Amyloidogene proteiners diagnostiske potentiale del 3

4.5. Kombineret detektion

Neurodegenerative sygdomme deler mange symptomer og patologiske mekanismer. Især kan aggregater af det samme amyloidogene protein eksistere hos mennesker, der er ramt af forskellige former for neurodegeneration [151].

Efterhånden som mennesker bliver ældre, viser deres fysiske helbred gradvist tegn på tilbagegang og aldring. Blandt dem er neurodegenerativ sygdom en alvorlig sygdom, der påvirker menneskers fysiske funktioner, intelligensniveau og hukommelsesevne. Vi behøver dog ikke at være frustrerede og bange, fordi der er mange måder at forsinke forekomsten af ​​neurodegenerative sygdomme på. Samtidig er det også meget vigtigt at justere vores mentalitet og bevare en positiv indstilling til livet. Denne artikel vil udforske forholdet mellem neurodegenerative sygdomme og hukommelse og give nogle effektive måder at forbedre hukommelsen på, så vi kan få et sundt, lykkeligt og tilfredsstillende liv.

Neurodegenerative sygdomme er sygdomme, der involverer nervesystemet, såsom Alzheimers sygdom, Parkinsons sygdom og Huntingtons sygdom. Disse sygdomme påvirker normalt folks hukommelse, manifesteret som at glemme de seneste ting, gentage de samme opgaver og gradvist miste kontrollen over daglige anliggender. For at undgå forekomsten af ​​disse symptomer skal vi tage nogle aktive foranstaltninger, såsom:

1. Hold et godt helbred. God fysisk tilstand er en af ​​de bedste måder at forebygge neurodegenerative sygdomme på. Moderat træning kan forbedre den fysiske funktion og opretholde blod- og iltforsyningen til hjernen. Derudover er sunde kostvaner også meget vigtige, hvilket kan give nok næring og energi til at holde kroppen sund.

2. Træn hjernen aktivt. Hvis vi vil bevare vores hukommelse, skal vi træne vores hjerner regelmæssigt. Dette kan omfatte at lære nye ting, spil og aktiviteter, der udfordrer hjernens kognitive evner, eller endda stimulere hjernen ved at deltage i sociale aktiviteter. Disse aktiviteter kan fremme dannelsen af ​​nye neurale forbindelser og holde hjernen fleksibel og modstandsdygtig.

3. Oprethold en positiv holdning til livet. Psykologiske faktorer spiller også en nøglerolle i den langsigtede forebyggelse af neurodegenerative sygdomme. En glad, positiv og optimistisk person er ofte mindre påvirket af negative faktorer og er mere tilbøjelige til at opretholde et godt fysisk og mentalt helbred. En positiv holdning til livet kan fremme nye måder at være opmærksom og tænke på og hjælpe med at forbedre hukommelsen.

Kort sagt er forebyggelse af neurodegenerative sygdomme en langsigtet opgave, som kræver regelmæssig opmærksomhed på ens fysiske og hjernesundhed. Ved at opretholde en sund kost, moderat motion og en positiv måde at tænke på, kan vi øge vores indre styrke og modstand og effektivt forhindre forekomsten af ​​neurodegenerative sygdomme. Samtidig bør vi også bevare en optimistisk, positiv og glad holdning og nyde et sundt, lykkeligt og tilfredsstillende liv. Det kan ses, at vi skal forbedre vores hukommelse, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer, som er meget vigtige for hukommelse og indlæring. Derudover kan Cistanche deserticola forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelig næring og energi, og derved forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kend kosttilskud for at forbedre hukommelsen

For eksempel kan A- og p-tau-aggregater også findes hos patienter med DLB, og -syn-aggregater hos patienter med AD. Den samtidige forekomst af A, -syn og tau tyder på et overlap mellem AD, tauopatier og synukleinopatier [152].

Amyloidaggregater kan også være til stede hos personer, der ikke viser nogen sygdomssymptomer [151]. Disse observationer fører til den konklusion, at overvågning af et individuelt amyloidogent protein i nogle tilfælde måske ikke er tilstrækkeligt til at give en nøjagtig diagnose.

Forskellige undersøgelser har vurderet den diagnostiske ydeevne ved at overvåge niveauerne af forskellige amyloidogene proteiner sammen (tabel 2). For eksempel var kvantificeringen af ​​CSF-koncentrationerne af både p-tau181, der bærer den phosphorylerede Thr181, og forholdet A 42/A 38 i stand til at differentiere AD fra andre neurodegenerative sygdomme [66,104].

