Az amiloidogén fehérjék diagnosztikai lehetőségei 3. rész
Jun 07, 2024
4.5. Kombinált észlelés
A neurodegeneratív betegségeknek számos tünete és kóros mechanizmusa van. Különösen ugyanazon amiloidogén fehérje aggregátumai létezhetnek a neurodegeneráció különböző formái által érintett emberekben [151].
Az életkor előrehaladtával fizikai egészségük fokozatosan a hanyatlás és az öregedés jeleit mutatja. Közülük a neurodegeneratív betegség súlyos betegség, amely befolyásolja az emberek fizikai funkcióit, intelligencia szintjét és memóriaképességét. Nem kell azonban elkeserednünk és félnünk, mert sokféleképpen késleltethetjük a neurodegeneratív betegségek előfordulását. Ugyanakkor nagyon fontos a mentalitásunk igazítása és a pozitív életszemlélet fenntartása is. Ez a cikk megvizsgálja a neurodegeneratív betegségek és a memória közötti kapcsolatot, és néhány hatékony módszert kínál a memória fejlesztésére, hogy egészséges, boldog és teljes életet élhessünk.
A neurodegeneratív betegségek az idegrendszert érintő betegségek, mint például az Alzheimer-kór, a Parkinson-kór és a Huntington-kór. Ezek a betegségek általában az emberek memóriáját érintik, ami abban nyilvánul meg, hogy elfelejtik a közelmúltban történt dolgokat, megismétlik ugyanazokat a feladatokat, és fokozatosan elvesztik az irányítást a napi ügyek felett. A tünetek előfordulásának elkerülése érdekében néhány aktív intézkedést kell tennünk, például:
1. Őrizze meg egészségét. A jó fizikai állapot az egyik legjobb módja a neurodegeneratív betegségek megelőzésének. A mérsékelt testmozgás javíthatja a fizikai funkciókat, és fenntarthatja az agy vér- és oxigénellátását. Emellett nagyon fontosak az egészséges táplálkozási szokások is, amelyek elegendő tápanyagot és energiát biztosíthatnak a szervezet egészségének megőrzéséhez.
2. Aktívan gyakorolja az agyat. Ha meg akarjuk őrizni a memóriánkat, akkor rendszeresen tornáztatni kell az agyunkat. Ez magában foglalhatja az agy kognitív képességeit megkérdőjelező új dolgok, játékok és tevékenységek elsajátítását, vagy akár az agy stimulálását a szociális tevékenységekben való részvétel révén. Ezek a tevékenységek elősegíthetik az új idegi kapcsolatok kialakulását, és rugalmasan és ellenállóvá tehetik az agyat.
3. Tarts fenn pozitív életszemléletet. A pszichés tényezők is kulcsszerepet játszanak a neurodegeneratív betegségek hosszú távú megelőzésében. Az örömteli, pozitív és optimista embert gyakran kevésbé érintik a negatív tényezők, és nagyobb valószínűséggel tartja meg a jó fizikai és mentális egészségét. Az élethez való pozitív hozzáállás elősegítheti a figyelem és a gondolkodás új formáit, és javíthatja a memóriát.
Röviden: a neurodegeneratív betegségek megelőzése hosszú távú feladat, amely rendszeres odafigyelést igényel az ember testi és agyi egészségére. Az egészséges táplálkozás, a mértékletes testmozgás és a pozitív gondolkodásmód betartásával fokozhatjuk belső erőnket és ellenállóképességünket, és hatékonyan megelőzhetjük a neurodegeneratív betegségek kialakulását. Ugyanakkor meg kell őriznünk az optimista, pozitív és boldog hozzáállást, és élveznünk kell az egészséges, boldog és teljes életet. Látható, hogy javítanunk kell a memóriánkat, a Cistanche pedig jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche szabályozhatja a neurotranszmitterek egyensúlyát is, például növelheti az acetilkolin és a növekedési faktorok szintjét, amelyek nagyon fontosak a memória és a tanulás szempontjából. Ezenkívül a Cistanche deserticola javíthatja a véráramlást és elősegítheti az oxigénszállítást, ami biztosítja, hogy az agy megfelelő táplálékhoz és energiához jusson, ezáltal javítva az agy vitalitását és állóképességét.
