Amyloidogene proteiners diagnostiske potentiale del 2

4.1. Niveauer af amyloidogene proteiner i neurodegeneration

Indtil videre sonderer de mest almindelige detektionsstrategier specifikke amyloidogene proteiner, uanset deres konformationer eller PTM'er, og giver information om den samlede mængde amyloidogent protein under sygdomstilstande.

Forholdet mellem sygdom og hukommelse er et emne af stor bekymring og har stor betydning for menneskers sundhed. God hukommelse er en manifestation af menneskelig visdom, som kan hjælpe os med at behandle information bedre og træffe beslutninger mere præcist. I livet er mange mennesker ofte bekymrede for, at nogle sygdomme vil skade deres hukommelse, men faktisk kan en positiv holdning til livet og sunde levevaner hjælpe os med at beskytte vores hukommelse og forebygge forskellige sygdomme.

For det første kan god søvn hjælpe med at bevare hukommelsen. Undersøgelser har vist, at søvn er en vigtig del af hjernens hukommelsessystem, herunder indkodning, bevarelse og hukommelsesproces. Mangel på søvn kan have negative virkninger på disse processer, hvilket fører til hukommelsestab. Derfor kan opretholdelse af tilstrækkelig søvntid hver dag hjælpe med at bremse nedgangen i hukommelsen.

For det andet er en sund kost også nøglen til at bevare hukommelsen. Den menneskelige krop har brug for næringsstoffer for at nære kroppen og hjernen, og fødevarer, der kan forbedre hukommelsen, omfatter nødder, fisk, frugter og grøntsager. Nødder er rige på protein og fedtsyrer, som kan fremme en sund udvikling af hjernenerver. Fisk indeholder en masse omega-3 fedtsyrer, som er gavnlige for hjerte-kar- og nervesystemets sundhed. Derudover er frugt og grønt rige på antioxidanter, som er med til at forebygge kognitiv svækkelse og sygdomme som Alzheimers.

Endelig kan en positiv indstilling og fysisk træning også hjælpe med at bevare hukommelsen. Positive følelser og positiv tænkning kan styrke hjernens kognitive evne, aktivere neurale forbindelser og celleproliferation i hjernen og dermed være med til at forbedre hukommelsen. Derudover kan regelmæssig motion fremme blodcirkulationen og ilttilførsel, hvilket er gavnligt for hjernens sundhed. Traditionelle fitnessmetoder som yoga, Tai Chi og kinesisk medicin kan også hjælpe med at lindre spændinger og fremme fysisk og mental sundhed.

Sammenfattende, selv om der er en vis sammenhæng mellem sygdom og hukommelse, kan en positiv holdning til livet og sunde levevaner hjælpe os med at forebygge og lindre skader på hukommelsen forårsaget af forskellige sygdomme. Derfor bør vi altid bevare en god holdning, aktivt motionere, spise en fornuftig kost og opretholde sunde levevaner for at bevæge os mod et sundt og lykkeligt liv. Det kan ses, at vi er nødt til at forbedre hukommelsen, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche har antioxidant-, anti-inflammatoriske og anti-aldringseffekter, som kan hjælpe med at reducere oxidation og inflammatoriske reaktioner i hjernen og derved beskytte sundheden i hjernen. nervesystemet. Derudover kan Cistanche også fremme vækst og reparation af nerveceller og derved forbedre forbindelsen og funktionen af ​​neurale netværk. Disse effekter kan hjælpe med at forbedre hukommelsen, indlæringsevnen og tænkehastigheden og kan også forhindre forekomsten af ​​kognitiv dysfunktion og neurodegenerative sygdomme.

Klik på kender måder at forbedre hjernens funktion

Disse metoder er særligt effektive, når den patologiske mekanisme afhænger af genetiske mutationer (f.eks. når en genetisk variant af et protein udtrykkes specifikt i patienter, tabel 2), proteinekspressionsniveauer (f.eks. når proteinekspression er væsentligt ændret hos patienter) eller fejllokalisering (f.eks. når et protein akkumuleres i specifikke områder af kroppen hos patienter).

I tilfælde af AD fokuserede indledende eksperimenter på måling af CSF-koncentrationen af ​​total A. Der blev dog ikke fundet signifikante forskelle mellem patienter og kontroller [33]. I modsætning hertil er der observeret signifikante forskelle for total tau.

Forskere fandt en markant stigning i total tau i CSF hos AD-patienter sammenlignet med raske kontroller [67]. Selvom der er en klar sammenhæng mellem koncentrationen af ​​tau i CSF og AD, observeres højere koncentrationer af tau også ved akut slagtilfælde, hjernetraume , og andre former for demens [66,68], hvilket gør sygdomsspecifik diagnose udfordrende [44,66].

