Диагностичният потенциал на амилоидогенните протеини, част 3
Jun 07, 2024
4.5. Комбинирано откриване
Невродегенеративните заболявания споделят много симптоми и патологични механизми. По-специално, агрегати от същия амилоидогенен протеин могат да съществуват при хора, засегнати от различни форми на невродегенерация [151].
С напредване на възрастта на хората физическото им здраве постепенно показва признаци на упадък и стареене. Сред тях невродегенеративното заболяване е сериозно заболяване, което засяга физическите функции на хората, нивото на интелигентност и паметта. Не е нужно обаче да се разочароваме и страхуваме, защото има много начини да забавим появата на невродегенеративни заболявания. В същото време е много важно да коригираме манталитета си и да поддържаме положително отношение към живота. Тази статия ще изследва връзката между невродегенеративните заболявания и паметта и ще предостави някои ефективни начини за подобряване на паметта, така че да можем да имаме здрав, щастлив и пълноценен живот.
Невродегенеративните заболявания са заболявания, включващи нервната система, като болестта на Алцхаймер, болестта на Паркинсон и болестта на Хънтингтън. Тези заболявания обикновено засягат паметта на хората, изразяващи се в забравяне на скорошни неща, повтаряне на едни и същи задачи и постепенно губене на контрол върху ежедневните дела. За да избегнем появата на тези симптоми, трябва да предприемем някои активни мерки, като:
1. Поддържайте добро здраве. Доброто физическо състояние е един от най-добрите начини за предотвратяване на невродегенеративни заболявания. Правенето на умерени упражнения може да подобри физическата функция и да поддържа снабдяването на мозъка с кръв и кислород. В допълнение, здравословните хранителни навици също са много важни, които могат да осигурят достатъчно храна и енергия, за да поддържат тялото здраво.
2. Активно упражнявайте мозъка. Ако искаме да запазим паметта си, трябва редовно да тренираме мозъка си. Това може да включва учене на нови неща, игри и дейности, които предизвикват когнитивните способности на мозъка или дори стимулиране на мозъка чрез участие в социални дейности. Тези дейности могат да насърчат образуването на нови невронни връзки и да поддържат мозъка гъвкав и издръжлив.
3. Поддържайте положително отношение към живота. Психологическите фактори също играят ключова роля в дългосрочната превенция на невродегенеративните заболявания. Радостният, позитивен и оптимистичен човек често е по-малко засегнат от негативни фактори и е по-вероятно да поддържа добро физическо и психическо здраве. Положителното отношение към живота може да насърчи нови начини за обръщане на внимание и мислене и да помогне за подобряване на паметта.
Накратко, предотвратяването на невродегенеративни заболявания е дългосрочна задача, която изисква редовно внимание към физическото и мозъчното здраве. Поддържайки здравословна диета, умерени упражнения и позитивен начин на мислене, можем да подобрим вътрешната си сила и устойчивост и ефективно да предотвратим появата на невродегенеративни заболявания. В същото време трябва да поддържаме оптимистична, позитивна и щастлива нагласа и да се радваме на здрав, щастлив и пълноценен живот. Вижда се, че трябва да подобрим паметта си и Cistanche може значително да подобри паметта, тъй като Cistanche може също да регулира баланса на невротрансмитерите, като например повишаване на нивата на ацетилхолин и растежни фактори, които са много важни за паметта и ученето. В допълнение, Cistanche deserticola може да подобри притока на кръв и да насърчи доставянето на кислород, което може да гарантира, че мозъкът получава адекватно хранене и енергия, като по този начин подобрява мозъчната жизненост и издръжливост.
Щракнете върху познайте добавките за подобряване на паметта
Например, агрегати A и p-tau могат също да бъдат открити при пациенти с DLB, и агрегати -syn при пациенти с AD. Съвместната поява на A, -syn и tau предполага припокриване между AD, тауопатии и синуклеинопатии [152].
Амилоидните агрегати могат да присъстват и при хора, които не показват никакви симптоми на заболяване [151]. Тези наблюдения водят до заключението, че в някои случаи само наблюдението на един отделен амилоидогенен протеин може да не е достатъчно за поставяне на точна диагноза.
Различни проучвания са оценили диагностичното представяне на съвместното наблюдение на нивата на различни амилоидогенни протеини (Таблица 2). Например, количественото определяне на концентрациите на CSF както на p-tau181, носещ фосфорилирания Thr181, така и на съотношението A 42/A 38 е в състояние да диференцира AD от други невродегенеративни заболявания [66,104].
Скорошно проучване, проведено върху кохорта от 4444 участници в продължение на 14 години, успя да свърже плазмените нива на NFTs и A 42 с риска от развитие на AD и деменция по всякаква причина [153]. Освен това, анализът на нивата на CSF както на общия -syn, така и на общия тау може да помогне за идентифицирането на синуклеинопатии спрямо други невродегенеративни заболявания [68].