Kattintson a know-kiegészítőkre a memória javítása érdekében
Például A és p-tau aggregátumok DLB-ben szenvedő betegekben is megtalálhatók, és -syn aggregátumok AD betegekben. Az A, -syn és tau együttes előfordulása az AD, a tauopathiák és a synucleinopathiák közötti átfedést sugallja [152].
Az amiloid aggregátumok olyan emberekben is jelen lehetnek, akik nem mutatnak betegségtüneteket [151]. Ezek a megfigyelések arra a következtetésre vezetnek, hogy bizonyos esetekben egy egyedi amiloidogén fehérje monitorozása önmagában nem elegendő a pontos diagnózis felállításához.
Különféle tanulmányok értékelték a különböző amiloidogén fehérjék szintjének együttes monitorozásának diagnosztikai teljesítményét (2. táblázat). Például a foszforilált Thr181-et hordozó p-tau181 és az A 42/A 38 arány CSF-koncentrációinak számszerűsítése képes volt megkülönböztetni az AD-t más neurodegeneratív betegségektől [66,104].
Egy közelmúltbeli, 4444 résztvevőből álló, 14 éven át tartó vizsgálat során az NFT-k és az A 42 plazmaszintjét összefüggésbe hozták az AD és az összes okú demencia kialakulásának kockázatával [153]. Ezenkívül mind a teljes -syn, mind a total tau CSF-szintjének elemzése segíthet a synucleinopathiák azonosításában más neurodegeneratív betegségekhez képest [68].
A legújabb kutatások kimutatták, hogy az oligomer -syn/total -syn, p- -syn129 és p-tau181 arányának meghatározása a CSF-ben képes volt azonosítani a PD betegeket a kontrollokból [154].
Azt is kimutatták, hogy a glikáció, a -syn Tyr 39-nitráció és a pTyr125 növekedése, valamint a vérminták SUMO-1 szintjének csökkenése összefüggésbe hozható a PD-vel [117].
Végül azt találták, hogy a teljes TDP{0}} CSF-beli koncentrációja és a teljes tau/pThr181-tau arány megkülönbözteti az ALS/FTD betegeket az egészséges kontrolloktól [155]. A 2. táblázatban összefoglaljuk. a fő fehérjék, amelyek diagnosztikai célból kombinálva monitorozhatók.
5. Az észlelési technológia legújabb fejlesztései
Tekintettel a megfizethető költségükre és a nagy áteresztőképességűvé tételük lehetőségére, az immunoassay-k, mint például az ELISA és az immunoblot, a leggyakrabban használt technikák az amiloidogén fehérjék testnedvekben és szövetekben való koncentrációjának meghatározására.
Más megközelítéseket is használnak, beleértve a PET-et, az MS-t és a mikroszkópiát, és új, ultraérzékeny detektálási technológiák vannak kialakulóban. Fontos példát mutat az MS.
Egy nemrégiben létrehozott kapilláris izotachoforézis-elektrospray ionizációs MS képes kimutatni az A pikomoláris koncentrációját [157]. Egy másik tanulmányban egy automatizált klinikai tömegspektrométer multiplex módon tudta kimutatni a különböző A variánsokat a cerebrospinalis folyadékban [158]. Figyelemre méltó, hogy mindkét megközelítés antitestmentes volt, és nem igényelt immundúsítási lépést.
A 42/A 40 arány CSF-ben LC-MS/MS vizsgálattal is meghatározható magas klinikai érzékenységgel [159]. Az MS előnyei közé tartozik a kis mintaméret, a gyors átfutási idő, a széleskörű alkalmazhatóság és az érzékenység.
Az amiloidok egyrészecske-analízise elvégezhető mikroszkópos módszerekkel, beleértve a fluoreszcenciát, az atomerőt és az elektronmikroszkópiát. Nevezetesen, a fluoreszcencia alapú módszerek az egyes amiloid fibrillumok és oligomerek neurodegeneratív betegségek ultraszenzitív kimutatását teszik lehetővé. Ezenkívül a szuperfelbontású módszerek betekintést nyújtanak a szerkezeti tulajdonságokba és a felületi hidrofóbitásba [17].
A nanopórusérzékelés egy nem optikai technika, amelyről a közelmúltban bebizonyosodott, hogy lehetővé teszi a polimer fehérjék egymolekulás elemzését, és kiterjeszthető amiloidokra és oligomerekre [160, 161].
