Amyloidogeenisten proteiinien diagnostinen potentiaali Osa 3

4.5. Yhdistetty tunnistus

Neurodegeneratiivisilla sairauksilla on monia oireita ja patologisia mekanismeja. Erityisesti saman amyloidogeenisen proteiinin aggregaatteja voi esiintyä ihmisillä, jotka kärsivät hermoston rappeutumisen eri muodoista [151].

Iän myötä ihmisten fyysinen terveys osoittaa vähitellen heikkenemisen ja ikääntymisen merkkejä. Näistä hermostoa rappeuttava sairaus on vakava sairaus, joka vaikuttaa ihmisten fyysisiin toimintoihin, älykkyyteen ja muistikykyyn. Meidän ei kuitenkaan tarvitse olla turhautuneita ja peloissamme, koska on monia tapoja viivyttää hermostoa rappeuttavien sairauksien esiintymistä. Samalla on myös erittäin tärkeää muokata mentaliteettiamme ja säilyttää positiivinen asenne elämään. Tämä artikkeli tutkii neurodegeneratiivisten sairauksien ja muistin välistä suhdetta ja tarjoaa tehokkaita tapoja parantaa muistia, jotta voimme elää terveen, onnellisen ja täyttävän elämän.

Neurodegeneratiiviset sairaudet ovat hermostoon vaikuttavia sairauksia, kuten Alzheimerin tauti, Parkinsonin tauti ja Huntingtonin tauti. Nämä sairaudet vaikuttavat yleensä ihmisten muistiin, mikä ilmenee viimeaikaisten asioiden unohtamisena, samojen tehtävien toistamisena ja päivittäisten asioiden hallinnan asteittaisena menettämisenä. Välttääksemme näiden oireiden esiintymisen meidän on ryhdyttävä joihinkin aktiivisiin toimenpiteisiin, kuten:

1. Pidä hyvä terveys. Hyvä fyysinen kunto on yksi parhaista tavoista ehkäistä neurodegeneratiivisia sairauksia. Kohtuullinen harjoittelu voi parantaa fyysistä toimintaa ja ylläpitää aivojen veren ja hapen saantia. Lisäksi erittäin tärkeitä ovat terveelliset ruokailutottumukset, jotka voivat tarjota riittävästi ravintoa ja energiaa kehon terveenä pitämiseen.

2. Harjoita aivoja aktiivisesti. Jos haluamme säilyttää muistimme, meidän on harjoitettava aivojamme säännöllisesti. Tämä voi sisältää uusien asioiden, pelien ja toimintojen oppimista, jotka haastavat aivojen kognitiiviset kyvyt, tai jopa aivojen stimulointia osallistumalla sosiaaliseen toimintaan. Nämä toiminnot voivat edistää uusien hermoyhteyksien muodostumista ja pitää aivot joustavina ja joustavina.

3. Säilytä positiivinen asenne elämään. Psykologisilla tekijöillä on myös keskeinen rooli neurodegeneratiivisten sairauksien pitkäaikaisessa ehkäisyssä. Iloiseen, positiiviseen ja optimistiseen ihmiseen negatiiviset tekijät vaikuttavat usein vähemmän ja hän säilyttää todennäköisemmin hyvän fyysisen ja henkisen terveyden. Positiivinen asenne elämään voi edistää uusia huomion ja ajattelun tapoja sekä parantaa muistia.

Lyhyesti sanottuna neurodegeneratiivisten sairauksien ennaltaehkäisy on pitkäjänteinen tehtävä, joka vaatii säännöllistä huomiota fyysiseen ja aivoterveyteen. Ylläpitämällä terveellistä ruokavaliota, kohtuullista liikuntaa ja positiivista ajattelua voimme vahvistaa sisäistä voimaamme ja vastustuskykyämme sekä ehkäistä tehokkaasti neurodegeneratiivisten sairauksien esiintymistä. Samaan aikaan meidän tulee myös säilyttää optimistinen, positiivinen ja onnellinen asenne ja nauttia terveestä, onnellisesta ja täyttävästä elämästä. Voidaan nähdä, että meidän on parannettava muistiamme, ja Cistanche voi parantaa muistia merkittävästi, koska Cistanche voi myös säädellä välittäjäaineiden tasapainoa, kuten nostaa asetyylikoliinin ja kasvutekijöiden tasoa, jotka ovat erittäin tärkeitä muistille ja oppimiselle. Lisäksi Cistanche deserticola voi parantaa verenkiertoa ja edistää hapen toimitusta, mikä voi varmistaa, että aivot saavat riittävästi ravintoa ja energiaa, mikä parantaa aivojen elinvoimaa ja kestävyyttä.