Скорошна работа показа, че определянето на съотношението на олигомерен -syn/общ -syn, p- -syn129 и p-tau181 в CSF е в състояние да идентифицира пациенти с PD от контролите [154].
Доказано е също, че повишаването на гликирането, -syn Tyr 39нитрирането и pTyr125 и намаляването на нивата на SUMO-1 в кръвните проби са свързани с PD [117].
Накрая беше установено, че концентрацията в CSF на общия TDP-43 и съотношението общ tau/pThr181-tau разграничават пациентите с ALS/FTD от здравите контроли [155]. В таблица 2 ние обобщаваме основните протеини, които могат да бъдат наблюдавани в комбинация за диагностични цели.
5. Последни постижения в технологията за откриване
Като се има предвид тяхната достъпна цена и възможността лесно да се направят с висока производителност, имунологичните анализи, като ELISA и имуноблотинг, са най-често използваните техники за количествено определяне на концентрациите на амилоидогенни протеини в телесни течности и тъкани.
Използват се и други подходи, включително PET, MS и микроскопия, и се появяват нови технологии за откриване с ултра-чувствителност. Важен пример е предоставен от MS.
Наскоро установена капилярна изотахофореза – йонизация с електроспрей MS може да открие пикомоларни концентрации на A [157]. В друго проучване, автоматизиран клиничен масспектрометър може да открие различни A варианти в CSF по мултиплексен начин [158]. Трябва да се отбележи, че и двата подхода бяха без антитела и не изискваха етап на имуно обогатяване.
Съотношенията 42/A 40 в CSF също могат да бъдат определени чрез LC-MS/MS анализ с висока клинична чувствителност [159]. Предимствата на MS включват малък размер на пробата, бързо време за изпълнение, широка приложимост и чувствителност.
Анализът на единични частици на амилоиди може да се извърши чрез микроскопски методи, включително флуоресценция, атомна сила и електронна микроскопия. По-специално, базираните на флуоресценция методи осигуряват ултрачувствително откриване на отделни амилоидни фибрили и олигомери при невродегенеративни заболявания. Освен това методите със супер разделителна способност предлагат вникване в структурните свойства и повърхностната хидрофобност [17].
Нанопорното усещане е неоптична техника, която наскоро беше демонстрирана, за да позволи анализ на една молекула на полимерни протеини и може да бъде разширена до амилоиди и олигомери [160,161].
При отчитане на нанопори биомолекула се премества през ананопора, вградена в тънка диелектрична мембрана, разделяща две камери с електролити. Различни конформации на биомолекулата могат да бъдат характеризирани при нейното преместване през нанопората чрез анализ на промяната в йонната проводимост на пората [162,163].
Други скорошни методи включват анализи за амилоидно посяване, като циклично усилване на неправилно нагъване на протеини [164] и индуцирано от треперене преобразуване в реално време (RT-QuIC) [165]. При тези анализи съставът и броят на амилоидите в биологичните проби се определят от способността на тези проби да индуцират агрегацията на рекомбинантен мономерикамилоидогенен протеин с помощта на ThT-базирани измервания на агрегация.
Тези анализи са установени за няколко амилоидогенни протеини. По-специално, RT-QuIC анализът за -syn показа висока диагностична чувствителност за PD и DLB [165]. Както MS, така и микроскопските техники изискват сложни инструменти.
ELISA комплекти за няколко биомаркера, включително A 42, p-tau, total-tau и -syn, са търговски достъпни. Въпреки това, настройката на ELISA може да бъде трудоемка и с ограничена чувствителност. Разработени са различни техники за ELISA с висока чувствителност. Например, изследователите са измерили общата концентрация на -syn в телесните течности, използвайки имобилизирани липиди [166].
Също така, ELISA е съчетан с други технологии за откриване, като нова електрохемилуминесценция на базата на плака [167]. Този подход постигна значително съкратено време за обработка, с по-малки изисквания за обем на пробата и едновременна обработка на множество биомаркери [167]. Освен електрохемилуминесценция, дигиталната ELISA е разработена и с технологията за масив от единични молекули (Simoa).
Съобщава се, че този метод има повишена чувствителност за откриване на A 42 в човешката плазма (в диапазона pM) [168]. Освен това, беше установен анализ на разпределението на интензитета на флуоресценцията на повърхността (sFIDA), наподобяващ сандвич ELISA, където A олигомерите бяха имобилизирани върху функционализирана стъклена повърхност чрез антитела, изобразена чрез флуоресцентна микроскопия с висока разделителна способност [169].
Платформата Multi-Analyte Profiling (xMAP) се отличава от широка гама от подходи, базирани на нейната способност за мултиплексиране.