I tilfælde af PD har det vist sig, at -syn er til stede i lidt lavere koncentrationer i CSF hos patienter sammenlignet med raske individer i små kohortestudier [68-70]. Dette er også blevet observeret i plasma og spyt.

I større undersøgelser har CSF -syn en signifikant lavere koncentration end raske kontroller [69]. Denne lavere koncentration af -syn utilgængelige kropsvæsker kan være en konsekvens af den intracellulære aggregering af proteinet [69]. Brugen af ​​-syn alene er dog ikke tilstrækkelig som en enkelt biomarkør til PD-diagnose [69]. På grund af dens lave koncentration er TDP-43 udfordrende at pålideligt måle i blodet [71,72].

I CSF er det imidlertid blevet vist, at TDP{{0}}-koncentrationen er højere hos ALS-patienter (6,92 ± 3,71 ng/mL) end hos raske forsøgspersoner (5,31 ± 0,94 ng/mL) og mennesker, der er ramt af andre tilstande, for eksempel PD, multipel sklerose og Guillain-Barrésyndrom [73].

Nylige undersøgelser har antydet, at TDP-43 til stede i CSF kunne være en biomarkør for diagnosen ALS, ALS/FTD, men ikke for FTD alene [74,75]. Det skal især bemærkes, at proteiner, inklusive TDP-43, kan diffundere fra blodet ind i CSF.

Desuden er TDP-43 også rigeligt i andre dele af kroppen udover hjernen [54,76]. TDP-43 i CSF kan således stamme fra andre kropsregioner og repræsenterer muligvis ikke hjernepatologien tilstrækkeligt. i FTD. I øjeblikket fokuserer forskningsindsatsen på overvågning af TDP-43 indeholdt i CSF-eksosomer, som er hjerneafledte og dermed bedre repræsenterer hjernepatologi [77].

Samlet set har undersøgelse af total proteinkoncentration alene indtil videre, på trods af overbevisende beviser for det faktum, at proteinekspression og koncentrationer ændres i sygdom, ikke givet en udbredt diagnostisk tilgang.

4.2. PTM'er forbundet med neurodegeneration

Som tidligere nævnt påvirker PTM'er aggregeringstilbøjeligheden af ​​amyloidogene proteiner og spiller en kritisk rolle i den patologiske mekanisme af neurodegenerative sygdomme [27,28].

Desuden findes PTM'er også i biologiske prøver fra patienter [27-29]. Afvigende PTM'er kan forekomme længe før klinisk observerbare symptomer. Denne observation gør PTM'er potentielt egnede til at blive brugt som biomarkører til tidlig diagnose (tabel 1).

4.2.1. Fragmentering og spaltning

Proteinspaltning er en PTM, der almindeligvis er forbundet med amyloidaggregering og er blevet grundigt undersøgt både in vitro og in vivo. I AD, for eksempel, er flere APP-fragmenter blevet forbundet med sygdommen, hvor A 42 og A 40 er de mest omfattende undersøgte. Imidlertid har andre former for A også et diagnostisk potentiale, herunder A 37, A 38, A 39 og A 43 [32].

Det har vist sig, at CSF-koncentrationen af ​​A 42 er lavere hos AD-patienter end hos kontroller i ca. 50 % af tilfældene [78].

Imidlertid anses CSF-koncentrationsforholdet A 42/A 40 for at være diagnostisk mere nøjagtigt, da det tager højde for de fysiologiske inter-individuelle proteinekspressionssvingninger [78,103].

Udover A 40 og A 42 er koncentrationen af ​​A 43 lavere i CSF hos patienter med tidlig debut AD, men også hos patienter med let kognitiv svækkelse og andre former for demens [79].

Tværtimod er A38 til stede i højere koncentrationer hos AD-patienter og adskiller specifikt AD fra andre former for demens [66]. Således kan forholdet A 42/A 38 korrelere med forskellige typer af demens og bruges i kombinerede diagnostiske tilgange [103,104].

På trods af at -syn og TDP-43 også var i stand til at gennemgå fragmentering, hvilket spiller en rolle i deres patologiske mekanismer, havde meget få undersøgelser påvist trunkerede -synand TDP-43 isoformer i kropsvæsker og deres roller som potentielle biomarkører forblev ukendt [28,54,105,106].

4.2.2. Fosforylering

I A antages phosphoryleringen af ​​Ser8 og Ser26 at øge mængden og stabiliteten af ​​toksiske aggregater. Berigelse af disse modifikationer i oligomere A-arter sammenlignet med monomerer er blevet vist ved anvendelse af fosforspecifikke mono- eller polyklonale antistoffer [80,81].