Napsauta tietää lisäravinteita parantaaksesi muistia

Esimerkiksi A- ja p-tau-aggregaatteja voidaan löytää myös potilailla, joilla on DLB, ja -syn-aggregaatteja potilailla, joilla on AD. A:n, -syn:n ja taun samanaikainen esiintyminen viittaa AD:n, tauopatioiden ja synukleinopatioiden päällekkäisyyteen [152].

Amyloidiaggregaatteja voi esiintyä myös ihmisillä, joilla ei ole sairauden oireita [151]. Nämä havainnot johtavat siihen johtopäätökseen, että joissakin tapauksissa yhden yksittäisen amyloidogeenisen proteiinin seuranta ei välttämättä riitä tarkan diagnoosin antamiseen.

Useat tutkimukset ovat arvioineet diagnostista suorituskykyä eri amyloidogeenisten proteiinien tasojen seurannassa yhdessä (taulukko 2). Esimerkiksi sekä fosforyloitua Thr181:tä kantavan p-tau181:n että suhteenA 42/A 38 CSF-pitoisuuksien kvantifiointi kykeni erottamaan AD:n muista hermostoa rappeutuvista sairauksista [66,104].

Äskettäin tehty tutkimus 4444 osallistujan kohortilla yli 14 vuoden aikana, pystyi yhdistämään plasman NFT- ja A42-pitoisuudet riskiin sairastua AD:seen ja yleisdementiaan [153]. Lisäksi sekä kokonais-syn- että kokonais-tau:n CSF-tasojen analyysi voisi auttaa tunnistamaan synukleinopatiat muihin hermostoa rappeutuviin sairauksiin verrattuna [68].

Viimeaikainen tutkimus on osoittanut, että oligomeerisen -syn/total -syn-, p- -syn129- ja p-tau181-suhteen määrittäminen CSF:ssä pystyi tunnistamaan PD-potilaat kontrolleista [154].

On myös osoitettu, että glykaation, -syn Tyr 39 -nitraation ja pTyr125:n lisääntyminen ja SUMO-1 -tasojen lasku verinäytteissä liittyivät PD:hen [117].

Lopuksi on havaittu, että kokonais-TDP-43-pitoisuus CSF:ssä ja suhde kokonaistau/pThr181-tau erottavat ALS/FTD-potilaat terveistä verrokeista [155]. Taulukossa 2 on yhteenveto tärkeimmät proteiinit, joita voidaan seurata yhdistelmänä diagnostisia tarkoituksia varten.

5. Viimeaikaiset edistysaskeleet tunnistustekniikassa

Ottaen huomioon niiden kohtuuhintaiset kustannukset ja mahdollisuus tehdä niistä helposti suuritehoisia, immunomääritykset, kuten ELISA ja immunoblottaus, ovat olleet yleisimmin käytettyjä tekniikoita amyloidogeenisten proteiinien pitoisuuksien määrittämiseksi kehon nesteissä ja kudoksissa.

Käytössä on myös muita lähestymistapoja, mukaan lukien PET, MS ja mikroskopia, ja uusia ultraherkkiä havaitsemistekniikoita on tulossa. Tärkeä esimerkki on MS.

Hiljattain perustettu kapillaariisotakoforeesi – sähkösumutusionisaatio MS pystyi havaitsemaan A:n pikomolaarisia pitoisuuksia [157]. Toisessa tutkimuksessa automaattinen kliininen massaspektrometri pystyi havaitsemaan erilaisia ​​A-variantteja aivo-selkäydinnesteestä multipleksisellä tavalla [158]. Huomionarvoista, että molemmat lähestymistavat olivat vasta-ainevapaita eivätkä vaatineet immuunirikastusvaihetta.

42/A 40 -suhde CSF:ssä voidaan määrittää myös LC-MS/MS-määrityksellä, jolla on korkea kliininen herkkyys [159]. MS:n etuja ovat pieni näytekoko, nopea läpimenoaika, laaja sovellettavuus ja herkkyys.

Amyloidien yksipartikkelianalyysi voidaan suorittaa mikroskooppisilla menetelmillä, mukaan lukien fluoresenssi, atomivoima ja elektronimikroskopia. Erityisesti fluoresenssiin perustuvat menetelmät tarjoavat yksittäisten amyloidifibrillien ja oligomeerien neurodegeneratiivisten sairauksien ultraherkän havaitsemisen. Lisäksi superresoluutiomenetelmät tarjoavat tietoa rakenteellisista ominaisuuksista ja pinnan hydrofobisuudesta [17].