En nylig undersøgelse udført på en kohorte på 4444 deltagere over 14 år var i stand til at forbinde plasmaniveauerne af NFT'er og A 42 med risikoen for at udvikle AD og demens af alle årsager [153]. Desuden kunne analysen af ​​CSF-niveauerne af både total -syn og total tau hjælpe med at identificere synukleinopatier i forhold til andre neurodegenerative sygdomme [68].

Nyligt arbejde har vist, at bestemmelsen af ​​forholdet mellem oligomer -syn/total -syn, p- -syn129 og p-tau181 i CSF var i stand til at identificere PD-patienter fra kontroller [154].

Det er også blevet vist, at en stigning i glycation, -syn Tyr 39nitration og pTyr125 og et fald i SUMO-1 niveauer i blodprøver var forbundet med PD [117].

Endelig har det vist sig, at koncentrationen i CSF af total TDP-43 og forholdet total tau/pThr181-tau skelner ALS/FTD-patienter fra raske kontroller [155]. I tabel 2 opsummerer vi de vigtigste proteiner, som kan overvåges i kombination til diagnostiske formål.

5. Seneste fremskridt inden for detektionsteknologi

I betragtning af deres overkommelige omkostninger og muligheden for nemt at lave dem med høj kapacitet, har immunoassays, såsom ELISA og immunoblotting, været de mest almindeligt anvendte teknikker til at kvantificere amyloidogene proteiners koncentrationer i kropsvæsker og væv.

Andre metoder er også i brug, herunder PET, MS og mikroskopi, og nye detektionsteknologier med ultrafølsomhed er ved at dukke op. Et vigtigt eksempel er MS.

En nyligt etableret kapillær-isotachoforese--elektrospray-ionisering MS kunne detektere picomolære koncentrationer af A [157]. I en anden undersøgelse kunne et automatiseret klinisk massespektrometer detektere forskellige A-varianter i CSF på en multipleks måde [158]. Bemærkelsesværdigt var begge tilgange antistoffrie og krævede ikke et immunberigelsestrin.

Et 42/A 40-forhold iCSF kunne også bestemmes ved LC-MS/MS-assay med en høj klinisk følsomhed [159]. Fordelene ved MS omfatter en lille prøvestørrelse, hurtig ekspeditionstid, bred anvendelighed og følsomhed.

Enkeltpartikelanalyse af amyloider kan udføres ved mikroskopiske metoder, herunder fluorescens, atomkraft og elektronmikroskopi. Navnlig giver fluorescens-baserede metoder ultrasensitiv påvisning af individuelle amyloidfibriller og oligomerer, indreurodegenerative sygdomme. Desuden giver superopløsningsmetoder indsigt i strukturelle egenskaber og overfladehydrofobicitet [17].

Nanopore sensing er en ikke-optisk teknik, der for nylig er blevet demonstreret for at tillade enkeltmolekyleanalyse af polymere proteiner og kunne udvides til amyloider og oligomerer [160,161].

Ved nanopore-sensing translokeres et biomolekyle gennem ananopore indlejret i en tynd dielektrisk membran, der adskiller to kamre med elektrolytter. Distinkte konformationer af biomolekylet kan karakteriseres ved dets translokation gennem nanoporen ved analyse af ændringen i porens ionkonduktans [162,163].

Andre nyere metoder omfatter amyloid-podningsassays, såsom protein-fejlfoldende cyklisk amplifikation [164] og real-time quaking-induceret konvertering (RT-QuIC) [165]. I disse assays bestemmes sammensætningen og antallet af amyloider i biologiske prøver af disse prøvers evne til at inducere aggregeringen af ​​et rekombinant monomericamyloidogent protein under anvendelse af ThT-baserede aggregeringsmålinger.

Disse assays blev etableret for adskillige amyloidogene proteiner. Især RT-QuIC-analysen for -syn viste høj diagnostisk følsomhed for PD og DLB [165]. Både MS og mikroskopiske teknikker kræver sofistikeret instrumentering.

ELISAkits til adskillige biomarkører inklusive A 42, p-tau, total-tau og -syn er kommercielt tilgængelige. ELISA kan dog være arbejdskrævende at sætte op og med begrænset følsomhed. Der er udviklet forskellige højfølsomme ELISA-teknikker. For eksempel har forskere målt total -syn koncentration i kropsvæsker ved hjælp af immobiliserede lipider [166].

ELISA er også blevet koblet med andre detektionsteknologier, såsom ny pladebaseret elektrokemiluminescens [167]. Denne tilgang opnåede markant forkortet behandlingstid med mindre prøvevolumenkrav og samtidig behandling af flere biomarkører [167]. Udover elektrokemiluminescens er digital ELISA også blevet udviklet med single molecule array (Simoa) teknologi.