A nanopórusérzékelés során egy biomolekula áthelyeződik egy vékony dielektromos membránba ágyazott ananopóruson keresztül, amely két kamrát választ el elektrolitokkal. A nanopóruson keresztül történő transzlokáció során a biomolekula eltérő konformációit a pórus ionvezető képességének változásának elemzésével jellemezhetjük [162,163].
További újabb módszerek közé tartoznak az amiloid beoltási vizsgálatok, mint például a fehérje misfoldingcyclic amplifikáció [164] és a valós idejű rengés által kiváltott konverzió (RT-QuIC) [165]. Ezekben a vizsgálatokban a biológiai mintákban lévő amiloidok összetételét és számát az határozza meg, hogy ezek a minták képesek-e indukálni egy rekombináns monomericamyloidogenic protein aggregációját ThT-alapú aggregációs mérésekkel.
Ezeket a vizsgálatokat számos amiloidogén fehérjére határozták meg. Különösen a -syn RT-QuIC vizsgálata mutatott nagy diagnosztikai érzékenységet a PD és a DLB esetében [165]. Mind az MS, mind a mikroszkópos technikák kifinomult műszereket igényelnek.
Számos biomarkerhez, köztük az A 42-hez, a p-tau-hoz, a total-tau-hoz és a -syn-hez ELISA-kitek kaphatók a kereskedelemben. Az ELISA beállítása azonban munkaigényes és korlátozott érzékenységű lehet. Különféle nagy érzékenységű ELISA technikákat fejlesztettek ki. A kutatók például immobilizált lipidek segítségével mérték a teljes -syn koncentrációt a testfolyadékokban [166].
Az ELISA-t más detektálási technológiákkal is párosították, mint például az új lemezalapú elektrokemilumineszcenciával [167]. Ezzel a megközelítéssel jelentősen lerövidült a feldolgozási idő, kisebb mintamennyiség-igény és több biomarker egyidejű feldolgozásával [167]. Az elektrokemilumineszcencia mellett a digitális ELISA-t egy molekulatömb (Simoa) technológiával is kifejlesztették.
Ez a módszer a jelentések szerint megnövekedett érzékenységgel rendelkezik az A 42 kimutatására a humán plazmában (pM tartományban) [168]. Ezenkívül egy felületalapú fluoreszcencia intenzitás eloszlás analízist (sFIDA) hoztak létre, amely hasonlít egy szendvics ELISA-ra, ahol az A oligomereket rögzítették a felületre. funkcionalizált üvegfelület antitesteken keresztül, nagy felbontású fluoreszcens mikroszkóppal leképezve [169].
A Multi-Analyte Profiling (xMAP) platform multiplexelési képessége alapján kitűnik a megközelítések széles skálájából.
Egyetlen tesztben akár 100 minta egyidejű kvantifikálása is elérhető félautomata vizsgálattal. A tanulmányok azt mutatták, hogy a teljes tau, p-tau, A 40 és A 42 xMAP adatai jól korreláltak a kutatáson alapuló ELISA értékekkel, amelyek szenzitivitása és specificitása magasabb [170].
Az immunpolimeráz láncreakció (I-PCR) a valós idejű PCR-t (más néven asquantitatív PCR-t) használja a nukleinsav-amplifikáció és az antitest-alapú tesztek kombinálására, hogy a hagyományos immuntesztek érzékenységét 10-szeresére 109--szeresére növelje.
A kutatók több foszforilált tau epitópot mennyiségileg meghatároztak I-PCR-rel CSF-ben [171], és anano-I-PCR megközelítést fejlesztettek ki, amely tau-specifikus monoklonális antitesttel funkcionalizált arany nanorészecskéket használt a teljes tau mennyiségi meghatározására CSF-mintákban [172]. A mikrodisszekált neuronokban jelenlévő totalA 40 szintje nagy érzékenységű és kimutatási tartományú I-PCR segítségével is kvantifikálható [173].
Ez a technika kis mennyiségű minta esetén alkalmas, gyors időt biztosít az eredmények elérésére, és alkalmas a multiplexelésre is. A gondozási pont (POC) diagnózis kétségtelenül feltörekvő tendencia.
Ez a megközelítés lehetővé teszi a hagyományos ELISA, Luminex xMAP és qPCR olcsó, hordozható és könnyen használható POC eszközökké való fejlesztését [174]. A papíralapú ELISA a legegyszerűbb lehetőség a POC diagnosztikára.