Едновременното количествено определяне на до 100 проби в един анализ може да бъде постигнато чрез полуавтоматичен анализ. Проучванията показват, че xMAP данните за общ тау, p-tau, A 40 и A 42 корелират добре с базираните на изследвания ELISA стойности с по-висока чувствителност и специфичност [170].
Имунополимеразна верижна реакция (I-PCR) използва PCR в реално време (известен също като количествен PCR) за комбиниране на амплификация на нуклеинова киселина с базирани на антитела анализи за повишаване на 10 до 109-кратната чувствителност на конвенционалните имунни анализи.
Изследователите определят количествено множество фосфорилирани тау епитопи, използвайки I-PCR в CSF [171] и разработиха анано-I-PCR подход, който използва златни наночастици, функционализирани с тау-специфично моноклонално антитяло за общо количествено определяне на тау в CSF проби [172]. Нивото на totalA 40, присъстващо в микродисектираните неврони, може също да бъде количествено определено с помощта на I-PCR с висока чувствителност и диапазон на откриване [173].
Тази техника е подходяща за малки обеми проби, осигурява бързо време за получаване на резултати и може да се поддава на мултиплексиране. Диагностиката на място (POC) несъмнено е нововъзникваща тенденция.
Този подход позволява конвенционалните ELISA, Luminex xMAP и qPCR да бъдат разработени в евтини, преносими и лесни за използване POC устройства [174]. ELISA на хартиен носител е най-простият вариант за диагностика на POC.
6. Заключения и потенциални бъдещи насоки
Биомаркерите на заболяването представляват съществено изискване за разработването на точни диагностични подходи. В този преглед обсъдихме как амилоидогенните протеини поддържат потенциал като биомаркери за невродегенеративни заболявания и описахме технологии за откриване за оценка на техните концентрации в тялото (Фигура 3).
Освен генетични мутации, много PTM и специфични конформации на амилоидогенни протеини са свързани с болестта и се появяват като потенциални биомаркери (Таблици 1 и 2). В този контекст, заслужаващи внимание сред всички агрегирани конформации са олигомерите, които са силно токсични и се считат за основни играчи в началото и прогресията на заболяването.
Използването на амилоидогенни протеини като биомаркери идва с предизвикателства. Първо, невродегенеративните заболявания споделят някои ключови патологични механизми, включително образуването на агрегати от същия амилоидогенен протеин (напр. A и p-tau отлагания могат да бъдат открити при пациенти с DLB) [152].
Това затруднява разграничаването на една форма на невродегенерация от друга въз основа на откриването само на един специфичен амилоидогенен протеин. Освен това, амилоидогенните протеини са трудни за достъп в ЦНС и техните концентрации в недостъпни телесни течности имат забележими колебания, особено в ранните стадии на заболяването.
По наше мнение, обещаващи диагностични стратегии, които могат да преодолеят тези проблеми, са тези, базирани на откриването на множество амилоидогенни протеини или белтъчни характеристики (раздел 4.5).
Освен това, амилоидогенните протеини могат да бъдат наблюдавани във връзка с други видове биомаркери, като метаболити. Скорошни изследвания показват, че метаболитните пътища са засегнати от невродегенерация и са разработени платформи за откриване за метаболитно профилиране [175].
Например, ядрено-магнитен резонанс и MSha са успешно използвани за определяне на метаболитни промени в клетъчните системи [176], мозъчни проби след смъртта [177] и CSF от пациенти [178].
Комбинираните подходи могат също да включват невропсихологична оценка и невроизобразяване. Освен това, амилоидогенните протеини могат да бъдат открити и в области на тялото, освен ЦНС и телесните течности.
Например, агрегирани форми на -syn са открити в храносмилателната система на пациенти с PD [179]. Диагностичното значение на това откритие е двойно: то показва, че други части на тялото могат да бъдат изследвани за потенциални биомаркери на невродегенерация [180]; това също така предполага, че пациентите могат да покажат симптоми/разстройства, които не са свързани с невродегенеративното състояние, но вместо това могат да бъдат използвани за ранна диагностика.
Чувствителността и специфичността са важни атрибути на технологиите за откриване на амилоидогенни протеини. В раздели 4.3 и 5 описахме няколко обещаващи подхода, които в момента са в процес на разработка.
Те се основават на биосензори, откриване на една молекула и молекулярни проби (напр. антитела). Според нас подходите, базирани на антитела, имат голям потенциал, тъй като позволяват откриване в сложни смеси. Освен това, антитела могат да бъдат разработени за насочване към различни белтъчни характеристики, включително PTMs и конформации (напр. олигомерите).