Som en konsekvens af hyperfosforylering dissocierer tau fra mikrotubulenetværket og aggregater. Derfor betragtes tau-phosphorylering som en nøglebegivenhed i dannelsen af ​​NFT [27].

I de senere år er adskillige antistoffer blevet udviklet til specifikt at genkende p-tau, og en række ELISA-protokoller er blevet udviklet til forskellige phosphorylerede epitoper.

For nylig blev p-tau ved Thr217 (p-tau217) vist at være en robust plasma [86] og CSF [107] biomarkør for AD, da den adskilte AD fra andre neurodegenerative sygdomme, herunder andre tauopatier. Tilsvarende er -syn også phosphoryleret ved flere rester. Bemærkelsesværdigt at nævne er varianten af ​​-syn, der bærer phosphoryleringen af ​​Ser129 (p- -syn129).

Denne modifikation sker ved multiple kinaser og påvirker aggregeringen og toksiciteten af ​​-syn både in vitro [95,96] og in vivo [108]. Massespektrometri (MS) og antistofbaserede eksperimenter har vist, at LB'er isoleret fra PD-patienters hjerner er beriget med p- -syn129.

De har også vist, at koncentrationen af ​​p- -syn129 i kropsvæsker er højere hos PD-patienter og korrelerer med sygdommens sværhedsgrad [109,110]. Kvantificeringen af ​​p- -syn129, sammen med total -syn, i CSF blev foreslået for at hjælpe med modelleringen af ​​PD og potentielt differentialdiagnosen af ​​PD fra andre Parkinsonismer [110,111].

Adskillige antistoffer, der er specifikke for phosphoryleret TDP-43 (f.eks. ved Ser409 ogSer410), er blevet udviklet.

TDP-43 gennemgår dog adskillige andre modifikationer, og kun at undersøge proteinets fosforyleringstilstand beskriver ikke sygdomstilstanden nøjagtigt. Detektionsmetoder, der i øjeblikket er under udvikling, involverer den kombinerede brug af forskellige antistoffer rettet mod forskellige modifikationer og konformationer af TDP-43 [75,77].

4.2.3. Acetylering

Acetylering er en anden stor PTM involveret i AD. Det er blevet rapporteret, at de overordnede acetyleringsniveauer af A 42- og tau-aggregater er signifikant højere i ADhippocampus sammenlignet med raske forsøgspersoner [112].

Desuden har flere undersøgelser vist, at acetyleringen af ​​Lys16 og Lys28 af A begge ændrer aggregeringen af ​​peptidein vitro [38]. Især fører acetyleringen af ​​Lys16 til dannelsen af ​​amorfe aggregater i stedet for amyloider [38,39].

Tau gennemgår acetylering ved forskellige rester. Især acetylering ved Lys174, Lys274 og Lys280 har fået mest opmærksomhed, da disse blev vist også at regulere proteinets funktion [87].

Blandt disse modifikationer blev Lys280 specifikt fundet acetyleret i transgene mus og patienters hippocampusvæv [87]. I tilfælde af PD og demens med LB'er (DLB) er det blevet rapporteret, at hjernevæv (temporal cortex og dorsolateral præfrontal cortex) fra patienter indeholder opløselig og aggregeret N-terminalt acetyleret -syn [113].

N-terminal acetylering har vist sig at ændre strukturen af ​​monomer -syn signifikant in vitro. Denne PTM inducerer den spiralformede foldning af N-terminalen af ​​-syn [97], hvilket er blevet foreslået at fremme den patologiske association af proteinet til membraner [114]. TDP-43 er et andet protein, der undergår acetylering.

Denne PTM ophæver RNA-binding og fremmer aggregeringen af ​​proteinet. Især kunne acetyleret TDP-43 atLys145 påvises i læsioner hos ALS, men ikke FTD-patienter, hvilket tyder på, at TDP-43acetylering var forbundet med ALS-patogenese og kunne bruges til at skelne ALS fra FTD, hvilket er nyttigt som en biomarkør, hvis den let kan påvises i kropsvæsker [29].

4.2.4. Oxidation og Nitrering

Oxidativ stress er blevet beskrevet som en medvirkende faktor i neurodegenerative sygdomme [115]. I AD blev oxidation af A ved Met35 påvist post mortem i occipitalcortex hos AD-patienter [116].