6. Következtetések és lehetséges jövőbeli irányok
A betegség biomarkerei alapvető követelményt jelentenek a pontos diagnosztikai megközelítések kidolgozásához. Ebben az áttekintésben megvitattuk, hogy az amiloidogén fehérjék miként tartják fenn a potenciált a neurodegeneratív betegségek biomarkereként, és leírtuk a kimutatási technológiákat a szervezetben való koncentrációjuk meghatározására (3. ábra).
A genetikai mutációk mellett számos PTM és amiloidogén fehérjék specifikus konformációja kapcsolódik a betegséghez, és potenciális biomarkerként jelennek meg (1. és 2. táblázat). Ebben az összefüggésben az összes aggregált konformáció közül figyelemre méltóak az oligomerek, amelyek erősen toxikusak, és a betegség kialakulásának és progressziójának fő szereplőinek tekintendők.
Az amiloidogén fehérjék biomarkerként való alkalmazása kihívásokkal jár. Először is, a neurodegeneratív betegségeknek van néhány kulcsfontosságú patológiás mechanizmusa, beleértve az aggregátumok képződését ugyanazon amiloidogén fehérje által (pl. A és p-tau lerakódások találhatók DLB-s betegekben) [152].
Ez megnehezíti a neurodegeneráció egyik formájának megkülönböztetését a másiktól egyetlen specifikus amiloidogén fehérje kimutatása alapján. Ezenkívül az amiloidogén fehérjékhez nehéz hozzáférni a központi idegrendszerben, és koncentrációjuk a hozzáférhetetlen testnedvekben észrevehető ingadozásokat mutat, különösen a betegség korai szakaszában.
Véleményünk szerint az ígéretes diagnosztikai stratégiák, amelyek megoldhatják ezeket a problémákat, azok, amelyek több amiloidogén fehérje vagy fehérje jellemző kimutatásán alapulnak (4.5. szakasz).
Ezenkívül az amiloidogén fehérjék más típusú biomarkerekkel, például metabolitokkal együtt is monitorozhatók. A közelmúltban végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a neurodegeneráció befolyásolja az anyagcsere utakat, és kimutatási platformokat fejlesztettek ki a metabolikus profilalkotáshoz [175].
Például a mágneses magrezonanciát és az MS-t sikeresen alkalmazták a sejtrendszerekben [176], a post mortem agymintákban [177] és a betegek CSF-jében [178] bekövetkező metabolikus változások meghatározására.
A kombinált megközelítés magában foglalhatja a neuropszichológiai értékelést és a neuroképalkotást is. Ezen túlmenően, amiloidogén fehérjék a test bizonyos részein is kimutathatók a központi idegrendszeren és a testnedveken kívül.
Például a -syn aggregált formáit találták PD-betegek emésztőrendszerében [179]. Ennek a megállapításnak a diagnosztikai jelentősége kettős: azt mutatja, hogy a test más részei is megvizsgálhatók a neurodegeneráció potenciális biomarkereire [180]; ez azt is jelenti, hogy a betegek olyan tüneteket/rendellenességeket mutathatnak, amelyek nem kapcsolódnak a neurodegeneratív állapothoz, de ehelyett felhasználhatók a korai diagnózisra.
Az érzékenység és a specificitás az amiloidogén fehérjék kimutatási technológiáinak fontos jellemzői. A 4.3. és 5. szakaszban számos ígéretes megközelítést ismertettünk, amelyek jelenleg fejlesztés alatt állnak.
Ezek bioszenzorokon, egymolekuláris detektáláson és molekuláris próbákon (pl. antitesteken) alapulnak. Véleményünk szerint az antitest-alapú megközelítések különösen nagy lehetőségeket rejtenek magukban, mivel lehetővé teszik a komplex keverékekben történő kimutatást. Ezen túlmenően antitestek fejleszthetők különböző fehérje jellemzők, köztük PTM-ek és konformációk (pl. oligomerek) megcélzására.
Összefoglalva, az amiloidogén fehérjék a neurodegeneráció vonzó potenciális biomarkerei. Diagnosztikai sikerük összefonódik a kombinált kimutatási stratégiák kifejlesztésével, amelyek más típusú biomarkereket, szervrendszereket és ultra-érzékeny technológiákat is magukban foglalnak.
A szerző közreműködése: Írás – eredeti tervezet előkészítése, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA; írás-ellenőrzés és szerkesztés, YJ, DMV, DG, YG, RT, JTW, FAA Minden szerző elolvasta és beleegyezett a kézirat közzétett változatába.