В заключение, амилоидогенните протеини са привлекателни потенциални биомаркери на невродегенерация. Техният диагностичен успех е преплетен с разработването на комбинирани стратегии за откриване, включващи други видове биомаркери, системи от органи и ултра-чувствителни технологии.
Авторски принос: Подготовка на писмена оригинална чернова, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW,FAA; писане-ревю и редактиране, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Всички автори са прочели и са се съгласили с публикуваната версия на ръкописа.
Финансиране: Благодарим на Обединеното кралство за изследвания и иновации (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), Обществото на Алцхаймер, Обединеното кралство (грант 511) и Изследване на Алцхаймер Обединеното кралство (ARUK-PG2019B-020) за подкрепата.
Изявление на институционалния съвет за преглед: Не е приложимо.
Изявление за информирано съгласие: Не е приложимо.
Благодарности: Фигурите са създадени с ChemDraw v19.1 и Biorender.com (достъп на 5 април 2021 г.).
Конфликти на интереси: FAA е изобретател на патент PCT/GB2020/051965.
Референции
1. Graham, ME Секюритизацията на деменцията: Социалност на секюритизацията в защитени отделения за грижа за деменция. Стареене Soc. 2021, 41,439–455. [CrossRef]
2. Агравал, М.; Biswas, A. Молекулярна диагностика на невродегенеративни заболявания. Отпред. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]
3. Хюсеин, Р.; Zubair, H.; Pursell, S.; Шахаб, М. Невродегенеративни заболявания: Регенеративни механизми и нови терапевтични подходи. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]
4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Дънинг, Т.; Johnen, A. Може ли когнитивната оценка да разграничи ранните стадии на фронтотемпоралната деменция на Алцхаймер и поведенческия вариант при първоначално клинично представяне? Алцхаймер Res. Там. 2017, 9, 61. [CrossRef][PubMed]
5. Ван Стивен, И.; Koel-Simmelink, MJ; Vergouw, LJ; Tijms, BM; Piersma, SR; Фам, телевизия; Bridel, C.; Ferri, G.-L.; Cocco, C.; Noli, B.; et al. Идентифициране на нови кандидати за биомаркери на цереброспиналната течност за деменция с тела на Lewy: Протеомичен подход. Mol. Невродегенер. 2020, 15, 36. [CrossRef] [PubMed]
6. Ли, Б.; Ge, P.; Мъри, Калифорния; Шет, П.; Джан, М.; Nair, G.; Sawaya, MR; Шин, WS; Boyer, DR; Йе, С.; et al. Cryo-EM от синуклеин с пълна дължина разкрива фибрилни полиморфи с общо структурно ядро. Нац. Общ. 2018, 9, 3609. [CrossRef]
7. Добсън, CM Сгъване и неправилно сгъване на протеини. Nature 2003, 426, 884–890. [CrossRef]
8. Ноулс, TP; Вендрусколо, М.; Dobson, CM Амилоидното състояние и връзката му с болести на неправилно нагъване на протеини. Нац. Rev.Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]
9. Асторикио, Е.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Темуси, Пенсилвания; Пасторе, А. Широкият свят на коацерватите: от морето до невродегенерацията. Trends Biochem. Sci. 2020 г., 45, 706–717. [CrossRef]
10. Бурати, Е.; Baralle, FE TDP-43: Слепване на неврони чрез взаимодействия протеин-протеин и протеин-РНК. Тенденции Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]
11. Vogler, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; Хюз, MP; Бритсън, Калифорния; Лестър, Е.; Рао, Б.; Dalla Betta, N.; Уитни, Онтарио; Ewachiw, TE; et al. TDP-43 и РНК образуват подобни на амилоид мио-гранули в регенериращия мускул. Nature 2018, 563, 508–513. [CrossRef]
12. Bhardwaj, A.; Майерс, MP; Бурати, Е.; Baralle, FE Характеризиране на взаимодействието на TDP-43 с неговите РНК мишени. Nucleic Acids Res.2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]
13. Бучиантини, М.; Ригачи, С.; Стефани, М. Агрегация на амилоид: Роля на биологичните мембрани и системата агрегат-мембрана. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 517–527. [CrossRef] [PubMed]
14. Чен, SW; Дракулич, С.; Деас, Е.; Ouberai, М.; Aprile, FA; Arranz, R.; Нес, С.; Roodveldt, C.; Guilliams, T.; De-Genst, EJ; et al. Структурна характеристика на токсични олигомери, които са кинетично уловени по време на образуването на -синуклеинови фибрили. Proc. Natl. акад.н.с. САЩ 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]
15. Гош, Д.; Мехра, С.; Sahay, S.; Сингх, ПК; Maji, SK -синуклеинова агрегация и нейната модулация. Вътр. J. Biol. Macromol. 2017, 100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]
For more information:1950477648nn@gmail.com