Nanohuokosten havaitseminen on ei-optinen tekniikka, jonka on äskettäin osoitettu mahdollistavan polymeeristen proteiinien yhden molekyylin analyysin ja jota voitaisiin laajentaa amyloideihin ja oligomeereihin [160, 161].

Nanohuokosten havaitsemisessa biomolekyyli siirtyy ananoporin läpi, joka on upotettu ohueen dielektriseen kalvoon, joka erottaa kaksi elektrolyyttejä sisältävää kammiota. Biomolekyylin selkeät konformaatiot voidaan karakterisoida sen siirtyessä nanohuokosen läpi analysoimalla huokosen ioninjohtavuuden muutos [162,163].

Muita viimeaikaisia ​​menetelmiä ovat amyloidin kylvömääritykset, kuten proteiinin väärinlaskostumisen syklinen monistus [164] ja reaaliaikainen tärinän aiheuttama konversio (RT-QuIC) [165]. Näissä määrityksissä amyloidien koostumus ja lukumäärä biologisissa näytteissä määritetään näiden näytteiden kyvyllä indusoida rekombinantin monomerikamyloidogeenisen proteiinin aggregaatio käyttämällä ThT-pohjaisia ​​aggregaatiomittauksia.

Nämä määritykset tehtiin useille amyloidogeenisille proteiineille. Erityisesti RT-QuIC-määritys -syn:lle osoitti korkeaa diagnostista herkkyyttä PD:lle ja DLB:lle [165]. Sekä MS- että mikroskooppiset tekniikat vaativat pitkälle kehitettyä instrumentointia.

ELISA-kittejä useille biomarkkereille, mukaan lukien A42, p-tau, total-tau ja -syn, on kaupallisesti saatavilla. ELISA voi kuitenkin olla työlästä asentaa ja sen herkkyys on rajoitettu. Useita erittäin herkkiä ELISA-tekniikoita on kehitetty. Esimerkiksi tutkijat ovat mitanneet kehon nesteiden kokonais-syn-pitoisuuden käyttämällä immobilisoituja lipidejä [166].

ELISA on myös yhdistetty muihin havaitsemistekniikoihin, kuten uuteen levypohjaiseen elektrokemiluminesenssiin [167]. Tällä lähestymistavalla saavutettiin huomattavasti lyhentynyt prosessointiaika pienemmillä näytetilavuusvaatimuksilla ja useiden biomarkkerien samanaikaisella käsittelyllä [167]. Sähkökemiluminesenssin lisäksi digitaalinen ELISA on kehitetty myös Simoa-tekniikalla.

Tällä menetelmällä on raportoitu lisäävän herkkyyttä A 42:n havaitsemiseen ihmisen plasmassa (pM-alueella) [168]. Lisäksi saatiin pintapohjainen fluoresenssin intensiteetin jakautumisanalyysi (sFIDA), joka muistuttaa kerros-ELISA:ta, jossa A-oligomeerit immobilisoitiin pinnalle. funktionalisoitu lasipinta vasta-aineiden kautta, kuvattu korkearesoluutioisella fluoresenssimikroskopialla [169].

Multi-Analyte Profiling (xMAP) -alusta erottuu useista lähestymistavoista sen multipleksointikykynsä perusteella.

Jopa 100 näytteen samanaikainen kvantifiointi yhdessä määrityksessä voidaan saavuttaa puoliautomaattisella määrityksellä. Tutkimukset esittivät, että xMAP-tiedot kokonaistau-, p-tau-, A40- ja A42-arvoista korreloivat hyvin tutkimukseen perustuvien ELISA-arvojen kanssa, joilla oli suurempi herkkyys ja spesifisyys [170].

Immunopolymeraasiketjureaktiossa (I-PCR) käytetään reaaliaikaista PCR:ää (tunnetaan myös asquantitatiivista PCR:ä) nukleiinihappojen monistamisen yhdistämiseksi vasta-ainepohjaisiin määrityksiin tavanomaisten immuunimääritysten 10-109--kertaisen herkkyyden lisäämiseksi.

Tutkijat määrittelivät useita fosforyloituja tau-epitooppeja käyttämällä I-PCR:ää CSF:ssä [171] ja kehittivät anano-I-PCR-lähestymistavan, jossa käytettiin tau-spesifisellä monoklonaalisella vasta-aineella funktionalisoituja kultananohiukkasia taun kokonaismäärän määrittämiseksi CSF-näytteissä [172]. Mikrodissektoiduissa hermosoluissa läsnä olevan totalA 40:n taso voidaan myös kvantifioida käyttämällä I-PCR:ää, jolla on suuri herkkyys ja havaitsemisalue [173].