Finanszírozás: Köszönjük az Egyesült Királyság Kutatási és Innovációs szervezetének (Future Leaders Fellowship MR/S033947/1), az Alzheimer Társaságnak (Grant 511) és az Alzheimer's Research UK-nak (ARUK-PG2019B-020) a támogatást.
Az intézményi felülvizsgálati bizottság nyilatkozata: Nem alkalmazható.
Tájékozott hozzájárulási nyilatkozat: Nem alkalmazható.
Köszönetnyilvánítás: Az ábrák a ChemDraw v19.1-gyel és a Biorender.com-mal készültek (2021. április 5-én).
Összeférhetetlenség: Az FAA a PCT/GB2020/051965 szabadalom feltalálója.
Hivatkozások
1. Graham, ME A demencia biztonságba helyezése: A biztonságos demenciaellátó egységeken a biztonságba helyezés társadalmai. Aging Soc. 2021, 41 439–455. [CrossRef]
2. Agrawal, M.; Biswas, A. A neurodegeneratív rendellenességek molekuláris diagnosztikája. Elülső. Mol. Biosci. 2015, 2, 54. [CrossRef][PubMed]
3. Hussain, R.; Zubair, H.; Pursell, S.; Shahab, M. Neurodegeneratív betegségek: Regeneratív mechanizmusok és újszerű terápiás megközelítések. Brain Sci. 2018, 8, 177. [CrossRef] [PubMed]
4. Reul, S.; Lohmann, H.; Wiendl, H.; Duning, T.; Johnen, A. Megkülönböztetheti-e a kognitív értékelés az Alzheimer-kór korai szakaszát és a frontotemporális demencia viselkedési változatát a kezdeti klinikai megjelenéskor? Alzheimer's Res. Ott. 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. A Lewy-testekkel rendelkező demencia új agy-gerincvelői folyadék biomarker jelöltjeinek azonosítása: proteomikai megközelítés. 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; Igen, S.; et al. A teljes hosszúságú Cryo-EM-synuclein egy közös szerkezeti maggal rendelkező fibrillális polimorfokat tár fel. Nat. Commun. 2018, 9, 3609. [CrossRef]
7. Dobson, CM Protein folding and misfolding. Természet 2003, 426, 884–890. [CrossRef]
8. Knowles, TP; Vendruscolo, M.; Dobson, CM Az amiloid állapot és összefüggése a fehérje misfolding betegségekkel. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014, 15, 384–396. [CrossRef] [PubMed]
9. Astoricchio, E.; Alfano, C.; Rajendran, L.; Temussi, PA; Pastore, A. A koacervátumok széles világa: A tengertől a neurodegenerációig. Trends Biochem. Sci. 2020, 45, 706–717. [CrossRef]
10. Buratti, E.; Baralle, FE TDP-43: A neuronok felgyülemlése fehérje-fehérje és fehérje-RNS kölcsönhatások révén. Trends Biochem.Sci. 2012, 37, 237–247. [CrossRef] [PubMed]
11. Vogler, TO; Wheeler, JR; Nguyen, ED; Hughes képviselő; Britson, KA; Lester, E.; Rao, B.; Dalla Betta, N.; Whitney, BE; Ewachiw, TE; et al. A TDP-43 és az RNS amiloidszerű miogranulátumokat képeznek a regenerálódó izomzatban. Természet 2018, 563, 508–513. [CrossRef]
12. Bhardwaj, A.; Myers képviselő; Buratti, E.; Baralle, FE A TDP-43 kölcsönhatás jellemzése RNS-célpontjaival. Nucleic Acids Res. 2013, 41, 5062–5074. [CrossRef]
13. Bucciantini, M.; Rigacci, S.; Stefani, M. Amiloid aggregáció: A biológiai membránok szerepe és az aggregátum-membrán rendszer. 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.A -synuclein fibrillumok képződése során kinetikusan bezárt toxikus oligomerek szerkezeti jellemzése. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 2015, 112, E1994–E2003. [CrossRef] [PubMed]
15. Ghosh, D.; Mehra, S.; Sahay, S.; Singh, PK; Maji, SK -synuclein aggregáció és modulációja. Int. J. Biol. Macromol. 2017,100, 37–54. [CrossRef] [PubMed]
For more information:1950477648nn@gmail.com