Denne metode rapporteres at have øget følsomhed for A42-detektion i det humane plasma (i pM-området) [168]. Ydermere blev der etableret en overfladebaseret fluorescensintensitetsfordelingsanalyse (sFIDA), der ligner en sandwich ELISA, hvor A-oligomerer blev immobiliseret på funktionaliseret glasoverflade via antistoffer, afbildet ved højopløsningsfluorescensmikroskopi [169].

Multi-Analyte Profiling (xMAP)-platformen skiller sig ud fra en bred vifte af tilgange baseret på dens multipleksingsevne.

Samtidig kvantificering af op til 100 prøver i et enkelt assay kunne opnås på et semi-automatiseret assay. Undersøgelser viste, at xMAP-data for total tau, p-tau, A 40 og A 42 korrelerede godt med forskningsbaserede ELISA-værdier med højere sensitivitet og specificitet [170].

Immuno-polymerase kædereaktion (I-PCR) anvender real-time PCR (også kendt som kvantitativ PCR) til at kombinere nukleinsyreamplifikation med antistofbaserede assays for at øge 10 til 109-fold følsomheden af ​​konventionelle immunassays.

Forskere kvantificerede flere phosphorylerede tau-epitoper ved hjælp af I-PCR i CSF [171] og udviklede anano-I-PCR-tilgang, der brugte guldnanopartikler funktionaliserede med et tau-specifikt monoklonalt antistof til total tau-kvantificering i CSF-prøver [172]. Niveauet af totalA40 til stede i mikrodissektionerede neuroner kunne også kvantificeres ved hjælp af I-PCR med høj følsomhed og detektionsområde [173].

Denne teknik er velegnet til små prøvevolumener, giver hurtig tid til resultater og kan være egnet til multipleksing. Point-of-care (POC) diagnose er uden tvivl en ny trend.

Denne tilgang gør det muligt at udvikle konventionel ELISA, Luminex xMAP og qPCR til billige, bærbare og brugervenlige POC-enheder [174]. Papirbaseret ELISA er den enkleste mulighed for POC-diagnostik.

6. Konklusioner og potentielle fremtidige retninger

Sygdomsbiomarkører repræsenterer et væsentligt krav for udvikling af nøjagtige diagnostiske tilgange. I denne gennemgang har vi diskuteret, hvordan amyloidogene proteiner har potentiale som biomarkører for neurodegenerative sygdomme og beskrevet detektionsteknologier til at vurdere deres koncentrationer i kroppen (figur 3).

Udover genetiske mutationer er mange PTM'er og specifikke konformationer af amyloidogene proteiner forbundet med sygdom og dukker op som potentielle biomarkører (tabel 1 og 2). I denne sammenhæng er det bemærkelsesværdigt blandt alle aggregerede konformationer oligomererne, som er meget toksiske og betragtes som vigtige spillere i sygdomsdebut og -progression.

Brugen af ​​amyloidogene proteiner som biomarkører kommer med udfordringer. For det første deler neurodegenerative sygdomme nogle centrale patologiske mekanismer, herunder dannelsen af ​​aggregater af det samme amyloidogene protein (fx kan A- og p-tau-aflejringer findes hos patienter med DLB) [152].

Dette gør det vanskeligt at skelne en form for neurodegeneration fra en anden baseret på påvisningen af ​​et specifikt amyloidogent protein alene. Desuden er amyloidogene proteiner vanskelige at få adgang til i CNS, og deres koncentrationer i utilgængelige kropsvæsker har mærkbare udsving, især i de tidlige stadier af sygdommen.

Efter vores mening er lovende diagnostiske strategier, der kan overvinde disse problemer, dem, der er baseret på påvisning af flere amyloidogene proteiner eller proteintræk (afsnit 4.5).

Derudover kunne amyloidogene proteiner overvåges i forbindelse med andre typer biomarkører, såsom metabolitter. Nylige undersøgelser har vist, at metaboliske veje er påvirket af neurodegeneration, og detektionsplatforme er blevet udviklet til metabolisk profilering [175].

For eksempel er nuklear magnetisk resonans og MS med succes blevet anvendt til at bestemme metaboliske ændringer i cellulære systemer [176], post-mortem hjerneprøver [177] og CSF fra patienter [178].

Kombinerede tilgange kunne også involvere neuropsykologisk vurdering og neuroimaging. Ydermere kan amyloidogene proteiner også påvises i områder af kroppen udover CNS og kropsvæsker.