Tämä tekniikka soveltuu pienille näytemäärille, tarjoaa nopean ajan tuloksiin, ja sitä voidaan soveltaa multipleksointiin. Hoitopisteen (POC) diagnoosi on epäilemättä nouseva trendi.

Tämä lähestymistapa mahdollistaa tavanomaisten ELISA-, Luminex xMAP- ja qPCR-menetelmien kehittämisen edullisiksi, kannettaviksi ja helppokäyttöisiksi POC-laitteiksi [174]. Paperipohjainen ELISA on yksinkertaisin vaihtoehto POC-diagnostiikkaan.

6. Päätelmät ja mahdolliset tulevaisuuden suunnat

Taudin biomarkkerit ovat olennainen vaatimus tarkkojen diagnostisten lähestymistapojen kehittämisessä. Tässä katsauksessa olemme käsitelleet amyloidogeenisten proteiinien potentiaalia neurodegeneratiivisten sairauksien biomarkkereina ja kuvailleet havaitsemistekniikoita niiden pitoisuuksien arvioimiseksi kehossa (kuva 3).

Geneettisten mutaatioiden lisäksi monet PTM:t ja amyloidogeenisten proteiinien spesifiset konformaatiot liittyvät sairauteen ja ovat nousemassa mahdollisiksi biomarkkeriksi (taulukot 1 ja 2). Tässä yhteydessä huomionarvoisia kaikista aggregoituneista konformaatioista ovat oligomeerit, jotka ovat erittäin myrkyllisiä ja joita pidetään tärkeimpinä toimijoina taudin alkamisessa ja etenemisessä.

Amyloidogeenisten proteiinien käyttö biomarkkereina tuo haasteita. Ensinnäkin neurodegeneratiivisilla sairauksilla on yhteisiä keskeisiä patologisia mekanismeja, mukaan lukien aggregaattien muodostuminen saman amyloidogeenisen proteiinin toimesta (esim. A- ja p-tau-kertymiä voidaan löytää potilailla, joilla on DLB) [152].

Tämä tekee vaikeaksi erottaa yhden neurodegeneraation muodon toisesta yhden spesifisen amyloidogeenisen proteiinin havaitsemisen perusteella. Lisäksi amyloidogeenisiä proteiineja on vaikea päästä käsiksi keskushermostoon, ja niiden pitoisuudet saavuttamattomissa ruumiinnesteissä vaihtelevat huomattavasti, erityisesti taudin alkuvaiheessa.

Mielestämme lupaavia diagnostisia strategioita, jotka voivat ratkaista nämä ongelmat, ovat ne, jotka perustuvat useiden amyloidogeenisten proteiinien tai proteiiniominaisuuksien havaitsemiseen (osio 4.5).

Lisäksi amyloidogeenisiä proteiineja voitaisiin tarkkailla yhdessä muun tyyppisten biomarkkerien, kuten metaboliittien, kanssa. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että hermoston rappeuma vaikuttaa aineenvaihduntareitteihin, ja aineenvaihdunnan profilointiin on kehitetty havaitsemisalustoja [175].

Esimerkiksi ydinmagneettista resonanssia ja MS:tä on käytetty menestyksekkäästi aineenvaihduntamuutosten määrittämiseen solujärjestelmissä [176], kuoleman jälkeisissä aivonäytteissä [177] ja potilaiden CSF:ssä [178].

Yhdistetyt lähestymistavat voivat sisältää myös neuropsykologisen arvioinnin ja neurokuvantamisen. Lisäksi amyloidogeenisiä proteiineja voidaan havaita myös kehon alueilta keskushermoston ja kehon nesteiden lisäksi.

Esimerkiksi -syn:n aggregoituneita muotoja on löydetty PD-potilaiden ruoansulatusjärjestelmästä [179]. Tämän löydön diagnostinen merkitys on kaksinkertainen: se osoittaa, että muista kehon osista voidaan tutkia mahdollisia neurodegeneraation biomarkkereita [180]; se tarkoittaa myös, että potilailla saattaa esiintyä oireita/häiriöitä, jotka eivät liity hermostoa rappeutuvaan tilaan, mutta joita voidaan sen sijaan käyttää varhaiseen diagnoosiin.

Herkkyys ja spesifisyys ovat tärkeitä amyloidogeenisten proteiinien havaitsemistekniikoiden ominaisuuksia. Osioissa 4.3 ja 5 kuvailimme useita lupaavia lähestymistapoja, jotka ovat parhaillaan kehitteillä.

