciji neurodegenerativnih bolesti. Radosna, pozitivna i optimistična osoba često je manje pod utjecajem negativnih čimbenika i vjerojatnije je da će održati dobro fizičko i mentalno zdravlje. Pozitivan stav prema životu može promovirati nove načine obraćanja pažnje i razmišljanja te pomoći u poboljšanju pamćenja.

Ukratko, prevencija neurodegenerativnih bolesti je dugoročna zadaća koja zahtijeva redovitu pozornost na fizičko i moždano zdravlje. Zdravom prehranom, umjerenom tjelovježbom i pozitivnim načinom razmišljanja možemo ojačati unutarnju snagu i otpornost te učinkovito spriječiti nastanak neurodegenerativnih bolesti. U isto vrijeme, također bismo trebali zadržati optimističan, pozitivan i sretan stav i uživati ​​u zdravom, sretnom i ispunjenom životu. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche može značajno poboljšati pamćenje jer Cistanche također može regulirati ravnotežu neurotransmitera, poput povećanja razine acetilkolina i faktora rasta koji su vrlo važni za pamćenje i učenje. Osim toga, Cistanche deserticola može poboljšati protok krvi i pospješiti opskrbu kisikom, što može osigurati da mozak dobije odgovarajuću prehranu i energiju, čime se poboljšava vitalnost i izdržljivost mozga.

Kliknite znati suplemente za poboljšanje pamćenja

Na primjer, A i p-tau agregati također se mogu naći u pacijenata s DLB, a -syn agregati u bolesnika s AD. Zajednička pojava A, -syn i tau sugerira preklapanje između AD, tauopatija i sinukleinopatija [152].

Amiloidni agregati također mogu biti prisutni kod ljudi koji ne pokazuju nikakve simptome bolesti [151]. Ova opažanja dovode do zaključka da, u nekim slučajevima, samo praćenje jednog pojedinačnog amiloidogenog proteina možda neće biti dovoljno za postavljanje točne dijagnoze.

Različite studije su procijenile dijagnostičku učinkovitost praćenja razina različitih amiloidogenih proteina zajedno (Tablica 2). Na primjer, kvantifikacija koncentracija p-tau181 u CSF-u, koji nosi fosforilirani Thr181, i omjera A 42/A 38 mogla je razlikovati AD od drugih neurodegenerativnih bolesti [66,104].

Nedavna studija provedena na kohorti od 4444 sudionika tijekom 14 godina uspjela je povezati razine NFT-a i A 42 u plazmi s rizikom od razvoja AD-a i demencije svih uzroka [153]. Nadalje, analiza razine ukupnog -syn i ukupnog tau u CSF-u mogla bi pomoći u identifikaciji sinukleinopatija u odnosu na druge neurodegenerativne bolesti [68].

Nedavni rad pokazao je da je određivanje omjera oligomernog -syn/ukupnog -syn, p- -syn129 i p-tau181 u CSF-u moglo identificirati pacijente s PD-om od kontrolnih [154].

Također je pokazano da su povećanje glikacije, -syn Tyr 39nitracije i pTyr125 te smanjenje razine SUMO-1 u uzorcima krvi povezani s PD [117].

Konačno, utvrđeno je da koncentracija ukupnog TDP-43 u CSF-u i omjer ukupni tau/pThr181-tau razlikuju ALS/FTD pacijente od zdravih kontrolnih [155]. U tablici 2 sažimamo glavni proteini koji se mogu pratiti u kombinaciji u dijagnostičke svrhe.

5. Najnoviji napredak u tehnologiji detekcije

S obzirom na njihovu prihvatljivu cijenu i mogućnost da se jednostavno naprave visoke propusnosti, imunotestovi, kao što su ELISA i imunobloting, najčešće su korištene tehnike za kvantificiranje koncentracija amiloidogenih proteina u tjelesnim tekućinama i tkivima.

U upotrebi su i drugi pristupi, uključujući PET, MS i mikroskopiju, a pojavljuju se i nove tehnologije detekcije s ultra-osjetljivošću. Važan primjer je MS.

Nedavno uspostavljena kapilarna izotakoforeza – ionizacija s elektrosprejom MS mogla je otkriti pikomolarne koncentracije A [157]. U drugoj studiji, automatizirani klinički maseni spektrometar mogao je otkriti različite varijante A u likvoru na multipleksni način [158]. Važno je napomenuti da su oba pristupa bila bez antitijela i nisu zahtijevali korak imunološkog obogaćivanja.