Imidlertid blev denne modifikation vist at bremse proteinets aggregering in vitro [30,82], og yderligere undersøgelser vil være nødvendige for at afklare den nøjagtige rolle i sygdommen. I stedet for at målrette mod oxiderede amyloidogene proteiner fokuserer de nuværende diagnostiske tilgange hovedsageligt på måling af biomarkører for oxidativ stress (f.eks. oxidationsprodukter og specifikke metabolitter) [115].

Disse biomarkører er imidlertid ikke specifikke for neurodegeneration, da oxidativt stress også induceres af inflammation og i forbindelse med forskellige patologier, herunder cancer [115]. Udviklingen af ​​antistoffer rettet mod oxiderede amyloidogene proteiner, såsom tau og TDP-43, kombineret med meget følsomme tilgange kan hjælpe med diagnosticering.

Nitrering af Tyr-rester er blevet fundet i adskillige amyloidogene proteiner fra patienters prøver (f.eks. Tyr10 i A, Tyr29 i tau, Tyr39 i -syn) [28,30,37,89].

Det har især vist sig, at nitrat-syn-niveauer i perifere blodceller (monocytter og erytrocytter) specifikt er højere hos PD-patienter. Således betragtes denne modifikation i øjeblikket som en potentiel diagnostisk biomarkør, selvom større undersøgelser er påkrævet [99,117].

Nitrosative stressmolekyler vurderes i øjeblikket som potentielle biomarkører. Men også i dette tilfælde er de ikke specifikke for neurodegeneration, og yderligere undersøgelse er nødvendig [118].

4.2.5. Glykosylering

Undersøgelser fandt korte A O-glycopeptider (A 1-15 til 20) i AD CSF-prøver og antydede, at de kunne være nyttige biomarkører, og glycopeptidprofilerne og koncentrationerne skal bekræftes i meget større prospektive undersøgelser [119] (tabel 1) ).

Tau har også vist sig at gennemgå N- og O-glycosylering. Interessant nok spiller O-glycosylering en beskyttende mekanisme mod hyperphosphorylering og PHF-dannelse [91]. Lavere niveauer af O-glycosyleret tau findes i AD hjerner sammenlignet med raske kontroller [91].

I modsætning hertil blev N-glycosylering vist at lette tau-hyperphosphorylering og dermed fremme dens akkumulering i PHF. N-glykosylering er fundet inhumane AD-hjerner, men ikke i kontrolhjerner, hvilket kunne være en relevant modifikation for diagnosticering [83].

I PD blev O-bundet glycosyleret med N-acetylglucosamin af -syn også fundet in vivo [100].

Diagnostiske tilgange baseret på påvisning af glycosylerede amyloidogene proteiner er stadig stort set uudforskede, og nye teknikker er under udvikling. Vurderingen af ​​glykosyleringsmønstre hos patienter inkluderer N-glykom profilering ved hjælp af glycoblotting og MS [120,121].

4.2.6. Ubiquitination

Ubiquitin mærker fejlfoldede proteiner og målretter dem til nedbrydning gennem theubiquitin-proteasomsystemet. Det antages, at unormal akkumulering af amyloider kan være resultatet af ændringen af ​​ubiquitin-proteasom-vejen [122].

Det har vist sig, at ubiquitin er til stede i højere koncentrationer i AD-patienters kortikale væv sammenlignet med raske kontroller [122,123]. Selvom tidlige undersøgelser har vist, at størstedelen af ​​ubiquitineringen sker, når tau er aggregeret i filtrene, er ubiquitin også blevet fundet i opløselig tau, for eksempel via Lys63-konjugering [92,93].

Især Lys48 og især Lys63-koblet polyubiquitinering samt monoubiquitin-modifikationer blev fundet at bidrage til biogenesen af ​​filtrene.

Yderligere analyser kunne fokusere på påvisningen af ​​Lys63 ubiquitineret tau for at evaluere dens diagnostiske værdi [94]. -Syn findes, mono-, di- og tri-ubiquitineret, i LB'er fra det kortikale væv i obducerede DLB-patienters hjerner [124].

Mens ubiquitinering ved Lys6, Lys12, Lys21, Lys43 og Lys96 har vist sig at have en hæmmende effekt på fibrildannelse, har ubiquitinering ved Lys10 og Lys23 den modsatte effekt og kan have en patologisk rolle.

Deres tilstedeværelse i kropsvæsker og forbindelsen med PD-patologi forbliver dog ukendt [28]. Ubiquitineret TDP-43 er en vigtig bestanddel af aggregaterne i omkring 50 % af FTD-tilfældene og 97 % af ALS-tilfældene og ser ud til at være nedstrøms af fosforylering. Ikke desto mindre skal virkningerne af ubiquitinering på TDP-43-aggregering stadig afklares yderligere [29].