Nämä perustuvat biosensoreihin, yhden molekyylin havaitsemiseen ja molekyylikoettimiin (esim. vasta-aineet). Mielestämme vasta-ainepohjaisilla lähestymistavoilla on suuri potentiaali, koska ne mahdollistavat havaitsemisen monimutkaisissa seoksissa. Lisäksi voidaan kehittää vasta-aineita kohdistamaan erilaisia ​​proteiinin ominaisuuksia, mukaan lukien PTM:t ja konformaatiot (esim. oligomeerit).

Yhteenvetona voidaan todeta, että amyloidogeeniset proteiinit ovat houkuttelevia mahdollisia neurodegeneraation biomarkkereita. Niiden diagnostinen menestys kietoutuu yhdistettyjen havaitsemisstrategioiden kehittämiseen, jotka sisältävät muun tyyppisiä biomarkkereita, elinjärjestelmiä ja erittäin herkkiä tekniikoita.

Tekijän panokset: Kirjoitus-alkuperäisen luonnoksen valmistelu, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA; kirjoitus-arviointi ja editointi, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Kaikki kirjoittajat ovat lukeneet käsikirjoituksen julkaistun version ja hyväksyneet sen.

Rahoitus: Kiitämme UK Research and Innovation -järjestöä (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), Alzheimer's Societyä, UK (Grant 511) ja Alzheimer's Research UK:ta (ARUK-PG2019B-020) tuesta.

Institutionaalisen arviointilautakunnan lausunto: Ei sovelleta.

Ilmoitettu suostumus: Ei sovelleta.

Kiitokset: Kuvat luotiin ChemDraw v19.1:llä ja Biorender.comilla (saatu 5. huhtikuuta 2021).

Eturistiriidat: FAA on patentin PCT/GB2020/051965 keksijä.

Viitteet

1. Graham, ME Dementian arvopaperistaminen: turvallisten dementian hoitoyksiköiden turvallisuuden sosiaalisuudet. Aging Soc. 2021, 41 439–455. [CrossRef]

2. Agrawal, M.; Biswas, A. Neurodegeneratiivisten häiriöiden molekyylidiagnostiikka. Edessä. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]

3. Hussain, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Neurodegeneratiiviset sairaudet: Regeneratiiviset mekanismit ja uudet terapeuttiset lähestymistavat. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]

4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duning, T.; Johnen, A. Voiko kognitiivinen arviointi erottaa Alzheimerin ja käyttäytymismuunnelman frontotemporaalisen dementian varhaiset vaiheet kliinisen alussa? Alzheimer's Res. Siellä. 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 ai. Uusien aivo-selkäydinnesteen biomarkkeriehdokkaiden tunnistaminen dementiaan, jolla on Lewyn kehot: proteominen lähestymistapa. 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; Joo, S.; et ai. Cryo-EM of täyspitkä -synukleiini paljastaa fibrillipolymorfeja, joilla on yhteinen rakenteellinen ydin. Nat. Commun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]

7. Dobson, CM Proteiinin laskostuminen ja väärinlaskostaminen. Nature 2003, 426, 884–890. [CrossRef]

8. Knowles, TP; Vendruscolo, M.; Dobson, CM Amyloiditila ja sen yhteys proteiinin väärinlaskostumissairauksiin. 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: From the Sea to neurodegeneration. Trends Biochem. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]

10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: Hermosolujen kerääntyminen proteiini-proteiini- ja proteiini-RNA-vuorovaikutusten kautta. Trends Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]

11. Vogler, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; Hughes, kansanedustaja; Britson, KA; Lester, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Whitney, ON; Ewachiw, TE; et ai. TDP-43 ja RNA muodostavat amyloidin kaltaisia ​​myorakeita uudistuvassa lihaksessa. Luonto 2018, 563, 508–513. [CrossRef]

12. Bhardwaj, A.; Myers, kansanedustaja; Buratti, E.; Baralle, FE Kuvaa TDP{1}}-vuorovaikutusta RNA-kohteidensa kanssa. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]

13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amyloidiaggregaatio: Biologisten kalvojen rooli ja aggregaatti-kalvojärjestelmä. 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. Myrkyllisten oligomeerien rakenteellinen karakterisointi, jotka jäävät kineettisesti kiinni -synukleiinifibrillien muodostumisen aikana. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]

15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singh, PK; Maji, SK -synukleiiniaggregaatio ja sen modulaatio. Int. J. Biol. Macromol. 2017 100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com