Omjeri 42/A 40 u likvoru također se mogu odrediti LC-MS/MS testom s visokom kliničkom osjetljivošću [159]. Prednosti MS uključuju malu veličinu uzorka, brzo vrijeme obrade, široku primjenjivost i osjetljivost.

Analiza pojedinačnih čestica amiloida može se izvesti mikroskopskim metodama uključujući fluorescenciju, atomsku silu i elektronsku mikroskopiju. Značajno, metode temeljene na fluorescenciji omogućuju ultraosjetljivo otkrivanje pojedinačnih amiloidnih fibrila i oligomera u neurodegenerativnim bolestima. Nadalje, metode super-razlučivosti nude uvid u strukturna svojstva i hidrofobnost površine [17].

Senzor nanopora je neoptička tehnika za koju je nedavno pokazano da omogućuje analizu jedne molekule polimernih proteina i može se proširiti na amiloide i oligomere [160,161].

Kod senzora nanopora, biomolekula se translocira kroz ananopore ugrađene unutar tanke dielektrične membrane koja odvaja dvije komore s elektrolitima. Različite konformacije biomolekule mogu se karakterizirati nakon njezine translokacije kroz nanopore analizom promjene ionske vodljivosti pora [162,163].

Ostale nedavne metode uključuju testove sijanja amiloida, kao što je cikličko pojačanje pogrešnog savijanja proteina [164] i pretvorbu izazvanu podrhtavanjem u stvarnom vremenu (RT-QuIC) [165]. U ovim testovima, sastav i broj amiloida u biološkim uzorcima određuju se sposobnošću tih uzoraka da induciraju agregaciju rekombinantnog monomerikamiloidnog proteina korištenjem mjerenja agregacije temeljenih na ThT.

Ovi testovi su uspostavljeni za nekoliko amiloidogenih proteina. Posebice, RT-QuIC test za -syn pokazao je visoku dijagnostičku osjetljivost za PD i DLB [165]. I MS i mikroskopske tehnike zahtijevaju sofisticiranu instrumentaciju.

ELISA kompleti za nekoliko biomarkera uključujući A 42, p-tau, total-tau i -syn komercijalno su dostupni. Međutim, ELISA može biti zahtjevna za postavljanje i ograničene osjetljivosti. Razvijene su različite visokoosjetljive ELISA tehnike. Na primjer, istraživači su mjerili ukupnu koncentraciju -syn u tjelesnim tekućinama pomoću imobiliziranih lipida [166].

Također, ELISA je spojena s drugim tehnologijama detekcije, kao što je nova elektrokemiluminiscencija na bazi ploče [167]. Ovim pristupom postignuto je znatno skraćeno vrijeme obrade, uz zahtjeve manjeg volumena uzorka i istodobnu obradu više biomarkera [167]. Osim elektrokemiluminiscencije, digitalna ELISA također je razvijena s tehnologijom niza pojedinačnih molekula (Simoa).

Prijavljeno je da ova metoda ima povećanu osjetljivost za detekciju A 42 u ljudskoj plazmi (u pM rasponu) [168]. Štoviše, uspostavljena je analiza distribucije intenziteta fluorescencije na površini (sFIDA) koja nalikuje sendvič ELISA gdje su oligomeri A imobilizirani na funkcionalizirana staklena površina putem protutijela, snimljena fluorescentnom mikroskopijom visoke rezolucije [169].

Platforma Multi-Analyte Profiling (xMAP) izdvaja se iz širokog raspona pristupa temeljenih na svojoj sposobnosti multipleksiranja.

Istovremena kvantifikacija do 100 uzoraka u jednom testu može se postići poluautomatskim testom. Studije su pokazale da xMAP podaci za ukupni tau, p-tau, A 40 i A 42 dobro koreliraju s ELISA vrijednostima temeljenim na istraživanju s većom osjetljivošću i specifičnošću [170].

Lančana reakcija imunopolimeraze (I-PCR) koristi PCR u stvarnom vremenu (također poznat kao kvantitativni PCR) za kombiniranje amplifikacije nukleinske kiseline s testovima temeljenim na antitijelima za povećanje osjetljivosti uobičajenih imunoloških testova od 10 do 109-puta.