I øjeblikket fokuserer potentielle diagnostiske tilgange på måling af frit ikke-konjugeret ubiquitin snarere end ubiquitinerede proteiner i CSF [125]. Det er blevet observeret, at mængden af ​​ubiquitin i CSF afspejler antallet af proteinaggregater i hjernen og kunne tjene som en biomarkør [125,126].

4.3. Amyloidaggregater og amyloidfølsomme prober

I øjeblikket fokuserer stigende forskningsindsats på at generere biomolekylære værktøjer til at målrette specifikke aggregatkonformationer (figur 2). Rationalet bag denne strategi består af det faktum, at amyloidogene proteiner generelt er dårligt toksiske, når de er monomere, mens deres toksicitet stiger signifikant, når de aggregeres [13].

Nylige beviser viser, at oligomerer er særligt toksiske [13], for at overvåge progressionen og sværhedsgraden af ​​neurodegenerative sygdomme kan man således specifikt kvantificere koncentrationen af ​​amyloiderne og/eller af oligomererne (tabel 2, figur 3).

I denne sammenhæng er flere prober for amyloider og amyloidlignende aggregater blevet udviklet, herunder små molekyle fluorescerende prober, konformationsselektive antistoffer og aptamerer [127-130].

Især enkeltmolekyleundersøgelser, der anvender amyloidfølsomme fluorescerende molekyler, var i stand til at sondere individuelle opløselige aggregater til stede i patienters kropsvæsker.

For at gøre dette er der blevet brugt små molekyler, såsom thioflavin T (ThT), som øger deres fluorescens ved binding til amyloidernes kryds-- -ark-komponent. Ved at bruge denne tilgang lykkedes det forskerne at kvantificere opløselige amyloidlignende aggregater i AD- og PDCSF-prøver [131,132].

Udover ThT er andre molekyler med lignende fluorescerende egenskaber blevet udviklet, herunder molekylære rotorer [133,134], såsom thioflavin X [135].

Ud over disse små molekyle prober er højspecifikke biomolekyler blevet udviklet, såsom antistoffragmenter og aptamerer i stand til at probe oligomerer af forskellige amyloidogene proteiner [127,136,137].

For nylig var superopløsningsmikroskopi med amyloid-specifik aptamer og DNA-punktakkumulering i nanoskala topografi i stand til at detektere aggregeret -syn og A i prøver fra PD-patienter uden behov for en konjugeret fluorofor [138].

Traditionelt er antistoffer blevet genereret ved hjælp af veletablerede teknikker in vivo ved immunisering og hybridomteknologier [139.140] eller in vitro ved anvendelse af displayteknologier [141].

Fremkomsten af ​​nye i silico antistof opdagelsesmetoder har muliggjort generering af antistoffer på en omkostnings- og tidseffektiv måde [142]. AbDesign, en strukturbaseret algoritme, der anvender kombinatorisk og energibaseret design, har haft succes med at designe antistoffragmenter, der målretter mod insulin og mykobakterielt acylbærerprotein [143].

Lignende succeser er blevet opnået ved hjælp af strukturbaserede procedurer såsom OptMAVEN [144] og Rosetta antistofdesign [145]. For nylig er Cascade-metoden [128] blevet udviklet til at designe komplementære peptider til en målepitop, der kan podes til den komplementaritetsbestemmende region af et antistof-stillads.

Cascade-metoden er tidligere blevet anvendt til at designe konformationsspecifikke antistoffer til at målrette A42-amyloider og -oligomerer [127,146].

4.4. PET neuroimaging af amyloider i hjernen

PET-billeddannelse bruger radiotracere til at screene tilstedeværelsen af ​​amyloider i hjernen vivo [147]. Radiosporerne er karakteriseret ved høj lipofilicitet, som tillader dem at passere over blod-hjerne-barrieren.

Pittsburgh-forbindelse B (11C-PiB) er en fluorescentanalog af ThT og blev først brugt til at spore amyloidfibriller ved hjælp af PET i 2004. 11C-PiB er i øjeblikket blandt de mest anvendte radioligander til PET-billeddannelse af cerebral A-patologi [148] (tabel 2) .

Amyloid-PET kan skelne demens fra mild kognitiv svækkelse og normal aldring. Det kan dog ikke diskriminere forskellige former for demens. Desuden er disse teknikker dyre, og nuværende klinisk anvendte radiotracere afspejler kun niveauet af uopløselige aggregater i hjernen.

I modsætning hertil er nye antistofbaserede radioligander under udvikling for at påvise opløselige oligomere og protofibrillære A-former og er blevet testet i transgene mus [149.150].

For more information:1950477648nn@gmail.com