For eksempel er aggregerede former for -syn blevet fundet i fordøjelsessystemet hos PD-patienter [179]. Den diagnostiske relevans af dette fund er todelt: det viser, at andre dele af kroppen kan undersøges for potentielle biomarkører for neurodegeneration [180]; det indebærer også, at patienter kan vise symptomer/lidelser, der ikke er relateret til den neurodegenerative tilstand, men i stedet kan bruges til tidlig diagnose.

Sensitivitet og specificitet er vigtige egenskaber ved detektionsteknologier for amyloidogene proteiner. I afsnit 4.3 og 5 beskrev vi flere lovende tilgange, som i øjeblikket er under udvikling.

Disse er baseret på biosensorer, enkeltmolekyledetektion og molekylære prober (f.eks. antistoffer). Efter vores mening rummer især antistofbaserede tilgange et stort potentiale, da de tillader påvisning i komplekse blandinger. Desuden kan antistoffer udvikles til at målrette mod forskellige proteinegenskaber, herunder PTM'er og konformationer (f.eks. oligomererne).

Som konklusion er amyloidogene proteiner tiltalende potentielle biomarkører for neurodegeneration. Deres diagnostiske succes er sammenflettet med udviklingen af ​​kombinerede detektionsstrategier, der involverer andre typer biomarkører, organsystemer og ultrafølsomme teknologier.

Forfatterbidrag: Skrive-originalt udkast til forberedelse, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW,FAA; skrive-gennemgang og redigering, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Alle forfattere har læst og accepteret den offentliggjorte version af manuskriptet.

Finansiering: Vi takker UK Research and Innovation (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), Alzheimer's Society, UK (Grant 511) og Alzheimer's Research UK (ARUK-PG2019B-020) for støtten.

Udtalelse fra institutionelle bedømmelsesudvalg: Ikke relevant.

Erklæring om informeret samtykke: Ikke relevant.

Anerkendelser: Figurerne blev oprettet med ChemDraw v19.1 og Biorender.com (tilgået den 5. april 2021).

Interessekonflikter: FAA er en opfinder af patentet PCT/GB2020/051965.

Referencer

1. Graham, ME The securitization of dementia: Socialities of securitization on secure dementia care units. Aging Soc. 2021, 41.439-455. [CrossRef]

2. Agrawal, M.; Biswas, A. Molekylær diagnostik af neurodegenerative lidelser. Front. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Hussain, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Neurodegenerative sygdomme: regenerative mekanismer og nye terapeutiske tilgange. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duning, T.; Johnen, A. Kan kognitiv vurdering skelne tidlige stadier af Alzheimers og adfærdsvariant frontotemporal demens ved indledende klinisk præsentation? Alzheimers 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. Identifikation af nye cerebrospinalvæske biomarkørkandidater for demens med Lewy-legemer: En proteomikaproach. 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; Ja, S.; et al. Cryo-EM i fuld længde -synuclein afslører fibrilpolymorfer med en fælles strukturel kerne. Nat. Commun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Proteinfoldning og fejlfoldning. Nature 2003, 426, 884-890. [CrossRef]

8. Knowles, TP; Vendruscolo, M.; Dobson, CM Amyloidtilstanden og dens sammenhæng med proteinfejlfoldningssygdomme. Nat. Rev.Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384-396. [CrossRef] [PubMed]

9. Astoricchio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. The Wide World of Coacervates: Fra havet til neurodegeneration. Trends Biochem. Sci. 2020, 45, 706-717. [CrossRef]

10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: Opsugning af neuroner gennem protein-protein- og protein-RNA-interaktioner. 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 og RNA danner amyloid-lignende myo-granulat i regenererende muskler. Natur 2018, 563, 508–513. [CrossRef]

12. Bhardwaj, A.; Myers, MP; Buratti, E.; Baralle, FE Karakteriserer TDP-43-interaktion med dets RNA-mål. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062-5074. [CrossRef]

13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amyloid-aggregation: Biologiske membraners rolle og aggregat-membransystemet.J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 517-527. [CrossRef] [PubMed]

14. Chen, SW; Drakulic, S.; Deas, E.; Ouberai, M.; Aprile, FA; Arranz, R.; Ness, S.; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; et al. Strukturel karakterisering af toksiske oligomerer, der er kinetisk fanget under -synuclein fibrildannelse. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singh, PK; Maji, SK -synuclein aggregering og dens modulering. Int. J. Biol. Macromol. 2017.100, 37-54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com