Istraživači su kvantificirali višestruke fosforilirane tau epitope koristeći I-PCR u likvoru [171] i razvili anano-I-PCR pristup koji je koristio nanočestice zlata funkcionalizirane s tau-specifičnim monoklonskim antitijelom za kvantifikaciju ukupnog tau u uzorcima likvora [172]. Razina totalA 40 prisutna u mikrodiseciranim neuronima također se može kvantificirati pomoću I-PCR s visokom osjetljivošću i rasponom detekcije [173].

Ova tehnika je prikladna za male količine uzoraka, pruža brzo vrijeme do rezultata i može biti podložna multipleksiranju. Dijagnoza na mjestu skrbi (POC) je nedvojbeno trend u nastajanju.

Ovaj pristup omogućuje da se konvencionalni ELISA, Luminex xMAP i qPCR razviju u jeftine, prijenosne POC uređaje jednostavne za korištenje [174]. Papirnati ELISA je najjednostavnija opcija za POC dijagnostiku.

6. Zaključci i potencijalni budući smjerovi

Biomarkeri bolesti predstavljaju bitan uvjet za razvoj točnih dijagnostičkih pristupa. U ovom smo pregledu raspravljali o tome kako amiloidogeni proteini imaju potencijal kao biomarkera za neurodegenerativne bolesti i opisali tehnologije otkrivanja za procjenu njihovih koncentracija u tijelu (Slika 3).

Osim genetskih mutacija, mnogi PTM-ovi i specifične konformacije amiloidogenih proteina povezani su s bolešću i pojavljuju se kao potencijalni biomarkeri (Tablice 1 i 2). U ovom kontekstu, spomena vrijedni među svim agregiranim konformacijama su oligomeri, koji su vrlo toksični i smatraju se glavnim igračima u nastanku i napredovanju bolesti.

Upotreba amiloidogenih proteina kao biomarkera dolazi s izazovima. Prvo, neurodegenerativne bolesti dijele neke ključne patološke mehanizme, uključujući stvaranje agregata pomoću istog amiloidogenog proteina (npr. naslage A i p-tau mogu se naći u bolesnika s DLB) [152].

To otežava razlikovanje jednog oblika neurodegeneracije od drugog na temelju detekcije samo jednog specifičnog amiloidogenog proteina. Nadalje, amiloidogenim proteinima teško je pristupiti unutar CNS-a, a njihove koncentracije u nedostupnim tjelesnim tekućinama imaju zamjetne fluktuacije, osobito u ranim stadijima bolesti.

Po našem mišljenju, obećavajuće dijagnostičke strategije koje mogu prevladati ove probleme su one koje se temelje na otkrivanju višestrukih amiloidogenih proteina ili značajki proteina (odjeljak 4.5).

Osim toga, amiloidogeni proteini mogu se pratiti u kombinaciji s drugim vrstama biomarkera, kao što su metaboliti. Nedavna istraživanja su pokazala da neurodegeneracija utječe na metaboličke putove, a razvijene su platforme za otkrivanje za profiliranje metabolizma [175].

Na primjer, nuklearna magnetska rezonancija i MS uspješno su korišteni za određivanje metaboličkih promjena u staničnim sustavima [176], post mortem uzorcima mozga [177] i likvoru pacijenata [178].

Kombinirani pristupi također mogu uključivati ​​neuropsihološku procjenu i neuroimaging. Nadalje, amiloidogene proteine ​​također je moguće detektirati u dijelovima tijela osim CNS-a i tjelesnih tekućina.

Na primjer, agregirani oblici -syn pronađeni su u probavnom sustavu pacijenata s PB [179]. Dijagnostička važnost ovog nalaza je dvostruka: pokazuje da se drugi dijelovi tijela mogu ispitati na potencijalne biomarkere neurodegeneracije [180]; to također implicira da pacijenti mogu pokazivati ​​simptome/poremećaje koji nisu povezani s neurodegenerativnim stanjem, ali se umjesto toga mogu koristiti za ranu dijagnozu.

Osjetljivost i specifičnost važni su atributi tehnologija detekcije amiloidogenih proteina. U odjeljcima 4.3 i 5 opisali smo nekoliko obećavajućih pristupa koji su trenutno u razvoju.

Oni se temelje na biosenzorima, detekciji jedne molekule i molekularnim ispitivanjima (npr. antitijelima). Po našem mišljenju, pristupi koji se temelje na antitijelima posebno imaju veliki potencijal budući da omogućuju otkrivanje u složenim smjesama. Štoviše, antitijela se mogu razviti za ciljanje različitih značajki proteina, uključujući PTM-ove i konformacije (npr. oligomere).

Zaključno, amiloidogeni proteini su privlačni potencijalni biomarkeri neurodegeneracije. Njihov dijagnostički uspjeh isprepleten je s razvojem kombiniranih strategija otkrivanja, uključujući druge vrste biomarkera, organske sustave i ultraosjetljive tehnologije.

Doprinosi autora: Pisanje-izvorna priprema nacrta, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW,FAA; pisanje-recenzija i uređivanje, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Svi su autori pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.

Financiranje: Zahvaljujemo UK Research and Innovation (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), Alzheimer's Society, UK (Grant 511), i Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) na potpori.

Izjava institucionalnog odbora za reviziju: Nije primjenjivo.

Izjava o informiranom pristanku: Nije primjenjivo.

Zahvale: Slike su izrađene pomoću ChemDraw v19.1 i Biorender.com (pristupljeno 5. travnja 2021.).

Sukob interesa: FAA je izumitelj patenta PCT/GB2020/051965.

Reference

1. Graham, ME Sekuritizacija demencije: Društvenosti sekuritizacije na sigurnim jedinicama za skrb o demenciji. Starenje Soc. 2021, 41, 439–455. [CrossRef]

2. Agrawal, M.; Biswas, A. Molekularna dijagnostika neurodegenerativnih poremećaja. Ispred. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Hussain, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Neurodegenerativne bolesti: Regenerativni mehanizmi i novi terapijski pristupi. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duning, T.; Johnen, A. Može li kognitivna procjena razlikovati rane faze Alzheimerove i bihevioralne varijante frontotemporalne demencije pri početnoj kliničkoj prezentaciji? Alzheimer Res. Ther. 2017, 9, 61. [CrossRef][PubMed]

5. Van Steenoven, I.; Koel-Simmelink, MJ; Vergouw, LJ; Tijms, BM; Piersma, SR; Pham, TV; Bridel, C.; Ferri, G.-L.; Cocco, C.; Noli, B.; et al. Identifikacija novih biomarkera cerebrospinalne tekućine kandidata za demenciju s Lewyjevim tjelešcima: proteomički pristup. Mol. Neurodegener. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]

6. Li, B.; Ge, P.; Murray, KA; Sheth, P.; Zhang, M.; Nair, G.; Sawaya, MR; Shin, WS; Boyer, DR; Da, S.; et al. Cryo-EM sinukleina pune duljine otkriva fibrilne polimorfe sa zajedničkom strukturnom jezgrom. Nat. Komun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Savijanje i pogrešno savijanje proteina. Nature 2003, 426, 884–890. [CrossRef]

8. Knowles, TP; Vendruscolo, M.; Dobson, CM Amiloidno stanje i njegova povezanost s bolestima pogrešnog savijanja proteina. Nat. Rev.Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]

9. Astorickio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. Široki svijet koacervata: od mora do neurodegeneracije. Trends Biochem. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]

10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: Gumiranje neurona kroz interakcije protein-protein i protein-RNA. Trends Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]

11. Vogler, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; Hughes, MP; Britson, KA; Lester, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Whitney, ON; Ewachiw,TE; et al. TDP-43 i RNA tvore mio-granule nalik amiloidu u regenerirajućem mišiću. Priroda 2018, 563, 508–513. [CrossRef]

12. Bhardwaj, A.; Myers, MP; Buratti, E.; Baralle, FE Karakterizacija interakcije TDP-43 s njegovim ciljevima RNA. Nucleic Acids Res. 2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]

13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amiloidna agregacija: uloga bioloških membrana i agregatno-membranski sustav.J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]

14. Chen, SW; Drakulić, S.; Deas, E.; Ouberai, M.; Aprile, FA; Arranz, R.; Ness, S.; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; et al. Strukturna karakterizacija toksičnih oligomera koji su kinetički zarobljeni tijekom formiranja sinukleinskih fibrila. Proc. Natl. akad.sci. SAD 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singh, PK; Maji, SK -agregacija sinukleina i njezina modulacija. Int. J. Biol. Macromol. 2017, 100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com